动能回收系统的控制技术方案

本发明专利技术涉及控制动能回收系统(KERS)的方法，控制器，KERS，传动系统和包括上述KERS和控制器的机动车。KERS包括能量存储系统。在一个实施例中，机动车具有第一机动车运行模式(VOM1)，其中所述能量存储系统具有第一目标充能状态(TSOC1)，并具有第二机动车运行模式(VOM2)，其中所述能量存储系统具有第二目标充能状态(TSOC2)。选择所述第一和第二机动车运行模式以使能量在能量存储系统和机动车之间传输，从而实现与所选择的机动车运行模式相关联的目标充能状态。在另一实施例中，KERS包括可变功率传输装置，适用于将能量传输至和传输出能量存储系统。所述能量存储系统为机动车的驾驶条件保持适当的能量水平。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及动能回收系统(KERS)中的功率流的控制和管理以及能量存储，尤其是包括高速飞轮的动能回收系统。
技术介绍
动能回收系统(KERS)在减少机动车燃料消耗方面扮演重要角色，其通过在机动车减速时机动车的运动(即动能)来捕获能量并将该能量在机动车加速时重新使用。这使得引擎的使用频率减少和/或较低的平均功率输出，从而减少了总体燃料消耗和二氧化碳排放。KERS典型地具有几种形式，每种都有各自的特点：其可为电的、液压的或机械的。在特定系统中，功率和能量性能都取决于存储介质特性(例如在电池系统中)，并且在其他系统(例如机械飞轮系统)中功率性能与能量存储性能是分开的。进一步地，取决于不同的系统类型，能量存储介质的容量和功率容量会有明显变化。而化学电池的特定能量存储性能相对较高(典型为机械飞轮的四倍，在500kJ/Kg左右)，到达或来自电池的能量的传输速率由于化学能量转化为电能时产生的过量热量而受到限制。因此，为了传输120kW的功率(例如小型两座运动轿车的功率)，则需要几百千克重的化学电池。在该实例中，电池可具有理论能量容量高达200MJ，尽管容许放电深度的限制可能意味着在实际应用中可用的能量存储会远低于此。相反地，在机械飞轮系统中，功率容量大部分取决于机动车和飞轮之间的传动装置，并且上述实例中的要求(120kW)可通过大约40-80Kg重的机械传动装置即可满足。因此，可以看出在给定功率传输要求下，机械飞轮能量回收系统可轻于电池存储系统。在机械飞轮系统中，功率容量完全地脱离于飞轮能量存储容量，其由自身速度和惯性决定，因此能量容量可根据系统需求合适的进行设定，也可对功率传输装置的功率容量进行设定。分析显示，用来为典型的小型两座运动轿车供给足够的动能以使其达到最大运行速度所需的能量较低(明显低于为该功率容量量身定做的电池系统所含的能量)；这样一种飞轮转子可具有在5-10Kg之间的质量，并且非常适用于汽车配件，甚至是用于轻量运动轿车。类似地，可在其他应用中，例如城市公交车，其循环工况的停停走走的性质使得飞轮能量存储系统非常合适，质量在10-15Kg的飞轮足够存储用于城市速度的机动车能量。相比于其他更重、更大以及更高花销的系统，例如化学电池系统，机械飞轮因而具有质量小的优势。应注意的是，本申请中飞轮系统以实例的方式使用，所提出的问题和解决方案可适用于大范围内的KERS，包括其他电气系统，例如超级电容系统，以及液压KERS，例如泵-电机/储能系统。存在的挑战是，例如飞轮的相对较低的能量存储系统的瞬时容量可变得饱和(即，充满)或在驾驶者需要补充引擎制动(可能需要能量存储介质充能)或驱动功率(可能需要能量存储介质放能)时耗尽。驾驶者进行的制动或加速作用的能力可称为“驾驶性能”。一个目的是管理在KERS中的能量存储和功率流，从而可以实现燃油效率的益处，而不牺牲KERS的其他益处，例如驾驶性能。进一步的挑战在于，例如飞轮的相对较低的能量存储系统的瞬时容量在长距离，例如长距离的爬坡，地对机动车能量的强力需求后用尽。进一步地，在满充能状态下一直运行存储系统也并不总是想要的。例如，装配于机动车的能量存储系统的飞轮可用于在低机动车速度时最大速度(即，最大储能状态)运转，使得飞轮中有足够的可用能量来推进机动车达到更高的目标速度。尽管这对机动车性能有利，与如此高速飞轮转动相关的较高的寄生损失会使KERS节省燃油和减少排放的益处(这源于收获并重新使用机动车动能)受到影响。进一步的总体目的是管理KERS的充能状态，使得在不显著影响燃油效率提升的情况下达到性能提升。
技术实现思路
本专利技术第一方面提供一种控制机动车的动能回收系统(KERS)的方法，该KERS其具有能量存储系统，该方法包括提供第一机动车运行模式(VOM1)，其中所述能量存储系统具有第一目标充能状态(TSOC1)，以及第二机动车运行模式(VOM2)，其中所述能量存储系统具有第二目标充能状态(TSOC2)；选择所述机动车运行模式以将能量传输至或传输出所述能量存储系统，从而实现与所述选择的机动车运行模式相关的所述选择的目标充能状态，其中所述第二目标充能状态高于所述第一目标充能状态。所述第一机动车运行模式(VOM1)典型地为经济模式，其中所述充能状态用于最优化燃油经济性和/或加速和/或制动的一致性。所述第一目标充能状态(TSOC1)可为充能状态范围(例如，飞轮速度范围)。所述第一目标充能状态(TSOC1)(例如，飞轮速度)可根据所述如本专利技术第四、第五、第六、第七和第八方面描述的经济模式进行设定。目标充能状态的选择可由机动车驾驶员实现，或基于控制系统选择机动车运行模式或通过“不选择”另一机动车运行模式而实现。例如，VOM1可为机动车的正常运行模式，并且由于是驾驶员主动选择，驾驶员可根据其决定来选择VOM2并随后回到VOM1。可替代地，回到VOM1可通过控制系统的操作而发生，其根据预定控制策略将机动车返回至其正常运行模式，例如在预定时间段后通过从VOM2中的性能模式回到VOM1中的经济模式。在第二方面中，本专利技术提供了机动车中的动能回收系统(KERS)和用于KERS的控制系统，其可操作以提供与第一机动车运行模式(VOM1)相关联的能量回收系统的第一目标充能状态(TOSC1)，和与第二机动车运行模式(VOM2)相关联的能量回收系统的第二目标充能状态(TOSC2)，用于选择机动车运行模式驾驶员操作工具，其中控制系统致使能量传输至或传输出所述能量存储系统，从而实现与驾驶员所选择的机动车运行模式相关联的目标充能状态，其中所述第二目标充能状态高于所述第一目标充能状态。优选地，KERS可通过可变功率传输装置耦接至机动车传动系统。所述目标充能状态可根据需要使用的机动车模式进行设定。例如，可将模式设置为用于强调燃油经济性，机动车性能或燃油经济性和性能的平衡。适当的是，TSOC1可为“经济”充能状态，其中机动车的运行设置为用于最大化燃油经济性，并且TSOC2可为“性能加强”充能状态，其中机动车的运行设置为将性能最大化。驾驶者可在性能加强和经济的机动车运行状态之间做出选择。优选地，驾驶员可选择性能加强模式(例如在超车操作之前)。当充能状态高于目标，能量可由存储系统消耗，使得充能状态趋向于其目标充能状态(例如，飞轮可由于其自身寄生损失而滑行)。优选地，所述功率传动装置可将能量传输至或传输出机动车(和/或动力系统)和所述存储系统，从而接近目标充能状态。在第三方面中，本专利技术提供了一种控制机动车的动能回收系统(KERS)的方法，所述KERS包括能量存储系统，至少两种机动车运行模式：“经济”和“性能加强”模式，当机动车运行模式被设定为经济模式时能够使驾驶员选择所述性能加强模式并且将能量传输至或传输出所述能量存储系统的第一目标充能状态以及当机动车运行模式被设定为性能加强模式时能够使驾驶员选择所述经济模式并且将能量传输至或传输出所述能量存储系统的第二目标充能状态的工具，其中所述第二目标充能状态高于所述第一目标充能状态。优选地，所述驾驶者可选择性能加强状态(例如在超车操作之前)，这会在控制系统中产生信号，控制系统为存储系统设定修正(提升)的目标充能状态，并且功率传输装置将能量(典型地来自于引擎)传输至存储系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制机动车的动能回收系统KERS的方法，所述KERS包括能量存储系统，所述方法包括：为所述机动车提供第一机动车运行模式VOM1，其中所述能量存储系统具有第一目标充能状态TSOC1，以及提供第二机动车运行模式VOM2，其中所述能量存储系统具有第二目标充能状态TSOC2；选择所述第一或第二机动车运行模式；以及将能量传输至或传输出所述KERS的能量存储系统，从而实现与所述选择的机动车运行模式相关联的所述选择的目标充能状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.24 GB 1411227.0;2014.06.24 GB 1411226.21.一种控制机动车的动能回收系统KERS的方法，所述KERS包括能量存储系统，所述方法包括：为所述机动车提供第一机动车运行模式VOM1，其中所述能量存储系统具有第一目标充能状态TSOC1，以及提供第二机动车运行模式VOM2，其中所述能量存储系统具有第二目标充能状态TSOC2；选择所述第一或第二机动车运行模式；以及将能量传输至或传输出所述KERS的能量存储系统，从而实现与所述选择的机动车运行模式相关联的所述选择的目标充能状态。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二目标充能状态高于所述第一目标充能状态。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一机动车运行模式VOM1为经济模式。4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其中所述第二机动车运行模式VOM2为性能加强模式。5.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述KERS的能量存储系统通过可变功率传输装置耦接至所述机动车的驱动器，所述可变功率传输装置用于将能量传输至或传输出所述能量存储系统，可选地传输至或传输出所述机动车和所述能量存储系统，可选地传输至或传输出所述机动车的引擎和所述能量存储系统。6.一种用于控制机动车的动能回收系统KERS的控制器，所述KERS包括能量存储系统，所述控制器用于实施根据前述任一项权利要求所述的方法。7.一种与根据权利要求6所述的控制器相结合的KERS。8.一种机动车的驱动系统，包括通过使用根据权利要求6所述的控制器进行控制的KERS。9.一种机动车，包括根据权利要求7所述的KERS和控制器，和/或根据权利要求8所述的驱动系统，所述机动车可选地包括驾驶员操作工具，用于允许驾驶员选择所述第一或第二机动车运行模式，所述控制器可选地用于使得在所述驾驶员选择所述第二运行模式VOM2后通过如下方式使所述机动车回到所述第一机动车运行模式VOM1：所述驾驶员主动选择所述第一机动车运行模式VOM1；或者，根据预定控制策略，可选地在预定时间段后，通过控制系统的操作使所述机动车回到所述第一机动车运行模式VOM1。10.根据权利要求9所述的机动车，所述机动车包括驾驶员界面，其中所述控制器用于通过所述驾驶员界面向所述驾驶员指示所述能量存储系统的提升的和/或降低的充能状态，可选地，其中所述驾驶员界面用于通过声音或视觉信号将所述提升的和/或降低的充能状态发送给所述驾驶员。11.一种控制机动车的动能回收系统KERS的方法，所述KERS包括具有预定最大运行能量存储容量的能量存储系统以及适用于向所述能量存储系统传入能量以及从所述能量存储系统传出能量的可变功率传输装置，所述方法包括：(i)确定所述机动车的瞬时可用惯性能量；(ii)确定所述能量存储系统的瞬时充能状态；(iii)确定所述最大能量存储容量和所述瞬时充能状态之差从而给出瞬时充能状态净空；以及(iv)使用所述可变功率传输装置将能量传输至或传输出所述能量存储系统，使得所述瞬时充能状态净空基本上等于或大于所述机动车的瞬时可用惯性能量。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述最大运行能量存储容量为所述能量存储系统的固定限制，或为基于持久性或能量损失要求的固定或可变限制。13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述机动车的瞬时可用惯性能量的计算考虑到由于所述可变功率传输装置的效率η效应带来的功率损失。14.根据权利要求11或12或13所述的方法，其中所述方法考虑到机动车阻力效应。15.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳森·希尔顿，
申请(专利权)人：飞轮汽车制造有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB