CN102358285A - 一种增程式电动汽车控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种增程式电动汽车控制系统及其控制方法，属于电动汽车整车控制技术领域。包括车载动力电池、驱动电机、增程器、变速箱、整车控制器(VCU)、电池管理系统(BMS)、电机控制器(MCU)，增程器由小型发动机、集发电/驱动一体的发电机、发动机控制器、发电机控制器组成，增程器向车载动力电池供电或者直接驱动电机，整车控制器根据驾驶员需求和整车各子系统的状态进行驱动整车行驶控制并对整车能量进行管理，对增程器的子节点发送各种工作状态的指令。本发明以电池系统安全和使用寿命为前提，以避免增程器频繁启停为目标，协调制动能量回收发电和增程器发电控制，当进行远途行驶时，增程器可受控开启或关闭，满足延长整车续驶里程的需求。
Description
技术领域
本发明的一种增程式电动汽车控制系统及其控制方法，属于增程式电动汽车整车控制技术领域。
背景技术
纯电动汽车存在着充电时间长，一次充电续驶里程短，电池成本高，电池寿命短等方面的技术问题，因此增程式电动汽车以提升行驶里程，降低电池成本和对电池能量密度要求降低等方面的优势成为了电动汽车发展的方法过渡。
发明内容
本发明的目的在于为增程式电动汽车提供一种高效、安全的控制方法，以纯电动满足60km以上的续驶里程为设计目标，满足基本的行驶里程需求。当进行远途行驶时，增程器可受控开启或关闭，满足延长整车续驶里程的需求。
一种增程式纯电动汽车控制系统，包括车载动力电池、驱动电机、增程器、变速箱、整车控制器(VCU)、电池管理系统(BMS)、电机控制器(MCU)，其中，增程器由小型发动机、集发电/驱动一体的发电机、发动机控制器、发电机控制器组成，增程器向车载动力电池供电或者直接驱动电机，整车控制器根据驾驶员需求和整车各子系统的状态进行驱动整车行驶控制并对整车能量进行管理，对增程器的子节点发送各种工作状态的指令。
一种增程式电动汽车的整车控制方法，所述方法包括：
(1)整车系统初始化、上电、信号采集及处理；
(2)整车控制器(VCU)判断是否进行外接充电控制，当判断电池电量充满后，车载充电机主动断开，停止充电；如果不进行外接充电，对驾驶员的挡位、两踏板信号进行驾驶员意图解析，对整车行驶工况模式识别；
(3)完成整车行驶模式识别后，判断增程器屏蔽按钮是否启用，如果没有启用，允许进行增程器启停控制；如果已经启用，只进行纯电动驱动控制。
增程式电动汽车主要工作模式分为：纯电动模式、增程模式、限制功率行驶模式、跛行回家模式。纯电动行驶模式下，可实现模拟爬行、模拟发动机制动的制动能量回收、制动能量回收；增程模式下，可进行发动机系统预热、边行驶边充电的恒功率发电；限制功率行驶模式是针对整车安全性设计的控制模式，考虑电池和电机使用的安全性，当达到一定的报警级别，进行电机输出功率的限制或者增程器发电功率的限制；当电池电量和油量都即将耗尽的时候，提醒驾驶员，并对输出功率和电辅助系统进行控制和限制，保障车辆可以回家或者到附近加油站。
增程式电动汽车控制系统包括：能量功率兼顾型动力电池、小型发动机和永磁同步发电机组成的增程器、永磁同步驱动电机、减速箱、整车控制器、发动机控制器、发电机控制器、电机控制器、电池管理系统，小型发动机飞轮和发电机转子通过机械装置刚性连接，发电机控制器中集成逆变功率元件，发电机通过发电机控制器连接到高压母线，通过DC/DC可以对动力电池充电，通过电机控制器给驱动电机供电；驱动电机直接通过机械变速箱与车轮连接，驱动车辆行驶。
动力电池组采用能量功率兼顾型蓄电池，既要满足一定续驶里程的要求，还要满足可以频繁1.5C-2.5C的充电能力。充电电池管理系统(BMS)对动力电池组充电、放电时的电流、电压、放电深度、电池温度等进行监控，保持单体电池间的一致性。驱动电机是纯电动汽车行驶的唯一动力装置。增程式电动汽车的整车控制器(VCU)除了进行驾驶员意图的行驶工况能量管理，更要进行行车发电的整车能量管理，进行发动机启停工况的判断和指令发送，根据行驶工况对发电功率点进行切换判断，实现各工况优化控制，对各系统进行监控并及时反馈信息和报警等等。
增程式电动汽车的整车控制方法包括：整车系统初始化，上电，信号采集及处理，整车控制器(VCU)判断是否进行外接充电控制，当判断电池电量充满后，车载充电机主动断开，停止充电；如果不进行外接充电，对驾驶员的挡位、两踏板信号进行驾驶员意图解析，对整车行驶工况模式识别；完成整车行驶模式识别后，判断增程器屏蔽按钮是否启用，如果没有启用，允许进行增程器启停控制；如果已经启用，只进行纯电动驱动控制。
在允许增程器启停的条件下，检测当前动力电池电量和发动机冷却水水温，当发动机冷却水水温小于20℃，并且电池电量小于35％，进行增程器启动控制，完成启动后进入增程器高怠速热机模式；当电池电量小于30％，并且动力电池温度低于50℃，增程器进行30kW恒功率发电控制；当电池电量大于40％时，并且动力电池温度低于50℃则进行20kW恒功率发电控制；当电池电量大于50％时，则进行增程器停止控制；在恒功率发电过程中，如果动力电池温度高于50℃，则进行降功率发电或者停止发电，随之进行降功率行驶。
整车工况模式判断包括：
S1、如果挡位处于前进挡或者倒档，加速踏板开度小于5％并且车速小于7km/h，进行模拟爬行工况控制；
S2、如果挡位处于前进挡或者倒档，加速踏板小于5％，并且车速大于7km/h进行模拟发动机制动的制动能量回收控制；
S3、如果挡位处于前进挡或者倒档，加速踏板大于5％，进行正常驱动行驶控制；
S4、如果挡位处于前进挡或者倒档，制动踏板信号非零，并且增程器状态为关闭，动力电池温度小于50℃，进行正常制动能量回收控制；
S5、如果挡位处于前进挡或者倒档，制动踏板信号非零，并且增程器状态为开启，或者动力电池温度大于50℃，不进行制动能量回收控制。
制动能量回收和增程器协调工作方法，以电池系统安全和使用寿命为前提，以避免增程器频繁启停为目标，协调制动能量回收发电和增程器发电控制。
本发明中发动机使用工况比较简单，可仅在高怠速、两个可控经济区三点进行工作，避免全工况工作，对燃油经济性、排放性、效率、可靠性均可以进行明显改善。
本发明的控制方法避免了发电功率点的频繁切换，有利于发动机工作在最佳状态，有利于发动机的效率，排放，经济性等等。
附图说明
图1为本发明的整车控制网络；
图2为本发明的整车控制流程；
图3为本发明的增程器恒功率发电控制流程；
图4为本发明的增程器控制流程。
具体实施方式
图1为本发明的整车控制网络，增程式纯电动汽车控制系统包括车载动力电池、驱动电机、增程器、变速箱、整车控制器(VCU)、电池管理系统(BMS)、电机控制器(MCU)，增程器由一小型发动机和集发电/驱动一体的发电机、发动机控制器、发电机控制器组成，其中，增程器向动力电池供电或者直接驱动电机，整车控制器根据驾驶员需求和整车各子系统的状态进行驱动整车行驶控制和整车能量管理，对增城器的子节点发送各种工作状态的指令。
图2为本发明的整车控制流程，整车系统初始化，上电，信号采集及处理，整车控制器(VCU)判断是否进行外接充电控制，当判断电池电量充满后，车载充电机主动断开，停止充电；如果不进行外接充电，对驾驶员的挡位、两踏板信号进行驾驶员意图解析，对整车行驶工况模式识别；完成整车行驶模式识别后，判断增程器屏蔽按钮是否启用，如果没有启用，允许进行增程器启停控制；如果已经启用，只进行纯电动驱动控制。整车工况模式判断包括：S1、如果挡位处于前进挡或者倒档，加速踏板开度小于5％并且车速小于7km/h，进行模拟爬行工况控制；S2、如果挡位处于前进挡或者倒档，加速踏板小于5％，并且车速大于7km/h进行模拟发动机制动的制动能量回收控制；S3、如果挡位处于前进挡或者倒档，加速踏板大于5％，并且电池温度低于50℃，进行正常驱动行驶控制；否则，对电机输出功率进行相应的限制；S4、如果挡位处于前进挡或者倒档，制动踏板信号非零，并且增程器状态为关闭，动力电池温度小于50℃，进行正常制动能量回收控制；S5、如果挡位处于前进挡或者倒档，制动踏板信号非零，并且增程器状态为开启，或者动力电池温度大于50℃，不进行制动能量回收控制。
图3为本发明的增程器恒功率发电控制流程，整车控制器采集来自加速踏板、制动踏板、钥匙、充电开关、方向、挡位、电辅助器件开关等操纵指令信息，进行挡位识别和误操作判断，充电控制、基于目标的电机转矩控制，发电机转速控制、发动机转矩闭环控制、制动能量回收控制、辅助系统控制等，实现整车控制器和控制网络的自检、正常驱动行驶控制模式(起步、爬行、前进、倒车、)、停车模式、驻车模式、跛行回家模式、限制功率行驶模式、制动能量回收模式、充电模式、紧急停车模式。在车辆行驶的过程中，如果没有进行增程器屏蔽控制，增程器根据电池电量和其他辅助系统的信息自动进行增程器的起停控制，恒功率发电控制，发电功率切换控制。
图4为本发明的增程器控制流程，关于制动能量回收和增程器协调控制的方法：当增程器不工作时，为纯电动工况，制动能量回收的基本原则是，根据当前电池温度和SOC电池可进行充电的最大功率为电机发电功率需求进行最大可再生制动转矩计算，该值与目标制动力进行比较，当小于目标制动力时，执行最大可再生制动转矩的指令，其余部分由机械制动力补充；若大于目标制动力，则将目标制动力作为电机指令转矩。其中涉及到的关键问题是临界可充电温度的标定，电池允许的充电特性，电机的发电特性。
在允许增程器启停的条件下，检测当前动力电池电量和发动机冷却水水温，当发动机冷却水水温小于20℃，并且电池电量小于35％，进行增程器启动控制，完成启动后进入增程器高怠速热机模式；当电池电量小于30％，并且动力电池温度低于50℃，增程器进行30kW恒功率发电控制；当电池电量大于40％时，并且动力电池温度低于50℃则进行20kW恒功率发电控制；当电池电量大于50％时，则进行增程器停止控制；在恒功率发电过程中，如果动力电池温度高于50℃，则进行降功率发电或者停止发电，随之进行降功率行驶。
当增程器系统工作时，由于制动为短时，增程器工作为持续一段时间，所以应该以增程器为先。可以采用固定小电流发电，或者不进行制动能量回收控制。如果采用固定小电流发电，需要根据对电池充电特性进行发电功率标定，当前流程图中所有标定的参数是以35Ah电池，最大充电电流为4C充电特性进行设计。
Claims (10)
1.一种增程式纯电动汽车控制系统，其特征在于：包括车载动力电池、驱动电机、增程器、变速箱、整车控制器(VCU)、电池管理系统(BMS)、电机控制器(MCU)，其中，增程器由小型发动机、集发电/驱动一体的发电机、发电机控制器组成，增程器向车载动力电池供电或者直接驱动电机，整车控制器根据驾驶员需求和整车各子系统的状态进行驱动整车行驶控制并对整车能量进行管理，对增程器的子节点发送各种工作状态的指令。
2.根据权利要求1所述的增程式纯电动汽车控制系统，其特征在于：该系统的动力电池通过车载充电机进行外部充电，增程器的启动通过整车控制器进行模式识别和判断，或者通过驾驶员的屏蔽按钮对其是否启动进行控制。
3.根据权利要求1或2所述的增程式纯电动汽车控制系统，其特征在于：该增程器和驱动电机根据不同工作模式的判断为动力电池进行行驶过程中的充电，动力电池和增程器能够同时或者单独为驱动电机供电。
4.一种增程式电动汽车的整车控制方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)整车控制系统唤醒、上电、信号采集及处理；
(2)整车控制器(VCU)判断是否进行外接充电控制，当判断电池电量充满后，车载充电机主动关闭，停止充电；如果不进行外接充电，对驾驶员的挡位、两踏板信号进行驾驶员意图解析，对整车行驶工况模式识别；
(3)完成整车行驶模式识别后，判断增程器屏蔽按钮是否启用，如果没有启用，允许进行增程器启停控制；如果已经启用，只进行纯电动驱动控制。
5.根据权利要求4所述的增程式电动汽车的整车控制方法，整车工况模式判断包括：
S1、如果挡位处于前进挡或者倒档，加速踏板开度小于5％并且车速小于7km/h，进行模拟爬行工况控制；
S2、如果挡位处于前进挡或者倒档，加速踏板小于5％，并且车速大于7km/h进行模拟发动机制动的制动能量回收控制；
S3、如果挡位处于前进挡或者倒档，加速踏板大于5％，电机无故障，进行正常驱动行驶控制；
S4、如果挡位处于前进挡或者倒档，制动踏板信号非零，并且增程器状态为关闭，动力电池温度小于50℃，进行正常制动能量回收控制；
S5、如果挡位处于前进挡或者倒档，制动踏板信号非零，并且增程器状态为开启，或者动力电池温度大于50℃，不进行制动能量回收控制。
6.根据权利要求4或5所述的增程式电动汽车的整车控制方法，在允许增程器启停的条件下，检测当前动力电池电量和发动机冷却水水温，当发动机冷却水水温小于20℃，并且电池电量小于35％，进行增程器启动控制，完成启动后进入增程器高怠速热机模式。
7.根据权利要求4或5所述的增程式电动汽车的整车控制方法，当电池电量小于30％，并且动力电池温度低于50℃，增程器进行30kW恒功率发电控制；当电池电量大于40％时，并且动力电池温度低于50℃则进行20kW恒功率发电控制；当电池电量大于50％时，则进行增程器停止控制；在恒功率发电过程中，如果动力电池温度高于50℃，则进行降功率发电或者停止发电，随之进行降功率行驶。
8.根据权利要求4所述的增程式电动汽车的整车控制方法，整车控制器首先对驾驶意图和行驶工况进行判断，根据驾驶员的档位信号和踏板信号解析出停车、爬行、正常前进行驶、倒车行驶、加速、减速等工况；整车工况判断完成后，进行动力电池电量检测，操纵信号检测，判断是否进行增程器的启停控制。
9.根据权利要求4所述的增程式电动汽车的整车控制方法，判断爬行工况和松加速踏板制动能量回收的模式区分是以车速为指标，当车速低于7km/h时，为爬行工况，高于7km/h时进行制动能量回收；前进挡和倒档都存在上述两种判断；
或：增程器的工作模式为：高怠速热机、20kW恒功率发电、30kW恒功率发电，根据电池电量进行不同工作模式的切换。
10.根据权利要求4或8所述的增程式电动汽车的整车控制方法，当制动能量回收和增程器发电需要协调控制时，以增程器的稳定恒功率为控制方法的基本前提，保护电池避免过电流充电，当增程器启动高功率工作后，不进行踩制动踏板的制动能量回收。
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