CN102555812A - 电动汽车的能量控制系统及能量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动汽车的能量控制系统及能量控制方法，其中能量控制系统包括油门踏板装置、电机、电池状态检测装置以及能量管理控制器；油门踏板装置根据油门踏板位置提供油门信号；电机以动力电池提供的电力作为动力来源；电池状态检测装置提供动力电池的荷电信息以及指示动力电池状态异常程度的第二状态信息；能量管理控制器根据荷电信息判断动力电池当前所处荷电区间，并根据动力电池的当前所处荷电区间及第二状态信息以及油门信号设定电机的运行模式。本发明通过引入动力电池的多种状态信息和油门信号作为电机运行控制考虑因素，并对故障进行分类分级作为电机运行控制的参考，因此提高了电动汽车运行的可靠性、安全性和续航里程。

Description

电动汽车的能量控制系统及能量控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车的控制技术领域，特别涉及电动汽车的能量控制系统及能量控制方法。

背景技术

电动汽车主要包括纯电动汽车、燃料电池汽车、混合动力汽车等。纯电动汽车以蓄能动力电池作为唯一能源，采用电动机驱动车辆行驶，具备零排放、低噪音等特性。但现阶段，作为能量来源的蓄能动力电池，其比能量、比功率较低，影响着纯电动汽车的续航能力，在此背景下，调节电机及其他高压辅助设备运行模式，控制蓄能动力电池放电功率，将在一定程度上延长车辆续驶里程。

目前，许多电动汽车电机在车辆的整个运行过程中一直运行在全功率模式。在此情况下，由于电机运行模式未能较好匹配电池及车辆运行状态，电机运行控制不够精细；此外，现有技术对能量的分配，其判据较少，一般仅参照电池的荷电信息（state of charge，SOC），而未考虑其他信号量，使得纯电动汽车的续航能力有限。

发明内容

因此，本发明提供电动汽车的能量控制系统及能量控制方法，以克服现有电动汽车控制技术中存在的缺陷。

具体地，本发明实施例提出的一种电动汽车的能量控制系统，包括油门踏板装置、电机、电池状态检测装置以及能量管理控制器。油门踏板装置根据油门踏板位置提供产生油门信号；电机以动力电池提供的电力作为动力来源；电池状态检测装置提供动力电池的荷电信息和第二状态信息，第二状态信息指示动力电池的状态异常程度；能量管理控制器（例如模糊控制器）根据荷电信息判断动力电池当前所述荷电区间，并根据动力电池当前所处荷电区间及第二状态信息以及油门信号设定电机的运行模式。

在本发明实施例中，上述第二状态信息例如为电池电压状态信号、电池温度状态信号、电池电流状态信号以及电池绝缘状态信号中的一个或多个。

在本发明实施例中，上述电机的运行模式例如为全功率运行模式、降功率运行模式、立即停车以及跛行模式之一。

在本发明实施例中，上述能量控制系统例如更包括通讯诊断装置，提供通讯状态信息以指示整车是否存在通讯错误，而上述能量管理控制器设定电机的运行模式时则可进一步将通讯状态信息作为考虑因素之一。

在本发明实施例中，上述能量管理控制器：(a)在根据油门信号与通讯状态信息判断存在油门输入值错误及/或通讯错误的情形下，则可设定电机的运行模式为跛行模式；以及(b)在根据油门信号与通讯状态信息判断无油门输入值错误及通讯错误的情形下：(b1)当动力电池当前所处荷电区间为荷电大于第一设定值（例如30%）且第二状态信息指示动力电池的状态无异常时，则可设定电机的运行模式为全功率运行模式；(b2)当动力电池当前所处荷电区间为荷电小于等于第一设定值且大于等于第二设定值（例如10%），或者第二状态信息指示动力电池的状态出现第一程度异常时，则可设定电机的运行模式为降功率运行模式；以及(b3)当动力电池当前所处荷电区间为荷电小于第二设定值，或者第二状态信息显示动力电池的状态出现第二程度异常时，则可设定电机的运行模式为立即停车；并且，第一设定值大于第二设定值。

在本发明实施例中，上述能量控制系统例如还包括高压辅助设备状态检测装置，提供高压辅助设备的驱动状态信息；当设定电机的运行模式为降功率运行模式时，能量管理控制器参考高压辅助设备的当前驱动状态信息对高压辅助设备进行功率下调控制。

在本发明实施例中，当设定所述电机的运行模式为全功率运行模式时，上述能量管理控制器例如依据电机的转矩-转速-效率映射图设定电机的转矩输出；以及当设定电机的运行模式为降功率运行模式时，上述能量管理控制器例如结合电机的当前转矩及转速、动力电池的荷电信息以及当前整车车速限定电机的转矩输出并使电机运行于高效区。

此外，本发明实施例提出的一种电动汽车的能量控制方法，包括以下步骤：取得依据油门踏板位置产生的油门信号；取得动力电池的荷电信息以及第二状态信息（例如为电池电压状态信号、电池温度状态信号、电池电流状态信号以及电池绝缘状态信号中的一个或多个），第二状态信息指示动力电池的状态异常程度；以及根据荷电信息判断动力电池当前所处荷电区间，并根据动力电池的当前所处荷电区间及第二状态信息以及油门信号设定（例如通过模糊控制算法设定）电机的运行模式。

在本发明实施例中，上述能量控制方法更可包括步骤：取得通讯状态信息以指示整车是否存在通讯错误；以及将通讯状态信息作为设定电机的运行模式的考虑因素之一。

在本发明实施例中，上述能量控制方法中的设定电机的运行模式的步骤例如包括：(a)在根据油门信号与通讯状态信息判断存在油门输入值错误及/或通讯错误的情形下，设定电机的运行模式为跛行模式；以及(b)在根据油门信号与通讯状态信息判断无油门输入值错误及通讯错误的情形下：(b1)当动力电池当前所处荷电区间为荷电大于第一设定值（例如30%）且第二状态信息指示动力电池的状态无异常时，设定电机的运行模式为全功率运行模式；(b2)当动力电池当前所处荷电区间为荷电小于等于第一设定值且大于等于第二设定值（例如10%），或者第二状态信息指示动力电池的状态出现第一程度异常时，设定电机的运行模式为降功率运行模式；以及(b3)当动力电池当前所处荷电区间为荷电小于第二设定值，或者第二状态信息显示动力电池的状态出现第二程度异常时，设定电机的运行模式为立即停车。

在本发明实施例中，上述能量控制方法还可包括步骤：当设定电机的运行模式为全功率运行模式时，依据电机的转矩-转速-效率映射图设定电机的转矩输出；以及当设定电机的运行模式为降功率运行模式时，结合电机的当前转矩及转速、动力电池的荷电信息以及当前整车车速限定电机的转矩输出并使电机运行于高效区。

本发明上述实施例引入电池荷电信息及电池其它状态信息、油门踏板位置甚至其它运行状态（例如整车通讯状态信息、车速信息）作为模糊控制器的输入，利用模糊控制算法计算电机的转矩输出值，并将故障进行分类分级作为设定电机运行模式的参考，从而提高了系统智能性以及整车运行的可靠性、安全性和续航里程。另外还可根据动力电池的所处荷电区间自动调节高压辅助设备的能量消耗，从而保证主要设备例如电机的功率需求。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明实施例提出的电动汽车的能量控制系统的主要架构方块图。

图2是本发明实施例提出的电动汽车的能量控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的电动汽车的能量控制系统及能量控制方法其具体实施方式、结构、特征及功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

图1是本发明实施例提出的电动汽车的能量控制系统的主要架构方块图。请参考图1，如图1所示，电动汽车的能量控制系统10包括油门踏板装置13、电池状态检测装置15、电机12、车辆动力系统14，以及与油门踏板装置13、电机12、车辆动力系统14、电池状态检测装置15电性相连的能量管理控制器11。电动汽车的能量控制系统10还可以包括与能量管理控制器11电性相连的高压辅助设备状态检测装置17以及通讯诊断装置19，以整合更多的功能。在此，车辆动力系统14例如包括传动系统等。

油门踏板装置13可根据油门踏板位置提供油门信号。例如在驾驶员踏下电动汽车的油门踏板时，油门踏板装置13可提供与踏下油门踏板位置对应的油门信号。

电机12以动力电池(未绘出)所提供的电力作为动力来源。动力电池可为磷酸铁锂电池。

电池状态检测装置15提供动力电池的荷电信息和第二状态信息。第二状态信息可为电池电压状态信号、电池温度状态信号、电池电流状态信号以及电池绝缘状态信号（例如，电池绝缘状态信号为电池与电动汽车之间绝缘程度）中的一个或多个。第二状态信息可指示动力电池的状态异常程度，例如可指示电池的电压、温度、电流以及绝缘状态所处的异常等级范围（例如无异常、第一程度异常或第二程度异常），即第二状态信息表示动力电池的状态异常程度信号。通讯诊断装置19提供通讯状态信息以指示整车是否存在通讯错误。通讯状态信息例如是指整车的CAN总线通讯状态信息。

高压辅助设备状态检测装置17提供高压辅助设备的驱动状态信息。高压辅助设备可包括助力转向设备、空调等高压辅助设备。例如高压辅助设备的驱动状态信息可为高压辅助设备的功率状态信息等。

车辆动力系统14反馈车辆的当前车速信号。车辆动力系统14在电机12的控制下驱动电动汽车按照期望的车速行驶。

能量管理控制器11根据荷电信息判断动力电池当前所处荷电区间，并根据动力电池的当前所处荷电区间及第二状态信息以及油门信号设定电机的运行模式。电机12的运行模式可为全功率运行模式、降功率运行模式、立即停车以及跛行模式中之一。能量管理控制器11设定电机12的运行模式时还可进一步将通讯状态信息作为考虑因素之一。能量管理控制器11可为模糊控制器。电机12的运行模式设定例如是通过模糊控制算法实现。

具体地，能量管理控制器11在根据油门信号与通讯状态信息判断存在油门输入值错误（例如油门信号指示油门输入值不在正常范围或油门断路）及/或通讯错误（例如持续一段时间，如10秒检测不到通讯状态信息或通讯中断）的情形下，设定电机12的运行模式为跛行模式。跛行模式即动力汽车以非常小的速度运行，以便于驾驶员将动力汽车行驶到路边停车或行驶到维修地进行维修。例如正常范围的油门信号为1伏特~5伏特，若油门信号为6伏特，则出现了油门输入值错误。油门断路即持续一段时间检测不到油门信号。

在根据油门信号与通讯状态信息判断无油门输入值错误及通讯错误的情形下：当动力电池的当前所处荷电区间为荷电大于第一设定值且第二状态信息指示动力电池的状态无异常时，设定电机12的运行模式为全功率运行模式。在电机12的运行模式为全功率运行模式时，能量管理控制器11可依据电机12的转矩-转速-效率映射图设定电机12的转矩T输出。当动力电池的当前所处荷电区间为荷电小于等于第一设定值且大于等于第二设定值，或者第二状态信息指示动力电池的状态出现第一程度异常时，设定电机12的运行模式为降功率运行模式。在电机12的运行模式为降功率运行模式时，能量管理控制器11可结合电机12的当前转矩T、转速n、动力电池的荷电信息以及当前整车车速限定电机12的转矩T输出并使电机12运行于高效区（即电机12的扭矩被限定在一定范围内）。并且在电机12的运行模式为降功率运行模式时，能量管理控制器11将参考高压辅助设备的当前驱动状态信息对高压辅助设备进行功率下调控制。当动力电池的当前所处荷电区间为荷电小于第二设定值，或者第二状态信息显示动力电池的状态出现第二程度异常时，设定电机12的运行模式为立即停车。此时油门信号无效，即油门踏板装置13提供的油门信号不会被能量管理控制器11接收，动力汽车立即降速直至停车。例如，在本实施方式中，第一设定值为动力电池荷电总量的30%，第二设定值为动力电池荷电总量的10%。第一设定值及第二设定值的具体数值也可以也可以根据实际需要进行设定。第一程度异常以及第二程度异常分别可为电池电压状态、电池温度状态、电池电流状态或电池绝缘状态中的一个或多个出现了第一程度异常以及第二程度异常（在此，第二程度异常劣于第一程度异常）。更具体地，电池电压状态出现第一或第二程度异常是指电池出现欠压，且欠压值处于第一区间范围或欠压值处于第二区间范围，电池温度状态出现第一或第二程度异常是指电池出现过温，且温度值处于第一区间范围或温度值处于第二区间范围，电池电流状态出现第一或第二程度异常是指电池出现过流，且电流值处于第一区间范围或电流值处于第二区间范围。

图2是本发明实施例提出的电动汽车的能量控制方法的步骤流程图，请一并参考图2及图1，本发明电动汽车的能量控制方法主要可包括以下步骤S201~S212。

步骤S201，能量管理控制器11取得依据油门踏板位置产生的油门信号以及取得通讯状态信息以指示整车是否存在通讯错误，并根据油门信号与通讯状态信息判断是否存在油门输入值错误及/或通讯错误的情形，若存在油门输入值错误及/或通讯错误的情形，则进行步骤S202，若不存在油门输入值错误及通讯错误的情形，则进行步骤S203；

步骤S202，由能量管理控制器11设定电机12的运行模式为跛行模式；

步骤S203，能量管理控制器11取得动力电池的荷电信息以及第二状态信息，第二状态信息指示动力电池的状态异常程度，即第二状态信息表示动力电池的状态异常程度信号，能量管理控制器11判断第二状态信息指示的动力电池的状态是否出现第二程度异常，若第二状态信息指示的动力电池的状态出现第二程度异常则进行步骤S205，若第二状态信息指示的动力电池的状态未出现第二程度异常则进行步骤S207。所述第二状态信息例如为电池电压状态信号、电池温度状态信号、电池电流状态信号以及电池绝缘状态信号中的一个或多个；

步骤S205，由能量管理控制器11设定电机12的运行模式为立即停车；

步骤S207，能量管理控制器11判断第二状态信息指示的动力电池的状态是否出现第一程度异常，若第二状态信息指示的动力电池的状态出现第一程度异常则进行步骤S209，若第二状态信息指示动力电池的状态未出现第一程度异常则进行步骤S210；

步骤S209，由能量管理控制器11设定电机12的运行模式为降功率运行模式；在电机12的运行模式为降功率运行模式时，能量管理控制器11可结合电机12的当前转矩T、转速n、动力电池的荷电信息以及当前整车车速限定电机12的转矩T输出并使电机12运行于高效区（即电机12的扭矩输出被限定在一定范围内）；

步骤S210，能量管理控制器11判断动力电池的当前所处荷电区间是否为荷电大于第一设定值，例如动力电池荷电总量的30%，若动力电池的当前所处荷电区间为荷电大于第一设定值则进行步骤S211，若动力电池的当前所处荷电区间为荷电不大于第一设定值则进行步骤S212；

步骤S211，由能量管理控制器11设定电机12的运行模式为全功率运行模式；在电机12的运行模式为全功率运行模式时，能量管理控制器11可依据电机12的转矩-转速-效率映射图设定电机12的转矩T输出；

步骤S212，能量管理控制器11判断动力电池的当前所处荷电区间是否为荷电小于等于第一设定值且大于等于第二设定值，例如第二设定值为动力电池荷电总量的10%，若动力电池的当前所处荷电区间为荷电小于等于第一设定值且大于等于第二设定值则进行步骤S209，若动力电池的当前所处荷电区间并非为荷电小于等于第一设定值且大于等于第二设定值，也即荷电小于第二设定值，则进行步骤S205。

在其它实施方式中，步骤S201中的通讯状态信息也可以不作为设定电机12的运行模式的考虑因素之一。

综上所述，本发明之电动汽车的能量控制系统及其能量控制方法引入电池荷电信息及电池其它状态信息、油门踏板位置甚至其它运行状态（例如整车通讯状态信息、车速信息）作为模糊控制器的输入，利用模糊控制算法计算电机12的转矩T输出值，并将故障进行分类分级作为设定电机12运行模式的参考，从而提高了系统智能性以及整车运行的可靠性、安全性和续航里程。

本发明之电动汽车的能量控制系统及其能量控制方法还可根据动力电池的所处荷电区间自动调节高压辅助设备的能量消耗，从而保证主要设备例如电机12的功率需求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (15)

1.一种电动汽车的能量控制系统，其特征是：所述能量控制系统包括：

油门踏板装置，根据油门踏板位置提供油门信号； 

电机，以动力电池所提供的电力作为动力来源；

电池状态检测装置，提供所述动力电池的荷电信息和第二状态信息；以及

能量管理控制器，根据所述荷电信息判断所述动力电池当前所处荷电区间，并根据所述动力电池的当前所处荷电区间及第二状态信息以及所述油门信号设定所述电机的运行模式。

2.根据权利要求1所述的能量控制系统，其特征是：所述第二状态信息为电池电压状态信号、电池温度状态信号、电池电流状态信号以及电池绝缘状态信号中的一个或多个。

3.根据权利要求1所述的能量控制系统，其特征是：所述电机的运行模式为全功率运行模式、降功率运行模式、立即停车以及跛行模式之一。

4.根据权利要求3所述的能量控制系统，其特征是：更包括通讯诊断装置，提供通讯状态信息以指示整车是否存在通讯错误；所述能量管理控制器设定所述电机的运行模式时进一步将所述通讯状态信息作为考虑因素之一。

5.根据权利要求4所述的能量控制系统，其特征是：所述能量管理控制器：

在根据所述油门信号与通讯状态信息判断存在油门输入值错误及/或通讯错误的情形下，设定所述电机的运行模式为跛行模式；以及

在根据所述油门信号与通讯状态信息判断无油门输入值错误及通讯错误的情形下：

当所述动力电池的当前所处荷电区间为荷电大于第一设定值且所述第二状态信息指示所述动力电池的状态无异常时，设定所述电机的运行模式为全功率运行模式；

当所述动力电池的当前所处荷电区间为荷电小于等于第一设定值且大于等于第二设定值，或者所述第二状态信息指示所述动力电池的状态出现第一程度异常时，设定所述电机的运行模式为降功率运行模式；以及

当所述动力电池的当前所处荷电区间为荷电小于第二设定值，或者所述第二状态信息显示所述动力电池的状态出现第二程度异常时，设定所述电机的运行模式为立即停车；

并且，所述第一设定值大于所述第二设定值。

6.根据权利要求5所述的能量控制系统，其特征是：更包括：高压辅助设备状态检测装置，提供高压辅助设备的驱动状态信息；当设定所述电机的运行模式为降功率运行模式时，所述能量管理控制器参考所述高压辅助设备的当前驱动状态信息对所述高压辅助设备进行功率下调控制。

7.根据权利要求5所述的能量控制系统，其特征是： 

当设定所述电机的运行模式为全功率运行模式时，所述能量管理控制器依据所述电机的转矩-转速-效率映射图设定所述电机的转矩输出；以及

当设定所述电机的运行模式为降功率运行模式时，所述能量管理控制器结合所述电机的当前转矩及转速、所述动力电池的荷电信息以及当前整车车速限定所述电机的转矩输出并使所述电机运行于高效区。

8.根据权利要求5所述的能量控制系统，其特征是：所述第一设定值为30%，且所述第二设定值为10%。

9.根据权利要求1所述的能量控制系统，其特征是：所述能量管理控制器为模糊控制器。

10.一种电动汽车的能量控制方法，其特征是：包括步骤：

取得依据油门踏板位置产生的油门信号；

取得动力电池的荷电信息以及第二状态信息，所述第二状态信息指示所述动力电池的状态异常程度；以及

根据所述荷电信息判断所述动力电池当前所处荷电区间，并根据所述动力电池的当前所处荷电区间及第二状态信息以及所述油门信号设定电机的运行模式。

11.根据权利要求10所述的能量控制方法，其特征是：所述第二状态信息为电池电压状态信号、电池温度状态信号、电池电流状态信号以及电池绝缘状态信号中的一个或多个。

12.根据权利要求10所述的能量控制方法，其特征是：更包括步骤：

取得通讯状态信息以指示整车是否存在通讯错误；以及

将所述通讯状态信息作为设定所述电机的运行模式的考虑因素之一。

13.根据权利要求10所述的能量控制方法，其特征是：设定电机的运行模式的步骤包括：

在根据所述油门信号与通讯状态信息判断存在油门输入值错误及/或通讯错误的情形下，设定所述电机的运行模式为跛行模式；以及

在根据所述油门信号与通讯状态信息判断无油门输入值错误及通讯错误的情形下：

当所述动力电池的当前所处荷电区间为荷电大于第一设定值且所述第二状态信息指示所述动力电池的状态无异常时，设定所述电机的运行模式为全功率运行模式；

当所述动力电池的当前所处荷电区间为荷电小于等于第一设定值且大于等于第二设定值，或者所述第二状态信息指示所述动力电池的状态出现第一程度异常时，设定所述电机的运行模式为降功率运行模式；以及

    当所述动力电池的当前所处荷电区间为荷电小于第二设定值，或者所述第二状态信息显示所述动力电池的状态出现第二程度异常时，设定所述电机的运行模式为立即停车。

14.根据权利要求11所述的能量控制方法，其特征是：更包括步骤：

当设定所述电机的运行模式为全功率运行模式时，依据所述电机的转矩-转速-效率映射图设定所述电机的转矩输出；以及

当设定所述电机的运行模式为降功率运行模式时，结合所述电机的当前转矩及转速、所述动力电池的荷电信息以及当前整车车速限定所述电机的转矩输出并使所述电机运行于高效区。

15.根据权利要求11所述的能量控制方法，其特征是：设定所述电机的运行模式是通过模糊控制算法实现。

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