阅读说明：本技术 一种发动机起动及能量回收系统及其控制方法 (Engine starting and energy recovery system and control method thereof ) 是由 韩雷 于 2019-08-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及汽车技术领域,具体公开了一种发动机起动及能量回收系统,包括发电机、蓄电池、起动机、超级电容、双向DC/DC变换器、电控开关和系统控制器,发电机与发动机传动连接,且与整车用电负载并联并与蓄电池并联,蓄电池与整车用电负载并联,超级电容与起动机并联,双向DC/DC变换器的两端分别与超级电容的正极端和发电机的正极端连接,电控开关的两端分别与超级电容的正极端和发电机的正极端连接；系统控制器分别与发动机的控制单元、发电机、超级电容、蓄电池、双向DC/DC变换器以及电控开关连接。可通过超级电容带动起动机起动发动机,并可通过电控开关将超级电容和蓄电池、发电机以及整车用电负载连接,用于回收车辆势能。(The invention relates to the technical field of automobiles, and particularly discloses an engine starting and energy recovery system which comprises a generator, a storage battery, a starter, a super capacitor, a bidirectional DC/DC converter, an electric control switch and a system controller, wherein the generator is in transmission connection with the engine and is connected with an electric load of a whole automobile in parallel and is connected with the storage battery in parallel; the system controller is respectively connected with the control unit of the engine, the generator, the super capacitor, the storage battery, the bidirectional DC/DC converter and the electric control switch. The starter can be driven by the super capacitor to start the engine, and the super capacitor can be connected with the storage battery, the generator and the electric load of the whole vehicle by the electric control switch for recovering the potential energy of the vehicle.)

一种发动机起动及能量回收系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种发动机起动及能量回收系统及其控制方法。

背景技术

当前发动机起动基本都是使用蓄电池作为电源，但是在发动机冷机起动时，尤其是低温条件下，发动机机油粘性增大，使得发动机的起动阻力增大，另一方面蓄电池低温时内阻增大，活性物质活性降低，进而放电能力下降，两方面原因导致发动机低温起动困难；另一方面，蓄电池经常大电流放电，尤其在起停工况，会使蓄电池更早达到寿命极限。并且低温时，如果蓄电池SOC较低，基本很难起动车辆。

对此，申请号为CN201710287550.X的前期专利中公开了一种基于燃油发动机的起动系统，包括超级电容、单向DC/DC变换器、发电机、起动机和起动系统控制器，其中：超级电容的第一端连接起动机的第一端，超级电容的第二端与单向DC/DC变换器的第一端连接，单向DC/DC变换器的第二端连接起动机的第二端；发电机与超级电容并联，适于向超级电容充电；起动系统控制器分别与超级电容及单向DC/DC变换器连接，根据起动所述起动机的起动信号以及超级电容的输出电压，控制单向DC/DC变换器导通或关断，在单向DC/DC变换器导通时，单向DC/DC变换器对超级电容的输出电压进行电压转换后向起动机供电。但是，超级电容要仅用于对发动机进行起动，无法用于势能回收，导致整车造成燃油效率降低。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种发动机起动及能量回收系统及其控制方法，以解决现有技术中基于燃油发动机的起动系统燃油效率低的问题。

本发明提供一种发动机起动及能量回收系统，该发动机起动及能量回收系统包括：

发电机，与发动机传动连接，所述发电机与整车用电负载并联；

蓄电池，与所述发电机并联且与整车用电负载并联；

起动机，用于起动所述发动机；

超级电容，所述超级电容与所述起动机并联；

双向DC/DC变换器，其第一端与所述超级电容的正极端连接，其第二端与所述发电机的正极端连接；

电控开关，其一端与所述超级电容的正极端连接，其另一端与所述发电机的正极端连接；

系统控制器，分别与所述发动机的控制单元、所述发电机、所述超级电容、所述蓄电池、所述双向DC/DC变换器以及所述电控开关电连接。

另一方面，本实施例提供一种上述方案中所述的发动机起动及能量回收系统的控制方法，包括：所述系统控制器通过所述控制单元判断所述发动机处于冷机起动状态，当所述系统控制器采集到起动发动机的指令后，所述系统控制器控制所述电控开关断开，所述系统控制器采集所述超级电容的实时电压V，且当V不小于第一阀值V1时，所述控制单元控制所述起动机起动所述发动机。

作为发动机起动及能量回收系统的控制方法的优选方案，若V＜V1，则所述系统控制器采集所述蓄电池的实时电量E，且当E不小于第二阀值E1时，所述系统控制器控制所述蓄电池通过所述双向DC/DC变换器给所述超级电容充电，所述系统控制器采集所述超级电容的实时电压V，且当V≥V1时，所述系统控制器控制所述蓄电池停止给所述超级电容充电，所述控制单元控制所述起动机起动所述发动机。

作为发动机起动及能量回收系统的控制方法的优选方案，若V＜V1且E≥E1时，在所述系统控制器控制所述蓄电池通过所述双向DC/DC变换器给所述超级电容充电的过程中，所述系统控制器通过输出装置发出第一提示，当所述系统控制器控制所述蓄电池停止给所述超级电容充电时，所述系统控制器通过所述输出装置发出第二提示。

作为发动机起动及能量回收系统的控制方法的优选方案，若V＜V1且E＜E1时，所述系统控制器通过所述输出装置发出第三提示。

作为发动机起动及能量回收系统的控制方法的优选方案，所述发动机启动后，所述系统控制器控制所述电控开关闭合。

作为发动机起动及能量回收系统的控制方法的优选方案，当所述发动机启动后，所述系统控制器通过所述控制单元采集整车车速、油门踏板位置以及制动踏板位置，当所述整车车速大于或等于25km/h，且所述油门踏板未踩下或者所述制动踏板被踩下时，所述系统控制器控制所述发电机增大输出电压。

作为发动机起动及能量回收系统的控制方法的优选方案，当所述发动机启动后，若所述系统控制器通过所述控制单元采集到停车指令，则所述系统控制器控制所述电控开关断开，且所述系统控制器采集所述超级电容的实时电压V，当V位于第二阀值V2和第一阀值V1之间时，所述控制单元控制所述发动机熄火，V2＜V1。

作为发动机起动及能量回收系统的控制方法的优选方案，当所述系统控制器通过所述控制单元采集到停车指令后，若V＞V1，则所述系统控制器控制所述超级电容通过所述双向DC/DC变换器给所述蓄电池充电，并直至V≤V1。

作为发动机起动及能量回收系统的控制方法的优选方案，当所述系统控制器通过所述控制单元采集到停车指令后，若V＜V2，则所述系统控制器控制所述蓄电池通过所述双向DC/DC变换器给所述超级电容充电，并直至V≥V1。

本发明的有益效果为：

本发明提供一种发动机起动及能量回收系统，该发动机起动及能量回收系统包括发电机、蓄电池、起动机、超级电容、双向DC/DC变换器、电控开关和系统控制器。发电机与发动机传动连接，发电机与整车用电负载并联并与蓄电池并联，蓄电池与整车用电负载并联，超级电容与起动机并联，双向DC/DC变换器的第一端与超级电容的正极端连接，其第二端与发电机的正极端连接，电控开关的一端与超级电容的正极端连接，其另一端与发电机的正极端连接；系统控制器分别与发动机的控制单元、发电机、超级电容、蓄电池、双向DC/DC变换器以及电控开关电连接。可通过超级电容带动起动机起动发动机，并可通过电控开关将超级电容和蓄电池、发电机以及整车用电负载连接，用于回收车辆势能。

附图说明

图1为本发明实施例中发动机起动及能量回收系统的结构示意图。

图中：

1、发电机；2、蓄电池；3、起动机；4、超级电容；5、双向DC/DC变换器；6、电控开关；7、系统控制器；8、整车用电负载；9、控制单元；10、发动机。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置，而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本实施例提供一种发动机起动及能量回收系统，该发动机起动及能量回收系统包括发电机1、蓄电池2、起动机3、超级电容4、双向DC/DC变换器5、电控开关6和系统控制器7。发电机1与发动机10传动连接，通过发动机10可带动发电机1发电，发电机1与整车用电负载8并联并与蓄电池2并联，蓄电池2与整车用电负载8并联，从而发电机1发出的电可用于整车用电负载8直接使用也可以存储于蓄电池2，并且当发电机1发电量无法支撑整车用电负载8的时候，蓄电池2可向整车用电负载8提供电能。超级电容4与起动机3并联，超级电容4用于起动起动机3，进而通过起动机3起动发动机10。双向DC/DC变换器5的第一端与超级电容4的正极端连接，其第二端与发电机1的正极端连接，从而发动机10发的电可通过双向DC/DC变换器5向超级电容4供电。电控开关6的一端与超级电容4的正极端连接，其另一端与发电机1的正极端连接；系统控制器7分别与发动机10的控制单元9、发电机1、超级电容4、蓄电池2、双向DC/DC变换器5以及电控开关6电连接。控制单元9为EMS，其用于控制起动机3起动，并反馈发动机10运行时的车速、踏板位置、油门位置等参数给系统控制器7。

双向DC/DC变换器5为现有技术，存在升压模式和降压模式，当超级电容4的电压过低时通过升压模式可把蓄电池2电压提高，以给超级电容4充电，当超级电容4电压过高时，可通过降压模式将超级电容4多余的电量输出给蓄电池2。本实施例中，发动机10和超级电容4构成起动回路，发电机1、蓄电池2以及整车用电负载8构成负载回路，双向DC/DC变换器5位于起动回路和负载回路之间。当起动回路工作时，双向DC/DC变换器5可用于将起动回路和负载回路隔离的作用，使起动回路和负载回路互不影响。用于隔离起动回路和负载回路，能够确保起动期间的电压波动不影负载回路，并且系统控制器7可以通过DC/DC变换器5控制超级电容4与蓄电池2之间的电流流向及功率，避免直连产生过流。

电控开关6用于连通起动回路和负载回路，当起动回路和负载回路连通时，发电机1可以同时为超级电容4和蓄电池2充电。特别当整车制动或滑行时，发电机1可加大发电电压，将整车的势能尽可能转换为电能，此时超级电容4可用于存储电能，并待车辆在通过燃油行驶时，将存储的电能充入蓄电池2或供整车用电负载8使用，可避免能量浪费。

系统控制器7可采集超级电容4以及蓄电池2的实时电压。具体地，超级电容4和蓄电池2中均设有电压检测模块，电压检测模块将超级电容4的实时电量反馈给系统控制器7或将蓄电池2的实时电量反馈给系统控制器7。由于超级电容4和蓄电池2特性不同，蓄电池2的SOC(State of Charge，电池荷电状态)在0-100％期间时，电压基本在12-13V之间，而超级电容4的电量和电压直接相关，根据公式E＝1/2*C*U2，超级电容4的电压越高能量也越高，因而系统控制器7可获得超级电容4的电压以及蓄电池2的电量。

本实施例还提供一种发动机起动及能量回收系统的控制方法，该发动机起动及能量回收系统的控制方法包括：

S11：系统控制器7通过控制单元9判断发动机10处于冷机起动状态，当系统控制器7采集到起动发动机10的指令后，系统控制器7控制电控开关6断开，系统控制器7采集超级电容4的实时电压V，且当V不小于第一阀值V1时，控制单元9控制起动机3起动发动机10。第一阀值V1为超级电容4能够在冷机状态下起动起动机3的最小电压。

系统控制器7可通过控制单元9采集发动机10的转速，当转速为零时，可表明发动机10未起动，且可通过通过温度传感器获取发动机10机油温度以及环境温度，当发动机10机油温度位于节温器初开温度之下时，表明发动机10处于冷机起动状态，当发动机10机油温度位于节温器初开温度温度以上时，表明发动机10处于怠速起停状态。当然，还可以通过系统控制器7记录上一次停机的时间，通过时间间隔小于等于预设阀值来判断发动机10处于怠速起停状态，通过时间间隔大于预设阀值判断发动机10处于冷机起动状态。

S12：若V＜V1，则系统控制器7采集蓄电池2的实时电量E，且当E不小于第二阀值E1时，系统控制器7控制蓄电池2通过双向DC/DC变换器5给超级电容4充电，系统控制器7采集超级电容4的实时电压V，且当V≥V1时，系统控制器7控制蓄电池2停止给超级电容4充电，控制单元9控制起动机3起动发动机10。第二阀值E1为蓄电池2能满足通过双向DC/DC变换器5将超级电容4中电量充至使超级电容4电压达到V1的最小电量。

S13：若V＜V1且E≥E1时，在系统控制器7控制蓄电池2通过双向DC/DC变换器5给超级电容4充电的过程中，系统控制器7通过输出装置发出第一提示，当系统控制器7控制蓄电池2停止给超级电容4充电时，系统控制器7通过输出装置发出第二提示。

输出装置可以为仪表、触摸屏或者音响等。第一提示可以用于提示用户进行等待充电，第二提示可以用于提示用户充电已经完成可以进行启动。

S14：若V＜V1且E＜E1时，系统控制器7通过输出装置发出第三提示。

第三提示可以用于提示用户需要更换蓄电池2或者对蓄电池2进行充电并使蓄电池2的电量至少达到E1，方可使起动机10起动。

S21：发动机10启动后，系统控制器7控制电控开关6闭合，以将驱动回路和负载回路导通。

S31：当发动机10启动后，系统控制器7通过控制单元9采集整车车速、油门踏板位置以及制动踏板位置，当整车车速≥25km/h，且油门踏板未踩下或者制动踏板被踩下时，系统控制器7控制发电机1增大输出电压。

当油门踏板未踩下或者制动踏板被踩下，可表明此时发动机10处于滑行状态或者制动状态，当整车车速≥25km/h，表明此时车辆的势能具有较高的回收价值，因而控制发电机1此时增大输出电压以充分回收车辆势能。

可以在系统控制器7中预设发电机1的第一输出电压V1’和第二输出电压V2’，V2’＞V1’，当整车车速≥25km/h，且油门踏板未踩下或者制动踏板被踩下时，系统控制器7控制发电机1的输出电压为V2’，当整车车速＜25km/h，或整车车速≥5km/h且油门踏板踩下或者制动踏板未被踩下时，系统控制器7控制发电机1的输出电压为V1’。并且当发电机1的输出电压调整至V1’时，此时超级电容4的电压通常大于蓄电池2的电压，超级电容4多出的电压部分的电量可用于对蓄电池2充电和用于对整车用电负载8供电。

S32：当发动机10启动后，若系统控制器7通过控制单元9采集到停车指令，则系统控制器7控制电控开关6断开，且系统控制器7采集超级电容4的实时电压V，当V位于第二阀值V2和第一阀值V1之间时，控制单元9控制发动机10熄火，V2＜V1。

S41：当系统控制器7通过控制单元9采集到停车指令后，若V＞V1，则系统控制器7控制超级电容4通过双向DC/DC变换器5给蓄电池2充电，并直至V≤V1。

S42：当系统控制器7通过控制单元9采集到停车指令后，若V＜V2，则系统控制器7控制蓄电池2通过双向DC/DC变换器5给超级电容4充电，并直至V≥V1。

第二阀值V2是指发动机10处于起停状态时，超级电容4能够将发电机1起动的最小电压。由于发动机10处于起停状态时，此时发动机10内的机油粘度较高，相对发动机10处于冷机状态，此时起动机3能够较容易地将发动机10起动，因而V2小于V1。并且，当车辆处于燃油行驶状态时，虽然电控开关6处于闭合状态，但是超级电容4的电压是位于V2之上的，也就是说，当车辆处于起停状态时，发动机10停机然后起动时，超级电容4可直接起动起动机3。但是若因故障导致此时超级电容4的电压小于V2或者大于V1，则控制超级电容4通过双向DC/DC变换器5和蓄电池2充放电，以将超级电容4的电压调整至V1和V2之间，此时能够保证超级电容4的电量不会浪费。

-30℃起动时，通常需要按照蓄电池2的检测电量的80％计算为蓄电池2的实际剩余电量，因而蓄电池2的实际剩余电量很可能很低于其最低起动起动机3的容量，很可能无法起动车辆，而本实施例提供的发动机起动及能量回收系统中，只要蓄电池2有放电能力，基本上就能够起动车辆。并且还可通过电控开关6将超级电容4和蓄电池2、发电机1以及整车用电负载8连接，用于回收车辆势能。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。