在具有再生制動的車輛中恢復電能的方法
2023-05-27 23:29:56
專利名稱：在具有再生制動的車輛中恢復電能的方法
技術領域：
本發明尤其適合在機動車輛領域提供益處。其具體涉及用於在配備再生制動系統的機動車輛中恢復電能的過程。
背景技術：
當機動車輛制動時，動能以熱能形式被驅散至制動圓盤。為了恢復該動能，當前技術發展水平提供再生制動系統。此類型的設備能夠恢復在制動期間發出的動能且將其轉換成電能。
在機動車輛中，再生制動設備被連接到車輛的電氣分配電路，其包括能
夠在其中存儲電能的電池。該電池通常是傳統的鉛/酸電池。電氣分配電路向機動車輛中的不同電氣和電子元件返回存儲在該電池中的能量。
在一般方式中，機動車輛對電能的需求隨著此類項目的電氣和電子儀器的數量增加而增加。存在兩種可能的辦法來滿足機動車輛的該增長需要，第一，通過增加交流發電機的功率和電池的存儲容量，或者第二，通過提高該供電系統的能效。
通過再生制動的電能的再生有助於在供電系統的平均輸出中的增加，並且增加在相同額定安裝功率中可用能量的總量。
就成本、空間、在困難位置(在引擎頂蓋的下方)的安裝問題以及重量來說，交流發電機的功率和電池的存儲容量的增加牽涉許多缺點。
載非常高的電流電平，以允許由制動設備發出的部分能量被恢復。在此類i殳備中，由再生制動發出的短時間能量的管理不是足夠有效以確保在電氣分配電路中運行的電壓被恰當地調節，並且鉛/酸電池的重複充電帶來過早老化該電池的凌丈應。
另一種系統包括裝備車輛的供電系統，具有包含與主電池或存儲系統的附屬存儲系統不同的附屬存儲系統的第二電氣分配電路。第二電氣分配電路沿主要存儲系統的第 一 電路放置。具有附屬存儲系統的第二電路傳遞浮動DC供電電壓，且具有主存儲系統的第一電路傳遞低DC電壓供電， 一般比所述浮動電壓低。如此，獲得通常的兩層電能分配。
兩存儲系統依靠DC/DC可逆電壓轉換器互連。該轉換器的功能是使得能量在兩存儲系統和分配電路之間傳送。包括耦合到車輛的熱引擎的交流發電機或起動器交流發電機的電流發電機直接對附屬存儲系統和經過該轉換器對主存儲系統兩者提供電能。
利用高容量電容器排作為存儲系統的實踐已經廣為人知。這些高容量電容器一般被本領域的專家稱為"超級電容器"或"超電容器"。在以下說明中，也稱作"超級電容器"的該附屬存儲系統在該電流發電機以再生制動的形式運行時具有儘可能恢復更多電能的功能。
與傳統鉛/酸電池相比，超級電容器能夠不管充電/;^電周期的數目而運行，且這些周期的充電深度不受充電的電壓電平(其可能變化顯著)影響。
為了選擇在機動車輛中使用的超級電容器的再生電壓的範圍，必須滿足起動電壓的限制，如起動相位就要求最大電氣輸出從而保證足夠高的能量電平以便起動器交流發電機工作在起動熱引擎的起動器模式。當駕駛員起動引擎時，超級電容器放電，並且除非制動系統工作在任何強烈的程度，被恢復的電能總量是木足以完全地充電超級電容器。如果車輛停止且駕駛員嘗試重新起動它，則重新起動的質量在使用超級電容器時比使用該熱引擎時要低。
已知的解決方案要求一段間隔從而能量能夠在一般介於18到24V之間的電平處在超級電容器中再生，如此能夠滿足與熱引擎起動關聯的關聯上限。
發明內容
本發明的目的是提供用於新型機動車輛的電能再生的過程，其能夠改進車輛的供電系統的平均輸出電平。
根據本發明通過機動車輛的再生制動的用於電能的再生的過程實現在車輛中，所述車輛為此目的裝備有電氣電容設備，其能夠在再生制動操作進行時存儲由車輛的旋轉電機提供的電能，
因此，依照本發明，基於所述旋轉電機的初始旋轉速度，解決方案被選擇以施加使用至少以下兩種手段的能量再生策略
-初始能量再生階段，優選來自所述旋轉電機的功率的高電平，和
-第二能量再生系統，優選來自所述旋轉電機的高性能。以上簡述的過程因此提供至少兩種優化的手段，即 一方面是功率電平的 優化以及另一方面是性能的優化。在能量再生階段期間，可認為車輛的引擎 的前端不限制能夠被熱引擎吸收的機械功率。從這點看，最好通過嘗試最大 化被吸收的機械功率來獲得優化，且由此在制動期間再生該電能。為此，優 選目的為增加由電機再生的電功率的策略。
另 一方面，如果車輛的引擎的前端構成被熱引擎吸收的機械功率的限制， 則將有必要改進電機的性能。在討論的機械等功率電平中，從電機中再生的 電功率處於其最大值。為此，將優選目的為增強性能的策略。
根據另 一特定特徵，當所述旋轉電機的初始旋轉速度超出固定在至少
10000rpm的初始門限值時選擇所述能量再生的第一策略。可替換地，該初始 門限值被固定在等於至少為12000rpm的級別。
根據本發明的另 一特定特徵，當所述旋轉電機的初始旋轉速度小於固定 在最大8000rpm的第二門限值時選擇所述第二能量再生策略。可替換的，該 第二門限被固定在最大6000rpm。
根據本發明的過程也能夠具有以下特徵中的至少 一 個
-在制動過程很短且處在高的初始速度的情形中，在制動過程的開始處激 活該再生制動系統；
-當該過程^f艮長時，在制動過程的結束處激活該再生制動系統；
-當車輛被車輛中的熱引擎驅動時，按短暫方式激活再生制動系統，以此 方式從而移置所述熱引擎的扭矩/引擎工作點。
本發明也涉及車輛中能量再生的安裝，所述安裝具有控制再生制動且允 許依照本發明的以上簡述的過程的操作的自動部件。
特別有益於結合有稱作14+X的雙電壓系統使用本發明。該結構包括兩 獨立的電氣電路，其中一個，該14+X依靠其技術能夠工作在可變電壓。這 使得新控制策略將按特別有效的方式被應用，以便最大化性能或在再生階段 提供的電功率。
在閱讀以下說明期間，本發明的特徵和優點將變得顯然，參考附圖以更 好地理解本發明，其中
圖1圖解示出實現本發明的實施例的部件的圖；圖2說明依照本發明的設備的工作的不同階段；
圖4是說明在車輛的再生制動的階段期間電氣性能的不同電平的曲線圖。
具體實施例方式
在具體實施例中，圖1包含安裝在機動車輛中的電能再生系統的圖解表 示。AC/DC轉換器2首先連接到連續總線3且其次連接到旋轉電機4。 AC/DC 轉換器2和電機4是多相類型， 一般為三相類型。這裡AC/DC轉換器2是電 壓整流器類型的電氣設備，允許工作在AC模式的由電機4提供的三相AC 電壓被轉換成直流。在本發明的其它實施例中，電機4是可逆的且當作起動 器交流發電機，AC/DC轉換器2也是可逆的且包含向電機4提供三相電壓的 波形模式，在此情況中，該電機是熱引擎或起動器。
總線3包括電能的貯存器5。該貯存器在此具體實施例中是超級電容器。 在該情形中，超級電容器是為頻繁的城市制動條件定製的而非針對車輛的駕 駛員執行的主要制動操作。超級電容器5由電機4經過AC/DC轉換器2供電。 總線3包括消費設備的兩種電路。第一電路提供設計為14+X的變動直流電 壓且連接到超級電容器的端子。連接到第一電路的消費設備包括能夠在浮動 電壓中工作的優選產品(除霧器、風檔刮水器等)。第二電路提供在12V範 圍(這在鉛酸電池的端子處可獲得的)中的電壓。第一和第二電路通過可逆 DC-DC轉換器6連接，轉換器6允許傳送在足夠電壓處的能量且尤其使第二 電路淨皮供電和電池7^皮充電。
在本發明的框架中，電池的概念涵蓋至少處於設備的非零充電的狀態中 構成可充電電能的貯存器的任何設備，在貯存器的端子處可獲得非零DC電 壓。
電氣或電子裝置具體是並行於超級電容器5分支的連接線或並行於電池 7分支的電氣消費品。在機動車輛中的電氣消費品典型地能夠包括前燈和指 示器、收音機、空調系統、風檔刮水器等。
電機4因此能夠是起動器交流發電機。起動器交流發電機的概念針對具 有可逆AC/DC轉換器的旋轉電機而提供的。
當AC/DC轉換器處于波動模式時，旋轉電機作為電機工作，例如，起動車輛的熱引擎。起動器交流發電機使能引擎快速和無聲地起動，就如整個電 子式工作一樣。
當AC/DC轉換器處於整流器模式時，由作為交流發電機工作的旋轉電機 提供的AC電壓被整流以提供給車輛的供電電路。
根據本發明的設備通過在再生制動的工作期間在超級電容器中存儲電能 和通過返回電能以滿足車輛的需要來使得能量再生的性能和機動車輛的熱引 擎的功率被優化。
圖2說明以非限制的方式在這描述的具體實施例。圖2示出在控制邏輯 的電平處由該具體實施例利用的工作階段，這是利用公知設備以具體的方式 實現的。
在階段20，當駕駛員使用車輛的制動器時，意在指示制動狀態的長度的 索引F被復位為零。在階段21,控制邏輯將索引F前進一個單位。在階段22， 控制邏輯測量在超級電容器的端子處的電壓。在階段23,控制邏輯測量電機 4的速度。
在階段24,如果電壓測量大於某個值，例如24V,則控制邏輯應用階段 25，否則其應用階段26。在階段25，控制邏輯驗證索引F是否大於指示制動 過程很長的門限值。如果制動過程很長，則控制邏輯應用階段27。否則其應 用階段30。
在階段27，控制邏輯驗證電機4的速度是否小於門P艮值SR，這裡其優 選地等於大約8000rpm。在此情形下，控制邏輯應用階^殳28。否則其應用階 段26。在階段28,控制邏輯驗證該超級電容器是否完全充滿。在此情形下， 控制邏輯應用階段26。否則其應用階段29。在階段26，控制邏輯並不激活 再生制動以及該工作回復到階段21 。
如果索引F小於該長制動門限值，這暗示制動時間4艮短。則應用階l更 30。控制邏輯確定車輛的電機4的速度是否大於門限值SP,在這種情形下其 其優選地等於大約10000rpm。在此情形下，控制邏輯應用階革是31,否則其應 用階段32。在階段31，控制邏輯驗證該超級電容器是否完全充滿。如果是， 則其應用階段32。如果不是其應用階段29。在階段32，控制邏輯並不激活 再生制動以及該系統回復到階段21。在階段29,控制邏輯激活再生制動從而 能夠存儲電機4提供的電能。
當車輛移動時，駕駛員可能要求響應自兩種不同類型的制動引起的狀況，即一方面是短或中等制動以及另一方面是長制動。記住以下是有用的，當駕 駛員制動時，能量再生設^f吏得可用能量的最優量存儲在超級電容器中。
例如，在短制動過程中，例如3秒，這將在城市駕駛中頻繁發生，再生 制動設備將不具有足夠的時間來完全充滿超級電容器，在此情形中，在制動 窗口期間，令人感興趣的將是為了更好的性能使用更大的功率，且因此在制 動階段的開始處優先激活再生。才艮據本發明，當電才幾4的速度高於一高速度 門限值時能量再生發生，在討論的本申請中，門限值處在10000rpm的範圍且 由馬達提供的電壓高於24V。這是機能的優化，這關注該超級電容器的電功 率。
否則，如果制動階段相對預定門限值是足夠長，則僅僅當電機4的速度 小於一低速度門P艮值時將存在能量再生，其中，在討論的情形中，門限值將 等於8000rpm。然後是機能的優化，影響該超級電容器的電氣性能。
圖3是結合功率的優化解釋本發明的特徵的曲線圖。該圖線條表示在車 輛的再生制動的階^^期間電功率的電平。
能夠區分六種功率的電平，這是相對電機4的旋轉速度由超級電容器的 端子處的電壓確定的。從中清楚可見，為了最大化可再生電功率(在選擇來 說明本發明的情形中，可再生電功率處在IOKW的範圍中)，有用的是定義再 生窗口，導致在具有由車輛強制的低自由度的高速度處優選的能量再生，盡 管也很清楚的是將要優選工作在高電壓處從而取得更有效的再生制動。例如， 如果制動發生在10000rpm的速度處然後達到2000rpm，功率中優化的再生適 宜於在速度的最高點處開始能量的再生，以及不可能預見施加制動期間的階 段的結束，儘管一般來說，取決於周圍的地形，有可能知道在何處車輛將要 停止，優選的是讓該再生按照其程序進行。僅當超級電容器完全充滿或當駕 駛員停止制動時，車輛將會停止。
在能量再生階段期間最大化電功率意味著不管工作速度而在高電壓處充 電該超級電容器。不過，在非常低的速度中，最大化電功率的電壓低於28V， 且更具體地處於24V的範圍。更加精確的策略能夠結合一平均再生制動電壓， 其在再生窗口中居中。如果有最大化再生電功率的需要，則優選的是在制動 過程的開始處啟動再生階段。這將導致在最高的可能速度處發生該操作。
圖4是展示在車輛的再生制動的階段期間電氣性能的不同電平的圖。能 夠區分六種性能電平，其與電機的旋轉速度相關地由超級電容器的端子處的電壓確定。
為了最大化可再生電氣性能(在本情形中，其被認為處在IOKW的範圍
中)，有必要定義再生窗口，其優選地導致高速度再生。在較高電壓處的工作 允許更加有效的再生制動。高性能點對應於高電壓而非低電壓。在高電壓的 工作確保更有效的再生制動。高性能點是在高電壓電平而非低電壓電平，這 是由於在電機的電平中產生且隨著電機的速度而增加的損失，同時該性能相 對於速度而降低。性能的最大化與高電壓的操作聯合進行，因為對相同熱損 失，再生電功率增加。如此，為了在性能上優化工作，再生制動應當在低速 度中執行。
如果電氣性能被最大化，則優選的在超級電容器的上部的電壓範圍中執 行操作。在長制動且初始速度很高的情況中，如果再生僅被激活在低和中等 速度的制動過程的結束處則是能夠受益的。
此外，這裡將注意的是根據本發明的過程(雖然這裡在從車輛制動踏板
上的壓力引起的再生能量操作的環境下描述)也能夠應用在如下情形在通 過熱引擎的車輛的操作期間，由例如車輛的操作者或熱引擎激活短暫再生制 動的部件，而無需制動踏板上的任何壓力，以此方式來通過一操作步驟移置 扭矩/熱引擎速度。
權利要求
1. 一種在具有再生制動系統的機動車輛中用於電能的再生的過程，所述車輛為此目的裝備有電氣電容設備(5)，用於在再生制動操作期間存儲由車輛的旋轉電機(4)提供的電能，其特徵在於，基於所述電機(4)的初始旋轉速度，已經從以下的至少一個中選擇施加一能量再生策略，-第一能量再生策略，適宜由所述旋轉電機(4)提供的功率的高電平的使用，以及-第二能量再生策略，適宜所述旋轉電機(4)的性能的高水平的使用。
2. 如權利要求1所述的過程，其特徵在於如果所述旋轉電機的初始旋 轉速度超出固定在至少10000rpm的級別的初始門限值，則選擇所述第一能量 再生策略。
3. 如權利要求2所述的過程，其特徵在於所述初始門限固定在至少等於 12000rpm的速度。
4. 如權利要求1到3中任何一個所述的過程，其特徵在於如果所述旋轉 電機的初始旋轉速度小於固定在至多8000rpm的第二門卩艮值，則選擇所述第 二能量再生策略。
5. 如權利要求4所述的過程，其特徵在於第二門限固定在大於6000rpm 的級別。
6. 如權利要求1到5中任何一個所述的過程，其特徵在於當制動過程很 短且處在高的初始速度時，在制動過程的開始處激活該再生制動過程。
7. 如權利要求1到5中任何一個所述的過程，其特徵在於當制動過程很 長時，在制動過程的結束處激活該再生制動過程。
8. 如權利要求1到5中任何一個所述的過程，其特徵在於在車輛被車輛 中的熱引擎驅動的同時激活短暫再生制動過程，以此方式從而通過一步來移 置所述熱引擎的扭矩/引擎速度。
9. 一種車輛中能量恢復系統的安裝，其特徵在於它包括通過使用依照權 利要求1到8中任何一個所迷的過程的再生制動系統的控制的自動部件。
全文摘要
在具有再生制動的車輛中用於恢復電能的方法。根據本發明的在具有再生制動的機動車輛中用於恢復電能的方法被用於車輛中，所述車輛為此目的裝備有電氣電容設備(5)，用於在再生制動操作期間存儲由車輛的旋轉電機(4)提供的電能，根據本發明，基於所述電機(4)的初始旋轉速度，已經從至少以下兩個中做出選擇以施加能量恢復策略第一能量恢復策略，其適宜由所述旋轉電機(4)提供的高功率；和第二能量再生策略，其適宜所述旋轉電機(4)的高效率。
文檔編號H02J7/14GK101479912SQ200780024238
公開日2009年7月8日 申請日期2007年6月4日 優先權日2006年6月27日
發明者休格斯·多芬, 朱利恩·馬斯法勞德 申請人:法雷奧電機設備公司