本发明涉及汽车能量回收技术领域，尤其是涉及一种能量回收控制装置、车辆能量回收系统及汽车。
背景技术：
在常规的智能发电机项目中，配合起停功能通常采用了增强型的电池。虽然容量增大了，但电池的最大充电电流在soc(stateofcharge，电荷状态)70％以上时依然受限，从而无法最大程度的进行能量回收。另一方面因为采用agm(absorbentglassmat，吸附式玻璃纤维隔板)电池，成本增加。
超级电容和传统铅酸电池不同，其具有快速充放电的特性，然而由于其能量密度低，不能单独使用。综合考虑，可以在起停的车上，将agm电池换装成普通电池加上超级电容的方式，成本增加不多，又可以充分发挥智能发电机的制动能量回收能力，回收更多能量、降低油耗。
常见的系统布置方案是：基于传统起停和智能发电机车型，在原有电器上增加直流转换器、超级电容和机械继电器。此方案中，由于结构设计的需要，智能发电机和启动机均通过直流转换器转换与超级电容相连，直流转换器限制了超级电容制动能量回收功率和放电功率，回收效率低；同时也导致发动机启动时启动电流受限、启动时间长；而增大直流转换器的电流，成本又会增加。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能量回收控制装置、车辆能量回收系统及汽车，以在满足低成本的情况下，提高能量回收效率和放电功率，进而提高启动机的最大工作电流，缩短发动机启动时间。
第一方面，本发明提供了一种能量回收控制装置，包括：控制器，与所述控制器连接的直流转换器、第一继电器和第二继电器；
其中所述第一继电器的第一端和所述第二继电器的第一端连接于第一接口，所述直流转换器的第一端和所述第一继电器的第二端连接于第二接口，所述直流转换器的第二端和所述第二继电器的第二端连接于第三接口；
所述控制器通过控制接口外接发电机和启动机，所述第一接口用于外接发电机和启动机，所述第二接口用于外接蓄电池和整车负载，所述第三接口用于外接超级电容。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述第一继电器和所述第二继电器均为半导体继电器。
第二方面，本发明实施例提供了一种车辆能量回收系统，包括蓄电池、整车负载、超级电容、启动机、发电机及如第一方面及其第一种可能的实施方式所述的能量回收控制装置；
所述发电机和所述启动机分别连接所述第一接口；所述蓄电池和所述整车负载分别连接所述第二接口；所述超级电容连接所述第三接口；所述发电机和所述启动机还与所述控制器的控制接口连接。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，当所述控制器检测到车辆处于制动状态时，控制所述第一继电器断开，控制所述第二继电器闭合，控制所述直流转换器的电流传输方向为第一传输方向，以使所述发电机与所述超级电容连接，并为所述超级电容充电、为所述整车负载供电。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，当所述控制器检测到车辆在怠速停车状态下，控制所述第二继电器断开，控制所述直流转换器的电流传输方向为第二传输方向，以使所述蓄电池为所述整车负载供电、为所述超级电容充电。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括电容电量检测器，所述电容电量检测器分别与所述控制器、所述超级电容连接；
所述控制器获取所述电容电量检测器采集的所述超级电容的电容电量，当检测到车辆在怠速停车状态下，且所述电容电量下降至启动阈值时，控制所述直流转换器截止，以使所述蓄电池为所述整车负载供电。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，当所述控制器检测到用户在怠速停车状态下启动车辆发动机时，控制所述第一继电器断开、第二继电器闭合，控制所述直流转换器截止，以使所述蓄电池为所述整车负载供电，所述超级电容与所述启动机连接并为所述启动机供电。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第五种可能的实施方式，其中，还包括电池电量检测器，所述电池电量检测器分别与所述控制器、所述蓄电池连接；
所述控制器获取所述电池电量检测器采集的所述蓄电池的电池电量，当检测到所述电池电量大于等于预设充电阈值时，控制所述第一继电器断开，以使所述发电机停止为所述蓄电池充电。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第六种可能的实施方式，其中，所述整车负载包括车辆仪表、空调、播放器、照明灯、导航仪中的一种或者多种。
第三方面，本发明实施例还提供一种汽车，包括汽车本体及与如第二方面及其任一种可能的实施方式所述的车辆能量回收系统，所述车辆能量回收系统设置在所述汽车本体内部。
本发明实施例带来了以下有益效果：
在本发明提供的实施例中，能量回收控制装置包括控制器，与该控制器连接的直流转换器、第一继电器和第二继电器；其中第一继电器的第一端和第二继电器的第一端连接于第一接口，直流转换器的第一端和第一继电器的第二端连接于第二接口，直流转换器的第二端和第二继电器的第二端连接于第三接口；控制器通过控制接口外接发电机，第一接口用于外接发电机和启动机，第二接口用于外接蓄电池和整车负载，第三接口用于外接超级电容。这样，通过第一继电器和第二继电器来控制直流转换器是否接入到充放电回路中，从而使得超级电容与发电机、启动机直接连接，同时又能使超级电容通过直流转换器与车辆负载或者蓄电池连接，进而保证超级电容供电的稳定性。因此，本发明实施例的技术方案，能够在满足低成本的情况下，提高能量回收效率和放电功率，进而提高启动机的最大工作电流，缩短发动机启动时间。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的能量回收控制装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的车辆能量回收系统的第一种结构示意图；
图3为本发明实施例提供的车辆能量回收系统的第二种结构示意图；
图4为本发明实施例提供的车辆能量回收系统的防老化处理模式示意图；
图5为本发明实施例提供的车辆能量回收系统的防老化停止模式示意图；
图6为本发明实施例提供的车辆能量回收系统的直连充电模式示意图；
图7为本发明实施例提供的车辆能量回收系统的启动预充模式示意图；
图8为本发明实施例提供的车辆能量回收系统的超级电容启动模式示意图；
图9为本发明实施例提供的车辆能量回收系统的正常工作模式示意图；
图10为本发明实施例提供的车辆能量回收系统的剩余充电模式示意图；
图11为本发明实施例提供的车辆能量回收系统的驱动负载放电模式示意图；
图12为本发明实施例提供的车辆能量回收系统的怠速放电模式示意图；
图13为本发明实施例提供的车辆能量回收系统的放电停止模式示意图；
图14为本发明实施例提供的车辆能量回收系统的蓄电池启动模式示意图。
图标：
100-控制器；200-直流转换器；s1-第一继电器；s2-第二继电器；10-蓄电池；20-整车负载；30-超级电容；40-启动机；50-发电机；60-能量回收控制装置；70-电容电量检测器；80-电池电量检测器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
目前由于结构设计的需要，智能发电机和启动机均通过直流转换器转换与超级电容相连，直流转换器限制了超级电容制动能量回收功率和放电功率，回收效率低；同时也导致发动机启动时启动电流受限、启动时间长；而增大直流转换器的电流，成本又会增加。基于此，本发明实施例提供的一种能量回收控制装置、车辆能量回收系统及汽车，能够在满足低成本的情况下，提高能量回收效率和放电功率，进而提高启动机的最大工作电流，缩短发动机启动时间。
本发明提供的技术可以但不限于应用于混合动力汽车的能量回收过程中，通过相关的硬件或者软件实现。为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种能量回收控制装置进行详细介绍。
图1示出了本发明实施例提供的能量回收控制装置的结构示意图。如图1所示，该能量回收控制装置包括：控制器100，与控制器100连接的直流转换器200、第一继电器s1和第二继电器s2。
其中第一继电器s1的第一端和第二继电器s2的第一端连接于第一接口，直流转换器200的第一端和第一继电器s1的第二端连接于第二接口，直流转换器200的第二端和第二继电器s2的第二端连接于第三接口。
控制器100通过控制接口外接发电机和启动机，第一接口用于外接发电机和启动机，第二接口用于外接蓄电池和整车负载，第三接口用于外接超级电容。
考虑到现有技术中应用的机械继电器在闭合的过程中产生的噪声较大，且容易产生电弧，影响机械继电器的使用寿命。基于此，在可能的实施例中，上述第一继电器s1和第二继电器s2均采用半导体继电器。
具体地，控制器通过与发电机连接，控制发电机和启动机的工作状态(如运行中或者停止运行)，控制第一继电器和第二继电器的断开和截止，以及直流转换器的传输方向及工作状态，从而可以控制发电机、启动机，与蓄电池、整车负载、超级电容之间的连接关系。如当第一继电器闭合时，蓄电池和启动机直接连接；当第二继电器闭合时，超级电容和发电机和启动机直接连接；当第二继电器闭合且直流转换器为工作状态时，发电机可以通过直流转换器与整车负载连接，从而使得发电机为整车负载稳定供电，不会由于发电机的电压突变导致整车负载的电压突变。
在实际应用时，将该能量回收控制装置安装于混合动力汽车内，通过各个接口与相应的电子控件连接，然后通过控制器加载相应的控制程序，便可以控制各个电子控件之间的连接关系，控制灵活，适合多种汽车工况(如怠速停车状态、怠速启动状态、制动状态、正常行驶状态等)。其中上述电子控件包括蓄电池、整车负载、超级电容、发电机或者启动机。
在本发明的实施例中，通过第一继电器和第二继电器来控制直流转换器是否接入到充放电回路中，从而使得超级电容与发电机、启动机直接连接，同时又能使超级电容通过直流转换器与车辆负载或者蓄电池连接，进而保证超级电容供电的稳定性。因此，本发明实施例的技术方案，能够在满足低成本的情况下，提高能量回收效率和放电功率，进而提高启动机的最大工作电流，缩短发动机启动时间。
进一步地，图2示出了本发明实施例还提供了一种车辆能量回收系统包括蓄电池10、整车负载20、超级电容30、启动机40、发电机50及如上述的能量回收控制装置60。具体地，发电机50和启动机40分别连接能量回收控制装置60的第一接口；蓄电池10和整车负载20分别连接能量回收控制装置60的第二接口；超级电容30连接能量回收控制装置60的第三接口；发电机50和启动机40还与控制器100的控制接口连接。
其中整车负载20可以但不限于包括车辆仪表、空调、播放器、照明灯、导航仪中的一种或者多种；直流转换器200为双向转换的转换器，超级电容30通过直流转换器200为外供电的电流方向为第一传输方向，蓄电池10通过直流转换器200为超级电容30充电的电流方向为第二传输方向。需要说明的是，在不需要启动车辆发动机的时候，控制启动机为停止运行状态。
在本实施例的车辆能量回收系统中，由大容量超级电容和蓄电池进行能量存储，由发电机回收的能量经过第一继电器和第二继电器组成的双通道开关，分别流向蓄电池和超级电容，该超级电容通过直流转换器给蓄电池和整车负载供电。车辆怠在速停车状态下启动前，蓄电池通过直流转换器对超级电容进行预充，启动时由超级电容单独给启动机快速供电。
进一步地，参见图3，上述车辆能量回收系统还包括电容电量检测器70，电容电量检测器70分别与控制器100、超级电容30连接。该电容电量检测器70用于采集的超级电容的电容电量，并将该电容电量发送至控制器100。
进一步地，参见图3，上述车辆能量回收系统还包括电池电量检测器80，电池电量检测器80分别与控制器100、蓄电池10连接。具体地，控制器100获取电池电量检测器80采集的蓄电池10的电池电量，当检测到电池电量大于等于预设充电阈值时，控制第一继电器s1断开，以使发电机50停止为蓄电池10充电。这样避免电池过充、电量浪费。
在可能的实施方式中，本发明实施例提供的车辆能量回收系统通过以下11种工作模式提高了车辆能量回收系统的效率和使用寿命。需要说明的是，以下11中工作模式对应的附图中，仅为电流流向示意图，控制器、电容电量检测器和电池电量检测器并未在附图中示出。
第一种工作模式：
参见图4，此工作模式为防老化处理模式，应用于车辆停车后，即车辆处于非使用状态。具体地，控制器100检测到需要停车(如检测到整车停机的指令)后，控制第一继电器s1断开、第二继电器s2断开，并控制直流转换器的传输方向为第一传输方向，从而使超级电容30中的电量传输至蓄电池10中进行放电。这样超级电容30在车辆处于停车状态时，不再存储电荷，从而有效防止超级电容30老化。
第二种工作模式：
参见图5，此工作模式为防老化停止模式，应用于车辆停车后，在防老化处理模式之后，维持第一继电器s1断开、第二继电器s2断开，直流转换器200的传输方向为第一传输方向的状态，从而保证超级电容30内无电荷。
第三种工作模式：
参见图6，此工作模式为直连充电模式，应用于车辆制动过程中。具体地，车辆制动过程中，能量回收不稳定，发电机产生的电流较大，发电不可控。相较于现有技术中发电机和超级电容通过直流转化器连接，本实施例中，在此种模式下，断开第一继电器s1、闭合第二继电器s2，使得超级电容和发电机直接连接，从而使得发电机产生的电量快速转移到超级电容，提高能量回收效率。
另外，考虑到现有技术中发电机和车辆负载直接连接，发电机的电压突变会导致车辆负载电压突变，基于此。在此模式下本实施例在断开第一继电器s1、闭合第二继电器s2的同时，控制直流转换器为第一传输方向，以使发电机通过直流转换器为整车负载供电，从而稳定为整车负载供电。
具体地，直连充电模式的工作过程为：当控制器100检测到车辆处于制动状态时，控制第一继电器s1断开，控制第二继电器s2闭合，控制直流转换器200的电流传输方向为第二传输方向，以使发电机50与超级电容30连接，并为超级电容30充电、为整车负载20稳定供电。
第四种工作模式：
参见图7，此工作模式为启动预充模式，应用于车辆在怠速停车状态下的进行启动前。其中怠速停车状态表现为发动机空转且没有挂挡；防锁定系统的车轮转速传感器显示为零(驾驶员踩下制动踏板)。具体地，为了使得车辆在怠速停车状态下快速启动，蓄电池10通过直流转换器200对超级电容30进行预充，从而便于后续通过超级电容为启动机快速充电，进而减少车辆启动时间。
具体地，启动预充模式的工作过程为：当控制器100检测到车辆在怠速停车状态下，控制第二继电器s2断开，控制直流转换器200的电流传输方向为第二传输方向，以使蓄电池10为整车负载20供电、为超级电容充电。其中，由于此时发电机此时不能产生电能，第一继电器s1的状态不限，可以断开也可以闭合。
进一步地，控制器100可以通过电容电量检测器70采集的超级电容的电容电量，来确定是否进入启动预充模式。具体地，当超级电容中的电量低于启动阈值时(即没有足够的能量进行下一次启动)，开启启动预充模式。
进一步地，也可以通过上述电容电量来确定是否控制蓄电池停止为该超级电容充电。具体地，当超级电容中的电量足够为下次启动机启动时，控制器100控制直流转换器截止，从而使蓄电池停止为该超级电容充电。
第五种工作模式：
参见图8，此工作模式为超级电容启动模式，应用于车辆在怠速停车状态下进行启动时。具体地，由于深度放电影响蓄电池的使用寿命，且超级电容具有快速充放电的特性，所以在启动时可以利用超级电容进行车辆启动。
具体地，超级电容启动模式的工作过程为：当控制器100检测到用户在怠速停车状态下启动车辆发动机时，控制第一继电器s1断开、第二继电器s2闭合，控制直流转换器200截止，控制启动机为运行中状态，以使蓄电池10为整车负载20供电，超级电容30与启动机40连接并为启动机40供电。这样实现了车辆的快速启动，同时保护了蓄电池。
第六种工作模式：
参见图9，此工作模式为正常工作模式，应用于车辆在正常行驶过程中。在正常行驶过程中，此时无需超级电容工作。又由于此时发电机的发电功率可控，因此可以将发电机直接与蓄电池连接，从而提高充电效率。
具体地，正常工作模式的工作过程为：当控制器100检测到车辆在正常行驶状态时，发电机处于工作状态，控制第一继电器s1闭合，控制第二继电器s2断开，控制直流转换器200截止，从而使发电机50为蓄电池10充电，为整车负载20供电。
第七种工作模式：
参见图10，此工作模式为剩余充电模式，应用于发电机的电压低于超级电容的电压的情况。具体地，当发电机的电压低于超级电容的电压，蓄电池能量过低且超级电容需要进行充电时，可以由发电机通过直流转换器对超级电容供电，从而保证超级电容电量足够进行下次车辆启动。
具体地，剩余充电模式的工作过程为：当控制器100检测到发电机50的发电电压低于超级电容30的电容电压(通过电容电量检测器70获得)，该电容电压低于启动阈值且蓄电池10的电池电压(通过电池电量检测器80获得)低于预设阈值时，控制第一继电器s1闭合，控制第二继电器s2断开，控制直流转换器的电流传输方向为第二传输方向，从而使发电机50为蓄电池10充电、为整车负载20供电，并通过直流转换器200为超级电容充电。
第八种工作模式：
参见图11，此工作模式为驱动负载放电模式，应用于车辆行驶中，超级电容中的电量足够多的情况下。具体地，当控制器100检测到超级电容30的电容电量大于电容放电阈值，蓄电池10的电池电量小于电池放电阈值，则控制第一继电器s1闭合，控制第二继电器s2断开，控制直流转换器200的电流传输方向为第一传输方向，以使发电机50为蓄电池10供电，超级电容30通过直流转换器200为整车负载20供电。
需要说明的是，电容放电阈值大于启动阈值，具体可以根据实际需要设定。
第九种工作模式：
参见图12，此工作模式为怠速放电模式，应用于车辆怠速停车的过程中。具体地，此时发电机50不能产生电能，当控制器100检测到超级电容30的电容电量大于电容放电阈值，则控制直流转换器200的电流传输方向为第一传输方向，以使超级电容30为整车负载20供电。需要说明的是，此时第一继电器s1和第二继电器s2的状态不作限定，可以为闭合也可以为断开。另外，此时蓄电池10是否为整车负载20供电，根据蓄电池10内的电量多少决定。
第十种工作模式：
参见图13，此工作模式为放电停止模式，应用于车辆怠速停车的过程中。具体地，在超级电容30放电过程中电容电量减少，当电容电量减少到仅够下次进行发动机启动时，需要停止放电。
具体地，放电停止模式的工作过程为：当控制器100检测到车辆在怠速停车状态下，超级电容30电容电量下降至启动阈值时，控制直流转换器200截止，以使超级电容30停止为整车负载20供电，由蓄电池10为整车负载20供电，从而保证超级电容30能够正常启动车辆发动机。此时第一继电器s1和第二继电器s2的状态不作限定，可以为闭合也可以为断开。
第十一种工作模式：
参见图14，此工作模式为蓄电池启动模式，应用于车辆在怠速停车状态下进行启动时，车辆内的超级电容故障或者由于其他原因无法工作的情况下。具体地，控制器100控制第一继电器s1闭合，以使蓄电池10为启动机40和整车负载20供电。其中第二继电器s2的状态和直流转换器200的工作状态不作限定。
综上所述，相较于现有技术中，机械继电器闭合噪声大、易产生电弧、影响使用寿面；各个电子控件结构连接固定、单一；超级电容通过直流转换器与发电机、启动机连接，从而影响能量回收功率、放电功率及启动时间；以及发电机直接与整车负载连接，发电机的电压突变影响车辆负载电压突变，本发明提供的上述实施例具有如下优点：
(1)用半导体继电器控制超级电容和蓄电池是否接入电路，无噪声，提高整车的nvh(noise-vibration-harshness，噪声-振动-声振粗糙度)水平。
(2)在充电和启动过程中，发电机和启动机与超级电容直接连接，提高了超级电容的电量回收效率及放电效率，提高了启动机的最大工作电流，减少启动时间。
(3)在制动过程中，发电机通过直流转换器为整车负载供电，从而避免发电机电压突变导致车辆负载电压突变的现象，实现为整车负载的稳定供电。
(4)在发动机启动前通过蓄电池与预先给超级电容充电，保证启动时，超级电容能够单独为启动机直接供电，实现快速启动，并防止蓄电池频繁深度放电而降低蓄电池的使用寿命。
(5)通过第一继电器s1和第二继电器s2，实现了由两路电子继电器控制回收能量的存储和使用路径，对车辆能量回收系统的11中工作状态的灵活控制，提高了能量回收效率和使用寿命。
进一步地，本发明的实施例还提供了一种汽车，该汽车包括汽车本体及上述的车辆能量回收系统。车辆能量回收系统设置在汽车本体内部。
本发明实施例提供的汽车中的汽车本体的构成及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。
本发明实施例提供的车辆能量回收系统及汽车，与上述实施例提供的能量回收控制装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的车辆能量回收系统及汽车的具体工作过程，可以参考前述能量回收控制装置实施例中的对应过程，在此不再赘述。
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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。