一種用于內(nèi)燃發(fā)電增程式電動(dòng)車的整車能量管理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于內(nèi)燃發(fā)電增程式電動(dòng)車的整車能量管理方法。本發(fā)明根據(jù)蓄電池兩端電壓和充放電電流信息獲得當(dāng)前電動(dòng)車蓄電池的SOC水平，設(shè)定高低SOC閾值確定增程器起停狀態(tài)，避免蓄電池過度充放電和增程器頻繁起停。增程模式下，本發(fā)明根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器放電電壓和電流信息獲得整車驅(qū)動(dòng)需求功率，并以增程器內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行線和蓄電池當(dāng)前SOC值為依據(jù)，合理確定增程器的最佳運(yùn)行工況，兼顧蓄電池充放電需求，從而在保證整車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，優(yōu)化蓄電池儲(chǔ)能水平。
【專利說明】一種用于內(nèi)燃發(fā)電增程式電動(dòng)車的整車能量管理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電動(dòng)車領(lǐng)域，涉及一種增程式電動(dòng)車的整車能量管理方法，具體涉及一種基于電動(dòng)車電池SOC值和需求功率預(yù)測(cè)、內(nèi)燃發(fā)電系統(tǒng)效率優(yōu)化以及蓄電池儲(chǔ)能優(yōu)化的整車能量管理方法。

【背景技術(shù)】
[0002]能源短缺與環(huán)境污染問題促使新能源電動(dòng)車的使用越來越普遍。電動(dòng)車具有節(jié)能環(huán)保、舒適便捷等諸多優(yōu)勢(shì)，但受電池技術(shù)水平限制，仍然存在充電時(shí)間長(zhǎng)，續(xù)航里程短等問題。增程式電動(dòng)車通過在純電動(dòng)車上安裝增程器，可有效解決電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程問題，同時(shí)仍舊保留了純電動(dòng)車外接充電口，最大限度減少對(duì)化石燃料依賴。
[0003]目前增程式電動(dòng)車增程器主要以內(nèi)燃發(fā)電系統(tǒng)為主，S卩:在蓄電池電量充足時(shí)，由蓄電池提供整車驅(qū)動(dòng)功率需求，此時(shí)內(nèi)燃發(fā)電增程器不工作；當(dāng)蓄電池電量消耗到一定程度時(shí)，內(nèi)燃發(fā)電增程器起動(dòng)，除供給整車驅(qū)動(dòng)功率需求外，富余功率可為蓄電池充電，以保證續(xù)航里程要求。內(nèi)燃發(fā)電增程式電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)示意圖如圖1所示。
[0004]配備內(nèi)燃發(fā)電增程器后，電動(dòng)車整車能量管理，特別是內(nèi)燃發(fā)電系統(tǒng)與原有蓄電池的協(xié)調(diào)控制變得尤為重要。傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)電增程式電動(dòng)車增程器控制方式主要分為兩類:內(nèi)燃機(jī)恒功率模式、內(nèi)燃機(jī)功率跟隨模式。前者在蓄電池虧電時(shí)將增程器內(nèi)燃機(jī)始終固定在效率最高的工況點(diǎn)上，雖然燃油經(jīng)濟(jì)性好，但電池存在過充和過放風(fēng)險(xiǎn)；后者考慮了蓄電池狀態(tài)，讓增程器內(nèi)燃機(jī)跟隨負(fù)載功率變化，但相應(yīng)燃油經(jīng)濟(jì)性和排放不易控制。如何合理起停內(nèi)燃發(fā)電增程器，如何綜合考慮增程模式下蓄電池充放電狀態(tài)、內(nèi)燃發(fā)電系統(tǒng)效率并盡可能增加電能使用，對(duì)于提高內(nèi)燃發(fā)電增程器效率、延長(zhǎng)蓄電池壽命、增加續(xù)航里程、降低排放等都具有重要意義。
[0005]


【發(fā)明內(nèi)容】

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種基于電動(dòng)車電池SOC值和需求功率預(yù)測(cè)、內(nèi)燃發(fā)電系統(tǒng)效率優(yōu)化以及蓄電池儲(chǔ)能優(yōu)化的整車能量管理方法。該方法能夠通過預(yù)測(cè)蓄電池SOC值進(jìn)行增程器起停控制，增程模式下通過蓄電池SOC預(yù)測(cè)值和整車驅(qū)動(dòng)功率預(yù)測(cè)值判斷，合理選擇增程器內(nèi)燃機(jī)工況，在保證整車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，優(yōu)化蓄電池儲(chǔ)能水平。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
根據(jù)蓄電池兩端電壓和充放電電流信息，結(jié)合開路電壓法和安時(shí)積分法等蓄電池SOC檢測(cè)方法，獲得當(dāng)前電動(dòng)車蓄電池的SOC水平。如果蓄電池的剩余電量SOC水平低于某一下限，則利用增程器ISG電機(jī)起動(dòng)內(nèi)燃發(fā)電增程器；如果蓄電池的剩余電量SOC水平高于某一上限，則關(guān)閉內(nèi)燃發(fā)電增程器；如果蓄電池的剩余電量SOC水平處于高低閾值之間，則內(nèi)燃發(fā)電增程器保持前一時(shí)刻的工作狀態(tài)?；谛铍姵豐OC值判定的增程器起停策略具體如下:
I)當(dāng)蓄電池的SOC值低于預(yù)先設(shè)定的最低蓄電池SOC值Dn_limit，則起動(dòng)增程器； 2)當(dāng)蓄電池的SOC值高于預(yù)先設(shè)定的最高蓄電池SOC值Up_limit，則關(guān)閉增程器；
3)當(dāng)蓄電池的SOC值在預(yù)先設(shè)定的最低蓄電池SOC值Dn_limit和最高蓄電池SOC值Up_limit之間，則增程器保持前一時(shí)刻工作狀態(tài)。
[0007]當(dāng)蓄電池SOC預(yù)測(cè)值偏低，內(nèi)燃發(fā)電增程器起動(dòng)，電動(dòng)車處于增程模式工作狀態(tài)時(shí)，根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器放電電壓和電流信息實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)整車驅(qū)動(dòng)功率需求。將整車驅(qū)動(dòng)需求功率與增程器內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行線上的最佳油耗工況點(diǎn)輸出功率做對(duì)比。如果整車驅(qū)動(dòng)需求功率小于增程器內(nèi)燃機(jī)最佳油耗工況點(diǎn)功率，則調(diào)整增程器內(nèi)燃機(jī)工作于最佳油耗工況點(diǎn)上,實(shí)施恒功率控制,富余功率給蓄電池充電。如果整車驅(qū)動(dòng)需求功率大于增程器內(nèi)燃機(jī)最佳工況點(diǎn)，則區(qū)分兩種情況:一是蓄電池SOC值低于預(yù)先設(shè)定的最低蓄電池SOC值Dn_limit后，內(nèi)燃發(fā)電增程器沿內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行線實(shí)施功率跟隨控制，富余功率給蓄電池充電；二是蓄電池SOC值高于預(yù)先設(shè)定的中等蓄電池SOC值后，調(diào)整增程器內(nèi)燃機(jī)工作于最佳油耗工況點(diǎn)上，不足功率由蓄電池提供。增程模式下，內(nèi)燃發(fā)電增程器控制策略具體如下:
I)當(dāng)整車驅(qū)動(dòng)需求功率P的預(yù)測(cè)值小于等于增程器內(nèi)燃機(jī)最佳油耗工況點(diǎn)輸出功率Popt時(shí)，調(diào)整增程器內(nèi)燃機(jī)工況至最佳油耗工況點(diǎn)。此時(shí)內(nèi)燃發(fā)電增程器實(shí)施恒功率控制，既給車輛提供動(dòng)力來源，同時(shí)又給蓄電池充電。
[0008]2)當(dāng)整車驅(qū)動(dòng)需求功率P的預(yù)測(cè)值大于增程器內(nèi)燃機(jī)最佳油耗工況點(diǎn)輸出功率Popt時(shí)，則需根據(jù)蓄電池的SOC預(yù)測(cè)值來決定內(nèi)燃發(fā)電增程器工作模式。若蓄電池SOC值低于預(yù)先設(shè)定的最低蓄電池SOC值Dn_limit，內(nèi)燃發(fā)電增程器沿內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行線實(shí)施功率跟隨控制，輸出功率大小P+ Δ P，富余功率Λ P用于給蓄電池充電；若蓄電池SOC值高于預(yù)先設(shè)定的中等蓄電池SOC值，調(diào)整增程器內(nèi)燃機(jī)工況至最佳油耗工況點(diǎn)Popt，不足功率P-Popt由蓄電池提供。
[0009]本發(fā)明的有益效果:
I)基于蓄電池SOC值判定的增程器起停策略可以避免蓄電池的過度充電和放電，避免了內(nèi)燃發(fā)電增程器的頻繁起停。
[0010]2)增程模式下，當(dāng)整車驅(qū)動(dòng)需求功率較低時(shí)，控制內(nèi)燃發(fā)電增程器內(nèi)燃機(jī)始終工作于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行線上的最佳油耗工況點(diǎn)的恒功率控制模式，有利于在保證車輛動(dòng)力性的前提下，提高燃油的化學(xué)能到電能及機(jī)械能轉(zhuǎn)化效率，增加續(xù)航里程。
[0011]3)增程模式下，當(dāng)整車驅(qū)動(dòng)需求功率較高時(shí)，內(nèi)燃發(fā)電增程器恒功率與功率跟隨模式交替實(shí)施、增程器為主蓄電池為輔的能量管理方式，一方面保證增程器內(nèi)燃機(jī)始終處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行線上運(yùn)行保證續(xù)航里程，另一方面蓄電池始終處于淺充淺放狀態(tài)，有利于延長(zhǎng)電池壽命，同時(shí)符合電動(dòng)車增加電能使用的優(yōu)化宗旨。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是內(nèi)燃發(fā)電增程式電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)示意圖；
圖2是內(nèi)燃發(fā)電增程器起?？刂扑惴鞒虉D；
圖3是增程模式下內(nèi)燃發(fā)電增程器工況調(diào)整算法流程圖；
圖4是增程器內(nèi)燃機(jī)工況平面、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行線、最佳油耗工況點(diǎn)示意圖；
圖5是滿電初始條件下增程式電動(dòng)車蓄電池SOC隨時(shí)間變化的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0014]圖1給出了內(nèi)燃發(fā)電增程式電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)示意圖，其中內(nèi)燃機(jī)與ISG電機(jī)共軸相連組成內(nèi)燃發(fā)電增程器。純電動(dòng)模式下，由蓄電池供給驅(qū)動(dòng)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器電源；增程模式下，內(nèi)燃發(fā)電增程器起動(dòng)并作為主要電源供給驅(qū)動(dòng)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器，蓄電池作為補(bǔ)充。
[0015]圖2給出了內(nèi)燃發(fā)電增程器起停控制方法流程圖，增程器起停狀態(tài)取決于當(dāng)前蓄電池的剩余電量SOC值。根據(jù)蓄電池兩端電壓和充放電電流信息，結(jié)合開路電壓法、安時(shí)積分法等蓄電池SOC檢測(cè)方法，獲得當(dāng)前電動(dòng)車蓄電池的SOC水平。將蓄電池SOC預(yù)測(cè)值與預(yù)先設(shè)定的蓄電池SOC閾值進(jìn)行比較，確定增程器的工作狀態(tài)，具體如下:
1)當(dāng)蓄電池的SOC值低于預(yù)先設(shè)定的最低蓄電池SOC值Dn_limit，則起動(dòng)增程器；
2)當(dāng)蓄電池的SOC值高于預(yù)先設(shè)定的最高蓄電池SOC值Up_limit，則關(guān)閉增程器；
3)當(dāng)蓄電池的SOC值在預(yù)先設(shè)定的最低蓄電池SOC值Dn_limit和最高蓄電池SOC值Up_limit之間，則增程器保持前一時(shí)刻工作狀態(tài)。
[0016]當(dāng)蓄電池SOC預(yù)測(cè)值偏低，內(nèi)燃發(fā)電增程器起動(dòng)，電動(dòng)車處于增程模式工作狀態(tài)時(shí)，增程器工況調(diào)整遵循圖3增程模式下內(nèi)燃發(fā)電增程器工況調(diào)整算法流程圖。根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器放電電壓和電流信息實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)整車驅(qū)動(dòng)功率需求，與增程器內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行線上的最佳油耗工況點(diǎn)輸出功率做對(duì)比。內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行線可通過其萬有特性圖獲得，見圖4。內(nèi)燃機(jī)輸出等功率線在萬有特性圖上表現(xiàn)為類雙曲線，每條等功率線都有一個(gè)比油耗最小的工況點(diǎn)，將不同功率下的最低油耗工作點(diǎn)連成線就可獲得內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行線。內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行線上油耗最低的點(diǎn)稱為最佳油耗工況點(diǎn)。根據(jù)整車驅(qū)動(dòng)功率需求預(yù)測(cè)值與增程器內(nèi)燃機(jī)最佳油耗工況點(diǎn)輸出功率對(duì)比結(jié)果，結(jié)合蓄電池的SOC預(yù)測(cè)值，可獲得內(nèi)燃發(fā)電增程器所需要運(yùn)行的最佳工況，具體算法如下:
I)當(dāng)整車驅(qū)動(dòng)需求功率P的預(yù)測(cè)值小于等于增程器內(nèi)燃機(jī)最佳油耗工況點(diǎn)輸出功率Popt時(shí)，調(diào)整增程器內(nèi)燃機(jī)工況至最佳油耗工況點(diǎn)。此時(shí)內(nèi)燃發(fā)電增程器實(shí)施恒功率控制，既給車輛提供動(dòng)力來源，同時(shí)又給蓄電池充電。
[0017]2)當(dāng)整車驅(qū)動(dòng)需求功率P的預(yù)測(cè)值大于增程器內(nèi)燃機(jī)最佳油耗工況點(diǎn)輸出功率Popt時(shí)，則需根據(jù)蓄電池的SOC預(yù)測(cè)值來決定內(nèi)燃發(fā)電增程器工作模式。若蓄電池SOC值低于預(yù)先設(shè)定的最低蓄電池SOC值Dn_limit，內(nèi)燃發(fā)電增程器沿內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行線實(shí)施功率跟隨控制，輸出功率大小P+ Δ P，富余功率Λ P用于給蓄電池充電；若蓄電池SOC值高于預(yù)先設(shè)定的中等蓄電池SOC值，調(diào)整增程器內(nèi)燃機(jī)工況至最佳油耗工況點(diǎn)Popt，不足功率P-Popt由蓄電池提供。
[0018]在本發(fā)明內(nèi)燃發(fā)電增程式電動(dòng)車整車能量管理算法下，圖5給出了滿電初始條件和定負(fù)載功率下蓄電池SOC值隨時(shí)間變化的示意圖。由于初始狀態(tài)蓄電池電量充足，電動(dòng)車處于純電動(dòng)行駛模式下，蓄電池SOC值逐步下降，直至到達(dá)預(yù)設(shè)最低閾值Dn_limit，內(nèi)燃發(fā)電增程器起動(dòng)，電動(dòng)車切換至增程行駛模式。增程模式下，蓄電池SOC值周期變化，但分兩種情況:
I)當(dāng)整車驅(qū)動(dòng)需求功率較低時(shí)，控制內(nèi)燃發(fā)電增程器內(nèi)燃機(jī)始終工作于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行線上的最佳油耗工況點(diǎn)，實(shí)施恒功率控制模式，富余功率較多，蓄電池SOC值可以反充到Up_limit，直至增程器關(guān)閉。
[0019]2)當(dāng)整車驅(qū)動(dòng)需求功率較高時(shí)，內(nèi)燃發(fā)電增程器恒功率與功率跟隨模式交替實(shí)施，采用增程器為主蓄電池為輔的能量管理方式。若蓄電池SOC值低于Dn_limit，內(nèi)燃發(fā)電增程器沿內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行線實(shí)施功率跟隨控制，富余功率給蓄電池充電；若蓄電池SOC值高于，增程器內(nèi)燃機(jī)工作于最佳油耗工況點(diǎn)上，不足功率由蓄電池提供。因而蓄電池SOC值將在Md_limit和Dn_limit之間交替變化。
【權(quán)利要求】
1.一種用于內(nèi)燃發(fā)電增程式電動(dòng)車的整車能量管理方法，根據(jù)蓄電池兩端電壓和充放電電流信息，結(jié)合開路電壓法和安時(shí)積分法，獲得當(dāng)前電動(dòng)車蓄電池的SOC水平，根據(jù)蓄電池SOC值確定增程器起停，具體是: 1)當(dāng)蓄電池的SOC值低于預(yù)先設(shè)定的最低蓄電池SOC值Dn_limit，則起動(dòng)內(nèi)燃發(fā)電增程器； 2)當(dāng)蓄電池的SOC值高于預(yù)先設(shè)定的最高蓄電池SOC值Up_limit，則關(guān)閉內(nèi)燃發(fā)電增程器； 3)當(dāng)蓄電池的SOC值在預(yù)先設(shè)定的最低蓄電池SOC值Dn_limit和最高蓄電池SOC值Up_limit之間，則內(nèi)燃發(fā)電增程器保持前一時(shí)刻工作狀態(tài)； 增程模式下，內(nèi)燃發(fā)電增程器控制策略具體如下: 1)當(dāng)整車驅(qū)動(dòng)需求功率P的預(yù)測(cè)值小于等于內(nèi)燃發(fā)電增程器內(nèi)燃機(jī)最佳油耗工況點(diǎn)輸出功率Popt時(shí)，調(diào)整內(nèi)燃發(fā)電增程器內(nèi)燃機(jī)工況至最佳油耗工況點(diǎn)；此時(shí)內(nèi)燃發(fā)電增程器實(shí)施恒功率控制，既給車輛提供動(dòng)力來源，同時(shí)又給蓄電池充電； 2)當(dāng)整車驅(qū)動(dòng)需求功率P的預(yù)測(cè)值大于內(nèi)燃發(fā)電增程器內(nèi)燃機(jī)最佳油耗工況點(diǎn)輸出功率Popt時(shí)，則需根據(jù)蓄電池的SOC預(yù)測(cè)值來決定內(nèi)燃發(fā)電增程器工作模式；若蓄電池SOC值低于預(yù)先設(shè)定的最低蓄電池SOC值Dn_limit，內(nèi)燃發(fā)電增程器沿內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行線實(shí)施功率跟隨控制，輸出功率大小P+ Δ P，富余功率Λ P用于給蓄電池充電；若蓄電池SOC值高于預(yù)先設(shè)定的中等蓄電池SOC值，調(diào)整內(nèi)燃發(fā)電增程器內(nèi)燃機(jī)工況至最佳油耗工況點(diǎn)Popt，不足功率P-Popt由蓄電池提供。
【文檔編號(hào)】B60W10/08GK104163114SQ201410351762
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】姚棟偉, 吳鋒, 蔣建華, 范港, 張翀 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)