一种多能源系统发动机启动方法与流程

1.本发明涉及发动机控制技术领域，特别涉及一种多能源系统发动机启动方法。


背景技术：

2.商用车节能减排的需求日益强烈，具备多能源系统的商用车在整车全生命周期内的降碳效果尤为明显，已成为商用车新能源技术发展的重要研究方向，而如何协调多能源系统工作是当前相关技术研究与工程应用的关键。
3.多能源系统具备动力电池模块、燃料电池模块、发动机发电机系统用于给驱动电机进行能量供给的同时，还需要考虑到各系统之间进行启停控制过程中的能量协调，特别是在发动机发电机系统启动过程中，如何保证发动机快速平顺启动是多能源系统控制过程中亟待解决的难点。
4.专利号为cn104773159a的专利公开了一种混合动力汽车发动机启动控制方法及系统，当监测到发动机启动指令时，协调控制发电机扭矩用于提升发动机转速，待发动机转速达到目标值时，控制协调发动机进行工作进而实现发动机点火启动。该专利虽然可有效解决现有启动过程中上冲带来的较大噪声与抖动问题，但是没有考虑到发电机的能量来源协调问题，无法适配不同能量源条件下的发动机启动过程。


技术实现要素：

5.本发明目的在于提供一种多能源系统发动机启动方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
6.为解决上述技术问题所采用的技术方案：
7.一种多能源系统发动机启动方法，所述多能源系统包括：带有发电机的发电模块和两个动力源，两个动力源包括动力电池模块、燃料电池模块；
8.具体方法步骤如下：
9.s1：判断当前能量源类型，若当前能量源仅有动力电池模块，则进入单动力电池启动模式；若当前能量源仅有燃料电池模块，则进入单燃料电池启动模式；若当前能量源不仅有动力电池模块或燃料电池模块，则进入动力电池模块与燃料电池模块的混合能源启动模式；
10.s2：预设对应启动模式下的发电机拖起发动机最低功率阈值和发动机自怠速启动最低功率阈值；
11.s3：判断对应模式下的放电能力，若放电能力不低于发电机拖起发动机最低功率阈值，则通过发电机拖起方式进行启动；若放电能力低于发电机拖起发动机最低功率阈值但不低于发动机自怠速启动最低功率阈值，则通过发动机自怠速启动方式进行启动。
12.本发明所提供的多能源系统发动机启动方法，至少具有如下的有益效果：当需要启动发动机时，根据能量源的不同，制定不同能量源方式下相应的发动机启动逻辑，使得启动过程能够适配不同的能量源类型，实现提升不同能量源条件下的发动机启动成功率的目
的。并且，根据启动能量的大小不同，分别针对性的采用了发电机拖起发动机方式和发动机自怠速启动方式这两种启动方式，在保障发动机启动成功率的前提下，提升了发动机启动过程中的整车的平顺性。本发明的多能源系统发动机启动方法，能够适配多能源系统中不同能量源类型情况下的启动操作，合理利用能量大小进行启动方式的选择，使得发动机启动成功率、平顺性都有所提升。
13.若当前能量源仅通过所述动力电池模块提供，则采用单动力电池启动模式，并预设该模式下的发电机拖起发动机最低功率阈值和发动机自怠速启动最低功率阈值。判断单动力电池启动模式下的放电能力与所述发电机拖起发动机最低功率阈值以及发动机自怠速启动最低功率阈值的关系，继而选择通过发电机拖动方式或发动机自怠速启动方式来进行启动。
14.若当前能量源仅通过所述燃料电池模块提供，则采用单燃料电池启动模式，并预设该模式下的发电机拖起发动机最低功率阈值和发动机自怠速启动最低功率阈值。判断单燃料电池启动模式下的放电能力与所述发电机拖起发动机最低功率阈值以及发动机自怠速启动最低功率阈值的关系，继而选择通过发电机拖动方式或发动机自怠速启动方式来进行启动。
15.若当前能量源不仅由所述动力电池模块或燃料电池模块提供，则采用混合能源启动模式，并预设该模式下的发电机拖起发动机最低功率阈值和发动机自怠速启动最低功率阈值。判断混合能源启动模式下的放电能力与所述发电机拖起发动机最低功率阈值以及发动机自怠速启动最低功率阈值的关系，继而选择通过发电机拖动方式或发动机自怠速启动方式来进行启动。
16.通过上述技术方案，在当前能量源为单动力电池模块、单燃料电池模块或是混合能源的情况下，分别采用单动力电池启动模式、单燃料电池启动模式以及混合能源启动模式。
17.作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤s2具体地：先判断整车是否处于能量回收过程，再预设对应情况下的发电机拖起发动机最低功率阈值和发动机自怠速启动最低功率阈值。通过上述技术方案，考虑到了发动机启动过程中能量回收过程中回收能量对于启动能量需求的影响，能够合理利用整车的行驶工况，从而优化启动过程能量分配。
18.作为上述技术方案的进一步改进，所述多能源系统还包括驱动电机模块，根据所述驱动电机模块是否将制动能量回收至与所述发电系统连接的高压母线，来判断是否处于能量回收过程。通过上述技术方案，车辆正常行驶时，所述发电模块、动力电池模块、燃料电池模块均可以分别独立或者相互协调工作给驱动电机提供能量源。而驱动电机模块在制动过程中也可通过制动能量回收功能，回收电能至高压母线上，用于能量分配协调，也即整车处于能量回收过程。
19.作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤s3中，在单燃料电池启动模式和混合能源启动模式下，燃料电池模块的实际输出功率叠加受燃料电池寿命影响的燃料电池输出功率拉载速率。通过上述技术方案，考虑燃料电池寿命影响进行发动机启动策略优化，提升能量源的使用寿命，使得对应模式下的能量源放电能力判定更为精确。
20.作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤s3中，若放电能力低于发动机自怠速启动最低功率阈值，则判定能量源无足够能量启动发动机。
21.作为上述技术方案的进一步改进，在通过发电机拖起方式进行启动的过程中，发电机通过转速控制模式进行发动机转速调节；在通过发动机自怠速启动方式启动的过程中，发电机通过扭矩控制模式进行发动机转速调节。通过上述技术方案，采用发电机拖动方式启动发动机时，能量源具有充足的能量可供给发电机，发电机采用转速控制模式能够更有利于发电机调速。采用发动机自怠速启动方式启动发动机时，说明能量源能量有限，相比转速控制模式，发电机采用扭矩控制模式的可控程度更高，效果更好。
22.通过发电机拖动方式启动发动机时，所述发电机在转速控制模式下对发动机转速进行拉升控制，直至发动机转速不低于阈值n1时，发送发动机喷油点火指令，实现发动机的启动。通过发动机自怠速启动方式启动时，所述发电机在扭矩控制模式下对发动机转速进行拉升控制，直至发动机转速不低于阈值n2时，发送发动机自怠速启动指令，实现发动机的启动。
23.作为上述技术方案的进一步改进，若发送发动机喷油点火指令后，发动机成功启动，则发送发动起启动成功标志位。若发送发动机喷油点火指令后，未监测到发动机启动成功标志位，则再次发送发动机喷油点火指令。作为上述技术方案的进一步改进，重复发送发动机喷油点火指令，直至尝试发动次数超过预设值时，判定为启动失败。
24.通过上述技术方案，能够确认发动机是否成功启动，避免发动机偶然启动失败的情况。
附图说明
25.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；
26.图1是本发明所提供的多能源系统，其一实施例的拓扑结构简图；
27.图2是本发明所提供的多能源系统发动机启动方法，其一实施例中不同能量源下发动机启动需求识别的流程图；
28.图3是本发明所提供的多能源系统发动机启动方法，其一实施例的单动力电池启动模式下的发动机启动方式判断流程图；
29.图4是本发明所提供的多能源系统发动机启动方法，其一实施例的单燃料电池启动模式下的发动机启动方式判断流程图；
30.图5是本发明所提供的多能源系统发动机启动方法，其一实施例的混合能源启动模式下的发动机启动方式判断流程图；
31.图6是本发明所提供的多能源系统发动机启动方法，其一实施例的发电机拖动方式的启动流程图；
32.图7是本发明所提供的多能源系统发动机启动方法，其一实施例的发动机自怠速启动方式的启动流程图。
具体实施方式
33.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
34.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等
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。
35.在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
36.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
37.参照图1至图7，本发明的多能源系统发动机启动方法作出如下实施例：
38.本发明的多能源系统包括：动力电池模块、燃料电池模块、发电模块和驱动电机模块。所述发电模块包括：发动机和与所述发动机连接的发电机。所述动力电池模块、燃料电池模块、发电模块和驱动电机模块均相互电性连接。
39.所述多能源系统的拓扑简图如图1所示。在车辆正常行驶时，所述动力电池模块、燃料电池模块和发电模块均能独立工作单独为所述驱动电机模块提供能量源，也可以相互协调工作同时为所述驱动电机模块提供能量源。
40.而在发动机启动过程中，需要协调外部能源，也即所述动力电池模块和燃料电池模块都能够单独或相互协调为发电机提供能量源。另外，所述驱动电机模块在制动过程中也可通过制动能量回收功能，回收电能至高压母线上，作为发电机能量源。
41.本发明的多能源系统发动机启动方法中，检测到发动机启动指令时：
42.参照图2，首先判断当前的能量源类型，并根据当前能量源类型选择对应的发动机启动模式：若当前能量源仅通过所述动力电池模块提供，则采用单动力电池启动模式；若当前能量源仅通过所述燃料电池模块提供，则采用单燃料电池启动模式；若当前能量源不仅由所述动力电池模块或燃料电池模块提供，则采用混合能源启动模式。
43.如图3所示，在所述单动力电池启动模式下：预设整车处于能量回收过程时的发电机拖起发动机最低功率阈值为p1，发动机自怠速启动最低功率阈值为p
low1
；整车不处于能量回收过程时的发电机拖起发动机最低功率阈值为p2，发动机自怠速启动最低功率阈值为p
low2
。
44.整车不处于能量回收过程时，若动力电池模块的放电能力不低于p2，则选择通过发电机拖动方式来进行启动。若动力电池模块的放电能力低于p2但不低于p
low2
，则选择发动机自怠速启动方式来进行启动。若动力电池模块的放电能力低于p
low2
，则说明单动力电池模块无足够能量为发电模块提供能量源而启动发动机。
45.整车处于能量回收过程时，若动力电池模块的放电能力不低于p1，则选择通过发电机拖动方式来进行启动。若动力电池模块的放电能力低于p1但不低于p
low1
，则选择发动机自怠速启动方式来进行启动。若动力电池模块的放电能力低于p
low1
，则说明即使整车处于能量回收过程，所述动力电池模块也没有足够能量为发电模块提供能量源而启动发动机。
46.所述动力电池模块的放电能力，由其动力电池本身的物理特性决定，可以通过can通讯的方式发送给控制系统进行比较处理。同样地，燃料电池模块的放电能力，也是由其燃料电池本身特性决定，而混合能源模式下的放电能力，则是由动力电池模块和燃料电池模
块共同决定。
47.燃料电池寿命与燃料电池输出功率拉载速率强相关。如图4所示，在单燃料电池启动模式下启动发动机时，燃料电池模块的放电能力的判断需要结合当前燃料电池的实际输出功率和受燃料电池寿命影响限制的燃料电池输出功率拉载速率。
48.在单燃料电池启动模式下：预设整车处于能量回收过程时的发电机拖起发动机最低功率阈值为p3，发动机自怠速启动最低功率阈值为p
low3
；整车不处于能量回收过程时的发电机拖起发动机最低功率阈值为p4，发动机自怠速启动最低功率阈值为p
low4
。
49.整车不处于能量回收过程时，若燃料电池模块的放电能力不低于p4，则选择通过发电机拖动方式来进行启动。若燃料电池模块的放电能力低于p4但不低于p
low4
，则选择发动机自怠速启动方式来进行启动。若燃料电池模块的放电能力低于p
low4
，则说明单燃料电池模块无足够能量为发电模块提供能量源而启动发动机。
50.整车处于能量回收过程时，若燃料电池模块的放电能力不低于p3，则选择通过发电机拖动方式来进行启动。若燃料电池模块的放电能力低于p3但不低于p
low3
，则选择发动机自怠速启动方式来进行启动。若燃料电池模块的放电能力低于p
low3
，则说明即使在能量回收过程，单燃料电池模块也没有足够能量为发电模块提供能量源而启动发动机。
51.如图5所示，在混合能源启动模式下启动发动机时，需要结合当前燃料电池模块实际输出功率，并叠加受燃料电池寿命影响限制的燃料电池输出功率拉载速率，同时考虑到动力电池模块也可以提供发动机启动过程的能源需求，从而得到混合能源启动模式下的放电能力，并判断混合能源启动模式下，动力电池模块和燃料电池模块是否具备足够的能量启动发动机。
52.在混合能源启动模式下：预设整车处于能量回收过程时的发电机拖起发动机最低功率阈值为p5，发动机自怠速启动最低功率阈值为p
low5
；整车不处于能量回收过程时的发电机拖起发动机最低功率阈值为p6，发动机自怠速启动最低功率阈值为p
low6
。
53.整车不处于能量回收过程时，若混合能源模式下的放电能力不低于p6，则选择通过发电机拖动方式来进行启动。若混合能源模式下的放电能力低于p6但不低于p
low6
，则选择发动机自怠速启动方式来进行启动。若混合能源模式下，动力电池模块和燃料电池模块的总放电能力低于p
low6
，则说明混合能源模式无足够能量为发电模块提供能量源而启动发动机。
54.整车处于能量回收过程时，若混合能源模式下的放电能力不低于p5，则选择通过发电机拖动方式来进行启动。若混合能源模式下的放电能力低于p5但不低于p
low5
，则选择发动机自怠速启动方式来进行启动。若混合能源模式下，动力电池模块和燃料电池模块的总放电能力低于p
low5
，则说明即使在能力回收过程，混合能源模式也没有足够能量为发电模块提供能量源而启动发动机。
55.所述的发电机拖起发动机最低功率阈值，指的是发电机控制器控制发电机以预设的转速拖动发动机达到预设转速所需的能量阈值。发动机自怠速启动最低功率阈值，指的是发电机控制器控制发电机以预设的扭矩拖动发动机达到预设转速所需的能量阈值。
56.由于能量回收过程中，回收的能量可用于启动过程为所述发电机提供能源，因此在所述单动力电池启动模式下：所述p1小于p2，p
low1
小于p
low2
。同理地，在单燃料电池启动模式下：p3小于p4，p
low3
小于p
low4
。在混合能源启动模式下：p5小于p6，p
low5
小于p
low6
。
57.如图6所示，在采用发电机拖动方式进行启动时，所述发电机进入转速控制模式进行发动机转速调节。在这过程中，监测并判断发动机转速是否不低于n1。若发动机转速低于n1，则发电机继续进行发动机转速拉升控制。若发动机转速不低于n1，则发送发动机喷油点火指令。在发送发动机喷油点火指令之后，监测发动机是否发出启动成功标志位。若发动机发出启动成功标志位，则判断发动机启动成功，启动过程结束。若发动机未发出启动成功标志位，则记录发动机尝试启动的次数。在尝试启动次数不超过n
start
时，则允许再次发送发动机喷油点火指令，直至发动机发出启动成功标志位。若尝试启动次数超过n
start
而发动机仍未启动成功，则判定为发动机启动失败。
58.如图7所示，在采用发动机自怠速启动方式进行启动时，所述发电机进入扭矩控制模式进行发动机转速调节。在这过程中，监测并判断发动机转速是否不低于n2。若发动机转速低于n2，则发电机继续进行发动机转速拉升控制。若发动机转速不低于n2，则发送发动机喷油点火指令。在发送发动机喷油点火指令之后，监测发动机是否发出启动成功标志位。若发动机发出启动成功标志位，则判断发动机启动成功，启动过程结束。若发动机未发出启动成功标志位，则记录发动机尝试启动的次数。在尝试启动次数不超过n
start
时，则允许再次发送发动机喷油点火指令，直至发动机发出启动成功标志位。若尝试启动次数超过n
start
而发动机仍未启动成功，则判定为发动机启动失败。
59.所述n1为发动机在发电机拖动方式中的最低点火启动转速阈值，所述n2为发动机在发动机自怠速启动方式中的最低点火启动转速阈值。值得说明的是，在发电机拖动方式和发动机自怠速启动方式中，发动机尝试启动次数的上限n
start
可以预设为不同值。
60.在发动机启动失败后，可以发出发动机异常标志位，并在仪表盘上进行显示；也可以在一定时间内自动重新进行发动机启动操作。
61.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
62.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下还可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，这些变化、修改、等同的变型或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种多能源系统发动机启动方法，其特征在于：所述多能源系统包括：带有发电机的发电模块和两个动力源，两个动力源包括动力电池模块、燃料电池模块；具体方法步骤如下：s1：判断当前能量源类型，若当前能量源仅有动力电池模块，则进入单动力电池启动模式；若当前能量源仅有燃料电池模块，则进入单燃料电池启动模式；若当前能量源不仅有动力电池模块或燃料电池模块，则进入动力电池模块与燃料电池模块的混合能源启动模式；s2：预设对应启动模式下的发电机拖起发动机最低功率阈值和发动机自怠速启动最低功率阈值；s3：判断对应模式下的放电能力，若放电能力不低于发电机拖起发动机最低功率阈值，则通过发电机拖起方式进行启动；若放电能力低于发电机拖起发动机最低功率阈值但不低于发动机自怠速启动最低功率阈值，则通过发动机自怠速启动方式进行启动。2.根据权利要求1所述的多能源系统发动机启动方法，其特征在于：在s2中：先判断整车是否处于能量回收过程，再预设对应情况下的发电机拖起发动机最低功率阈值和发动机自怠速启动最低功率阈值。3.根据权利要求2所述的多能源系统发动机启动方法，其特征在于：所述多能源系统还包括驱动电机模块，根据所述驱动电机模块是否将制动能量回收至与所述发电系统连接的高压母线，来判断是否处于能量回收过程。4.根据权利要求1所述的多能源系统发动机启动方法，其特征在于：所述步骤s3中，在单燃料电池启动模式和混合能源启动模式下，燃料电池模块的实际输出功率叠加受燃料电池寿命影响的燃料电池输出功率拉载速率。5.根据权利要求1所述的多能源系统发动机启动方法，其特征在于：所述步骤s3中，若放电能力低于发动机自怠速启动最低功率阈值，则判定能量源无足够能量启动发动机。6.根据权利要求1所述的多能源系统发动机启动方法，其特征在于：在通过发电机拖起方式进行启动的过程中，发电机通过转速控制模式进行发动机转速调节；在通过发动机自怠速启动方式启动的过程中，发电机通过扭矩控制模式进行发动机转速调节。7.根据权利要求6所述的多能源系统发动机启动方法，其特征在于：所述发电机拖起方式和发动机自怠速启动方式具体地：判断发动机转速，若发动机转速未达到最低点火启动转速阈值，则继续进行发动机转速拉升调节；若发动机转速不小于最低点火启动转速阈值，则发送发动机喷油点火指令。8.根据权利要求7所述的多能源系统发动机启动方法，其特征在于：若发送发动机喷油点火指令后，发动机成功启动，则发送发动起启动成功标志位。9.根据权利要求8所述的多能源系统发动机启动方法，其特征在于：若发送发动机喷油点火指令后，未监测到发动机启动成功标志位，则再次发送发动机喷油点火指令。10.根据权利要求9所述的多能源系统发动机启动方法，其特征在于：若连续发送发动机喷油点火指令次数超过预设值，仍未监测到发动机启动成功标志位，则判定为启动失败。

技术总结
本发明公开了一种多能源系统发动机启动方法，其多能源系统包括：动力电池模块、燃料电池模块、发电模块和驱动电机模块。发电模块包括发动机和与发动机连接的发电机。动力电池模块、燃料电池模块、发电模块和驱动电机模块均相互电性连接。在发动机启动控制方法中：在需要启动时，判断当前的能量源类型，并选择与当前能量源类型对应的发动机启动模式。本发明的多能源系统发动机启动方法，能够适配多能源系统中不同能量源类型情况下的启动操作，使得发动机启动成功率相较现有技术有所提升。动机启动成功率相较现有技术有所提升。动机启动成功率相较现有技术有所提升。


技术研发人员：孙成伟 毛斌 潘迪 周佛金 黄朝胜 浦及 凌启胜
受保护的技术使用者：佛山仙湖实验室
技术研发日：2022.11.23
技术公布日：2023/5/16