一种具有能量回收系统的车辆、控制方法和可读存储介质

技术领域

本发明主要涉及车辆领域，具体涉及一种具有能量回收系统的车辆、控制方法和可读存储介质。

背景技术

燃料电池汽车是汽车领域十分引人关注的领域。例如，以氢燃料电池为例，其使用氢气作为燃料，利用氢气与氧气在电堆中的电化学反应所产生的电来驱动车辆和/或对动力电池进行充电，具有效率高、无污染等优势，是未来新能源汽车的重要发展方向。

当前的新能源汽车，为避免制动能量的浪费，会采取能量回收的方式。例如，使用制动扭矩带动发电机发电，发出的电储存在电池当中。然而，在动力电池在剩余电量（soc值）高于一定值时，无法进行充电，导致一部分制动能量不能回收。或者，当汽车完全由燃料电池驱动而没有动力电池时，则无法储存利用制动能量生成的电。因此，需要提供一种改进的车辆或车辆的控制方法。

发明内容

根据本公开的示例实施例，提供了一种具有能量回收系统的车辆、控制方法和可读存储介质。

在本公开的第一方面，提供了一种具有能量回收系统的车辆。该车辆包括：燃料电池组件，被配置为接收反应气体以为车辆的驱动电机提供电力；第一气体压缩机，被配置为压缩气体并将压缩的气体传输至燃料电池组件；第二气体压缩机，经由离合器被耦合至与驱动电机连接的传动部件，第二气体压缩机适于预压缩气体并将预压缩的气体传输至第一气体压缩机；以及控制器，被配置为响应于车辆的制动请求，控制离合器闭合，使得第二气体压缩机被传动部件驱动以为第一气体压缩机提供预压缩的气体。

在一些实施例中，控制器被配置为响应于车辆的制动请求，控制离合器闭合包括：响应于车辆处于行进状态，控制离合器闭合。

在一些实施例中，车辆还包括：常闭阀，被耦合在第一气体压缩机和第二气体压缩机之间，并且被配置为能在控制器的控制下开启，从而允许第二气体压缩机将预压缩的气体传输至第一气体压缩机。

在一些实施例中，控制器还被配置为：基于传动部件上的扭矩，确定第二气体压缩机的第一增压量；基于燃料电池组件当前所需要的压缩的气体的压力值，确定第二气体压缩机的第二增压量；基于以下中的至少一项来确定第二气体压缩机的第三增压量：第一气体压缩机的压比、第一气体压缩机的转速、第一气体压缩机的功率、第二气体压缩机的压比和车辆的减速度；以及将第一增压量、第二增压量和第三增压量中的最小值确定为第二气体压缩机的目标增压量。

在一些实施例中，控制器还被配置为：基于目标增压量，控制离合器闭合不同的程度，以向第二气体压缩机传递不同的驱动扭矩。

在一些实施例中，离合器包括：摩擦式离合器；以及致动电机，被配置为受控制器的控制以移动不同的距离，从而使摩擦式离合器处于不同的闭合程度。所述致动电机具体可以例如是步进电机。

在一些实施例中，传动部件包括用于驱动车辆的车轮旋转的减速器、差速器、变速器、驱动桥及传动轴等部件。

根据本公开的第二方面，提供了一种控制燃料电池车辆的方法。该方法包括：使车辆的燃料电池组件接收反应气体以为车辆的驱动电机提供电力；使车辆的第一气体压缩机压缩气体并将压缩的气体传输至燃料电池组件；根据接收到的车辆的制动踏板的状态，确定车辆的制动请求；以及根据确定车辆存在制动请求，闭合将车辆的第二气体压缩机耦合至与驱动电机连接的传动部件的离合器，使得第二气体压缩机被传动部件驱动以为第一气体压缩机提供预压缩的气体。

在一些实施例中，闭合离合器包括：根据确定车辆处于行进状态，使离合器闭合。

在一些实施例中，车辆还包括常闭阀，被耦合在第一气体压缩机和第二气体压缩机之间；方法还包括：根据确定车辆存在制动请求，控制常闭阀开启，以允许第二气体压缩机将预压缩的气体传输至第一气体压缩机。

在一些实施例中，方法还包括：根据接收到的传动部件上的扭矩，确定第二气体压缩机的第一增压量；根据接收到的燃料电池组件当前所需要的压缩的气体的压力值，确定第二气体压缩机的第二增压量；根据接收到的以下中的至少一项来确定第二气体压缩机的第三增压量：第一气体压缩机的压比、第一气体压缩机的转速、第一气体压缩机的功率、第二气体压缩机的压比和车辆的减速度；比较第一增压量、第二增压量和第三增压量；以及根据比较，将第一增压量、第二增压量和第三增压量中的最小值确定为第二气体压缩机的目标增压量。

在一些实施例中，方法还包括：根据目标增压量，确定离合器的闭合程度，以为第二气体压缩机提供不同的驱动扭矩。

在一些实施例中，离合器包括：摩擦式离合器；以及致动电机，方法还包括：根据所确定的离合器的闭合程度，确定致动电机的移动距离，从而使摩擦式离合器处于不同的闭合程度。所述致动电机具体可以例如是步进电机。

在一些实施例中，传动部件包括用于驱动车辆的车轮旋转的减速器、差速器、变速器、驱动桥及传动轴等部件。

在本公开的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现如本公开的第二方面的方法。

提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标注表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了本公开的实施例车辆的示意性框图；

图2示出了本公开的实施例的车辆的第二气体压缩机和离合器的框图；以及

图3示出了根据本公开的实施例的用于控制燃料电池车辆的示例方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的范围。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

燃料电池汽车是未来新能源汽车的重要发展方向。例如，使用氢气作为燃料的燃料电池汽车，其利用氢气与氧气在燃料电池组件（例如电堆）中的电化学反应所产生的电来驱动车辆。为避免制动能量的浪费，会使用制动扭矩带动发电机发电，发出的电储存在动力电池当中。然而，在动力电池在剩余电量（soc值）高于一定值时，无法进行充电；在全功率型燃料电池汽车中，汽车完全由燃料电池驱动，没有动力电池，制动能量发出的电无法储存。因此，需要提出一种改进的车辆，以改善能量的回收。

图1示出了本公开的实施例的车辆的示意性框图。如图1所示，总体上，燃料电池车辆包括燃料电池组件10、第一气体压缩机20、第二气体压缩机30、控制器40。

燃料电池组件10能接收反应气体以为车辆的驱动电机105提供电力。在一些实施例中，燃料电池车辆可以为氢气燃料电池车辆，其可以包括氢气与空气（或氧气）进行反应的电堆、升压DC/DC 101、逆变器103。电堆中产生的电能依次经过升压DC/DC101、逆变器103后可以用于驱动车辆的驱动电机105。驱动电机105的旋转运动可以驱动车辆的传动部件107旋转，传动部件107与车辆的车轮109耦合并可以驱动车轮109旋转，从而驱动车辆行进。

在一些实施例中，传动部件107可以包括用于驱动车辆的车轮109旋转的传动总成，具体包括减速器、差速器、变速器、驱动桥及传动轴等部件。

为了实现在燃料电池组件10中产生车辆所需的电力，第一气体压缩机20能够压缩气体（例如空气）并将压缩的气体传输至燃料电池组件10。

第二气体压缩机30经由离合器60被耦合至传动部件107，并且第二气体压缩机30能预压缩气体并将预压缩的气体传输至第一气体压缩机20。在一些实施例中，离合器60可以包括摩擦式离合器61和致动电机62。致动电机62可以在控制器40的控制下，移动不同的距离，从而使摩擦式离合器61处于不同的闭合程度。所述致动电机62具体可以例如是步进电机。

在一些实施例中，第一气体压缩机20和第二气体压缩机30之间设置有常闭阀50，并且常闭阀50在常态下处于关闭状态，阻断了第一气体压缩机20和第二气体压缩机30之间的气体连通。在控制器40的控制下，常闭阀50可以开启，从而允许第二气体压缩机30将预压缩的气体传输至第一气体压缩机20。

通过第二气体压缩机30提前将空气进行预压缩，因此，可以降低第一气体压缩机20对气体的做功量，从而降低第一气体压缩机20的功率和功耗，达到节能的目标。而且，通过本公开的实施例，可以将部分制动扭矩转化为空气的势能，从而降低第一气体压缩机所需的功率。在一些实施例中，对于车型为公交车或卡车等的燃料电池汽车，这些车质量大，制动力矩高，其回收效率更高。

在车辆的操作者踏下制动踏板或者自动驾驶控制器启动制动动作时，控制器40将响应于车辆的制动请求，控制离合器60闭合。在离合器60闭合的情况下，第二气体压缩机30被传动部件107驱动，从而开始压缩气体，进而可以为第一气体压缩机20提供预压缩的气体。

根据本公开的实施例，制动扭矩的至少一部分将被第二气体压缩机30转化为压缩气体的势能，增压后的气体进入第一气体压缩机20。由此，可以在达到相同的气体入堆压力下，降低第一气体压缩机20的耗电量，达到节能目的。另一方面，本公开的回收能量的方式并不是开源，而是节流（降低能耗），不需要储存，回收即用，能量回收效率高。

在一些实施例中，控制器40响应于车辆的制动请求，控制离合器60闭合包括响应于车辆处于行进状态，控制离合器60闭合。由此，当车辆存在制动请求时，控制器40还判断车辆是否处于行进状态，若处于行进状态，则控制器40控制离合器60闭合；若车辆不处于行进状态，则不控制器离合器60闭合。

在一些实施例中，控制器40可以根据制动请求大小，计算制动系数。制动系数可以基于制动踏板的转动角度而被控制器40确定。

在一些实施例中，控制器40可以基于传动部件107上的扭矩，确定第二气体压缩机30的第一增压量；基于燃料电池组件10当前所需要的压缩的气体的压力值，确定第二气体压缩机30的第二增压量；基于以下中的至少一项来确定第二气体压缩机30的第三增压量：电堆入堆压力、第一气体压缩机20的压比、第一气体压缩机20的转速、第一气体压缩机20的功率、第二气体压缩机30的压比、第二气体压缩机30的效率、传动部件107上的扭矩和车辆的减速度。由此，控制器40可以将第一增压量、第二增压量和第三增压量中的最小值确定为第二气体压缩机30的目标增压量。

在一些实施例中，控制器40还可以基于目标增压量，控制离合器60的闭合不同的程度，由此，传动部件107将为第二气体压缩机30提供不同的驱动扭矩。具体地，控制器40可以基于目标增压量控制致动电机62移动不同的距离，从而使摩擦式离合器61处于不同的闭合程度，以为第二气体压缩机30提供不同的传动扭矩。这样，第二气体压缩机30可以将气体预压缩至不同的压力。应当理解，目标增压量可以是气体在经过第二气体压缩机30前后的压力比。

在一些实施例中，被压缩的气体在进入第一气体压缩机20之前，可以先经过空气滤清器。

根据本公开的实施例，提供了控制如上所述的车辆的方法，例如，可以是控制燃料电池车辆的方法。图3示出了根据本公开的实施例的用于控制燃料电池车辆的示例方法300的流程图。

在框302中，使车辆的燃料电池组件10接收反应气体以为车辆的驱动电机105提供电力；

在框304中，使车辆的第一气体压缩机20压缩气体并将压缩的气体传输至燃料电池组件10；

在框306中，根据接收到的车辆的制动踏板的状态，确定车辆的制动请求；以及

在框308中，根据确定车辆存在制动请求，闭合将车辆的第二气体压缩机30耦合至与驱动电机105连接的传动部件107的离合器60，使得第二气体压缩机30被传动部件107驱动以为第一气体压缩机20提供预压缩的气体。

在一些实施例中，闭合离合器60包括：根据确定车辆处于行进状态，使离合器60闭合。

在一些实施例中，车辆还包括常闭阀50，被耦合在第一气体压缩机20和第二气体压缩机30之间；其中方法300还包括：根据确定车辆存在制动请求，控制常闭阀50开启，以允许第二气体压缩机30将预压缩的气体传输至第一气体压缩机20。

在一些实施例中，方法300还包括：根据接收到的传动部件107上的扭矩，确定第二气体压缩机30的第一增压量；根据接收到的燃料电池组件10当前所需要的压缩的气体的压力值，确定第二气体压缩机30的第二增压量；根据接收到的以下中的至少一项来确定第二气体压缩机30的第三增压量：第一气体压缩机20的压比、第一气体压缩机20的转速、第一气体压缩机20的功率、第二气体压缩机30的压比和车辆的减速度；比较第一增压量、第二增压量和第三增压量；以及根据比较，将第一增压量、第二增压量和第三增压量中的最小值确定为第二气体压缩机30的目标增压量。

在一些实施例中，方法300还包括：根据目标增压量，确定离合器60的闭合程度，以为第二气体压缩机30提供不同的驱动扭矩。

在一些实施例中，离合器60包括：摩擦式离合器61和致动电机62；其中方法还包括：根据所确定的离合器60的闭合程度，确定致动电机62的移动距离，从而使摩擦式离合器61处于不同的闭合程度。所述致动电机62具体可以例如是步进电机。

在一些实施例中，传动部件107包括用于驱动车辆的车轮109旋转的减速器、差速器、变速器、驱动桥及传动轴等部件。

根据本公开的实施例，还提供了一种计算机可读存储介质。计算机可读存储介质上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现如上所公开的方法300。

上文所描述的各个过程和处理，例如方法300，可由处理装置执行。例如，在一些实施例中，方法300可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM和/或通信单元而被载入和/或安装到电子设备上。当计算机程序被加载到RAM并由CPU执行时，可以执行上文描述的方法300的一个或多个动作。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、静态随机存取存储器（SRAM）、便携式压缩盘只读存储器（CD-ROM）、数字多功能盘（DVD）、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波（例如，通过光纤电缆的光脉冲）、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构（ISA）指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列（FPGA）或可编程逻辑阵列（PLA），该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。

这里参照根据本公开实施例的方法、装置（系统）和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理装置，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理装置执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。