CN103863137A - 基于最长电池寿命考虑的增程式电动汽车控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于最长电池寿命考虑的增程式电动汽车控制方法。它电池组电量的增程摆幅X依据下述方程式确定：电池组保修的最大行驶里程设定为L，每一个驾驶周期的里程设定为100km，则电池组保修里程内的驾驶周期数设定为n₁，n₁=L/100km，电池组保修里程内启动增程器将电池组从电量下限值充电至电量上限值的总循环数设定为n₂，驱动电机效率设定为r，充电效率设定为p，电池组保修的最大行驶里程所需的总电量E=n₁（E₀-E₁）/r+（n₂*X%*E₀）/r/p；其中，n₂=k*f(X)-n₁；k为电池损伤系数，对锂离子电池来说，k=1-n₁*〔(100-M+0.5X)/14571〕^(1/0.6844)；f(X)为X的函数，函数关系为f(X)=(X/14571)^(-1/0.6844)；其中，L、E₀、M、r、p对于电池组为已知数值，根据上述方程式确定X的数值。

Description

基于最长电池寿命考虑的增程式电动汽车控制方法

技术领域

本发明涉及一种电动汽车控制方法，特别是一种基于最长电池寿命考虑的增程式电动汽车控制方法。

背景技术

增程式电动汽车是一种配有地面充电和车载供电功能的纯电驱动的电动汽车，它由整车控制器完成运行控制策略。电池组可由地面充电桩或车载充电器充电，发动机可采用燃油型或燃气型。整车运行模式可根据需要工作于纯电动模式或增程模式。 

在电池电量充足时，动力电池驱动电机，满足整车驱动功率需求，此时发动机不参与工作。当电池电量消耗到一定程度时，发动机启动，通过发电机为驱动电机提供能量，多余电量对动力电池进行充电。当电池电量充足时，发动机又停止工作，由电池驱动电机，提供整车驱动。增程式电动汽车可以实现电池的浅充浅放，有利于电池寿命。尽量使用电池电量有利于降低车辆使用成本，但是，如果对电池进行大幅度充放电则会影响到电池的使用寿命，即电池的使用寿命与电池的充放电幅度有关。

发明内容

本发明提供了一种可保证电池在保修期内不会损坏，最大限度利用电池驱动，降低使用成本，可保证电动汽车动力电池达到保修行驶里程，不会造成电池过分损伤的基于最长电池寿命考虑的增程式电动汽车控制方法，解决了现有技术所存在的技术问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案解决的：它包括整车控制器及与整车控制器连接的驱动电机、电池组和增程器，所述电池组与驱动电机电连接并为驱动电机供电，所述增程器与电池组连接且能为电池组充电，所述增程器与驱动电机连接且能为驱动电机供电，当整车控制器检测到电池组电量低于电量下限值E₁时，整车控制器指令增程器启动为驱动电机供电， 多余电量为电池组充电；当整车控制器检测到电池组电量达到电量上限值E₂时，整车控制器指令增程器停止工作；电池组充满电时的初始电量为E₀，所述电量下限值为E₁=E₀（M-0.5X）%，所述电量上限值为E₂=E₀（M+0.5X）%，其中M%为电池组的标定值且为已知数值，X%定义为增程摆幅即增程器处于工作状态时电池组电量上限值E₂占电池组初始电量E₀的百分比和电量下限值E₁占电池组初始电量E₀的百分比的差值，电池组电量的增程摆幅X依据下述方程式确定：

电池组保修的最大行驶里程设定为L，每一个驾驶周期的里程设定为100km，则电池组保修里程内的驾驶周期数设定为n₁，n₁=L/100km，电池组保修里程内启动增程器将电池组从电量下限值充电至电量上限值的总循环数设定为n₂，驱动电机效率设定为r， 充电效率设定为p，

电池组保修的最大行驶里程所需的总电量

 E= n₁（E₀- E₁）/r+（n₂*X%* E₀）/r/p

   其中,

n₂=k*f(X)- n₁

k为电池损伤系数，对锂离子电池来说，

k=1- n₁*〔(100-M+0.5X)/14571〕^(1/0.6844)

f(X)为X的函数，函数关系为

f(X)=(X/14571)^(-1/0.6844)

其中，L、E₀、M、r、p对于电池组为已知数值，根据上述方程式确定X的数值。

本发明结合电池组的保修行使里程要求和电池组各项标定值，确定电池组的增程摆幅X%，从而可保证电池在保修期内不会损坏，最大限度利用电池驱动，降低使用成本，由于计算中假定增程器不直接向驱动电机供电，得到的是保守的电池寿命估计，可确保电动汽车电池达到保修行程里程，不会造成电池过分损伤。

作为优选，所述增程器包括发动机、发动机控制器、发电机、发电机控制器，其中发动机输出端与发电机输入端，发电机输出端与电池组连接，发动机控制器与发动机连接，发电机控制器与发电机，发动机控制器及发电机控制器同时与整车控制器连接。

作为优选，所述整车控制器包括以下步骤：

①、整车系统控制

在系统启动时，首先进行初始化，采集电池组电量、车速、发电机状态和发动机状态；

调集最近一次的行驶数据，所述行驶数据包括运行模式、行驶里程和运行工况，所述运行模式包括增程模式和自选模式，所述自选模式包括纯电动模式和预期模式；所述运行工况包括城市工况、城市加城郊工况以及城郊工况；等待驾驶员的指令；

所述驾驶员的指令通过数据输入来实现，如果没有驾驶员的数据输入，则采取增程模式运行；如果有驾驶员的数据输入，则启动自选模式；

当驾驶员选择纯电动模式时，根据预计行驶里程和运行工况计算电池组电量能否满足行驶要求，如果电量不足，将自动转为增程模式并以屏幕显示的方式提示；

 如果驾驶员启动自选模式但未选择纯电动模式，或驾驶员输入下次充电以前预计行驶里程和驾驶工况，将按预期模式运行；在预期模式情况下，按输入信息和当前电池组电量进行比较，确定增程器的使用方式；

②、预期模式的控制

驾驶员踩下加速踏板后，电池组带动驱动电机工作；如果计算的发电时间为零，则继续使用电池组驱动；如果计算的发电时间大于零，则判断电池组电量是否大于所设的下限值，

如果电池组电量大于所述下限值，则计算当前行驶里程，比较当前行驶里程是否达到发电机启动所需的最小行驶距离，如果未达到发电机启动所需的最小行驶距离，则继续使用电池组驱动；否则继续比较当前行驶里程是否达到发电机启动前所需的最大行驶距离，或者行驶功率需求是否达到功率门槛值，如果当前行驶里程未达到发电机最大行驶距离，或者行驶功率需求未达到功率门槛值，则继续使用电池组驱动；如果当前行驶里程达到发电机最大行驶距离，或者行驶功率需求达到功率门槛值，则启动增程器发电；

如果电池组电量小于或等于所述下限值，立即启动增程器发电；如果发电时间达到预定的发动机运行时间，则关闭发动机，否则继续发电；

③、纯电动模式行驶

如果纯电动模式被选择，将根据预计行驶里程和运行工况判断电池组的电量能否满足纯电动驱动，如果电量足够，则使用电池组驱动；如果电量不足，则自动启动增程模式；

④、增程模式行驶：

在无驾驶员输入指令，或驾驶员选择增程模式，或选择纯电动模式但电量不足的情况下，以增程模式运行，过程如下：首先电池组驱动电机工作，控制器根据预计行驶里程和运行工况判断电池组电量能否满足行驶要求；然后按②、预期模式的控制所述方法工作。

通过运用该控制方法使得在不损伤动力电池的前提下，最大限度地使用动力电池组的电能，最小程度地使用增程器，以达到最大程度地降低使用成本，并实现高效降耗、环保低排的技术目的。

在不损伤电池组的前提下最大限度地使用电动驱动，以使得使用成本最低，同时达到节能、减排的目的；系统的设计使得发动机启动以后始终处于理想转速，具有高效，设计简单，控制简单的特点，其热效率接近最高值、排放接近最低值；电池组电量的下限值是不影响蓄电池使用寿命的电池组最低电量值；蓄电池极限值是蓄电池组的最高容量值。

因此，本发明具有可保证电池在保修期内不会损坏，最大限度利用电池驱动，降低使用成本，可保证电动汽车电池达到保修行程里程，不会造成电池过分损伤等特点。 

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：包括整车控制器及与整车控制器联接的驱动电机、电池组和增程器，所述电池组与驱动电机电连接并为驱动电机供电，增程器与电池组连接且能为电池组充电，增程器与驱动电机连接且能为驱动电机供电，当整车控制器检测到电池组电量低于电量下限值E₁时，整车控制器指令增程器启动为驱动电机供电并为电池组充电；当整车控制器检测到电池组电量达到电量上限值E₂时，整车控制器指令增程器停止工作；电池组充满电时的初始电量为E₀，电量下限值为E₁=E₀（M-0.5X）%，电量上限值为E₂=E₀（M+0.5X）%，其中M%为电池组的标定值且为已知数值，X%定义为增程摆幅即增程器处于工作状态时电池组电量上限值E₂占电池组初始电量E₀的百分比和电量下限值E₁占电池组初始电量E₀的百分比的差值，电池组电量的增程摆幅X依据下述方程式确定：

电池组保修的最大行驶里程设定为L，每一个驾驶周期的里程设定为100km，则电池组保修里程内的驾驶周期数设定为n₁，n₁=L/100km，电池组保修里程内启动增程器将电池组从电量下限值充电至电量上限值的总循环数设定为n₂，驱动电机效率设定为r，充电效率设定为p，

电池组保修的最大行驶里程所需的总电量

 E= n₁（E₀- E₁）/r+（n₂*X%* E₀）/r/p

   其中,

n₂=k*f(X)- n₁

k为电池损伤系数，对锂离子电池来说，

k=1- n₁*〔(100-M+0.5X)/14571〕^(1/0.6844)

f(X)为X的函数，函数关系为

f(X)=(X/14571)^(-1/0.6844)

对于一辆1400 kg的车，取L=100000 km，M=55，驱动电机效率r=0.82，充电效率p=0.71，电池组初始电量E₀=16 kWh，根据上述方程式确定X的数值为60。

当整车控制器检测到电池组电量低于电量下限值E₁为初始电量E₀的25%时，整车控制器指令增程器启动为驱动电机供电并为电池组充电；当整车控制器检测到电池组电量达到电量上限值E₂为初始电量E₀的85%时，整车控制器指令增程器停止工作。

增程器包括发动机、发动机控制器、发电机、发电机控制器，其中发动机输出端与发电机输入端，发电机输出端与电池组连接，发动机控制器与发动机连接，发电机控制器与发电机，发动机控制器及发电机控制器同时与整车控制器连接。

整车控制器包括以下步骤：

①、整车系统控制

在系统启动时，首先进行初始化，采集电池组电量、车速、发电机状态和发动机状态；

调集最近一次的行驶数据，所述行驶数据包括运行模式、行驶里程和运行工况，所述运行模式包括增程模式和自选模式，所述自选模式包括纯电动模式和预期模式；所述运行工况包括城市工况、城市加城郊工况以及城郊工况；等待驾驶员的指令；

所述驾驶员的指令通过数据输入来实现，如果没有驾驶员的数据输入，则采取增程模式运行；如果有驾驶员的数据输入，则启动自选模式；

当驾驶员选择纯电动模式时，根据预计行驶里程和运行工况计算电池组电量能否满足行驶要求，如果电量不足，将自动转为增程模式并以屏幕显示的方式提示；

 如果驾驶员启动自选模式但未选择纯电动模式，或驾驶员输入下次充电以前预计行驶里程和驾驶工况，将按预期模式运行；在预期模式情况下，按输入信息和当前电池组电量进行比较，确定增程器的使用方式；

②、预期模式的控制

驾驶员踩下加速踏板后，电池组带动驱动电机工作；如果计算的发电时间为零，则继续使用电池组驱动；如果计算的发电时间大于零，则判断电池组电量是否大于所设的下限值，

如果电池组电量大于所述下限值，则计算当前行驶里程，比较当前行驶里程是否达到发电机启动所需的最小行驶距离，如果未达到发电机启动所需的最小行驶距离，则继续使用电池组驱动；否则继续比较当前行驶里程是否达到发电机启动前所需的最大行驶距离，或者行驶功率需求是否达到功率门槛值，如果当前行驶里程未达到发电机最大行驶距离，或者行驶功率需求未达到功率门槛值，则继续使用电池组驱动；如果当前行驶里程达到发电机最大行驶距离，或者行驶功率需求达到功率门槛值，则启动增程器发电；

如果电池组电量小于或等于所述下限值，立即启动增程器发电；如果发电时间达到预定的发动机运行时间，则关闭发动机，否则继续发电；

③、纯电动模式行驶

如果纯电动模式被选择，将根据预计行驶里程和运行工况判断电池组的电量能否满足纯电动驱动，如果电量足够，则使用电池组驱动；如果电量不足，则自动启动增程模式；

④、增程模式行驶：

在无驾驶员输入指令，或驾驶员选择增程模式，或选择纯电动模式但电量不足的情况下，以增程模式运行，过程如下：首先电池组驱动电机工作，控制器根据预计行驶里程和运行工况判断电池组电量能否满足行驶要求；然后按②、预期模式的控制所述方法工作。

Claims (3)

1.基于最长电池寿命考虑的增程式电动汽车控制方法，其特征在于：包括整车控制器及与整车控制器连接的驱动电机、电池组和增程器，所述电池组与驱动电机电连接并为驱动电机供电，所述增程器与电池组连接且能为电池组充电，所述增程器与驱动电机连接且能为驱动电机供电，当整车控制器检测到电池组电量低于电量下限值E₁时，整车控制器指令增程器启动为驱动电机供电， 多余电量为电池组充电；当整车控制器检测到电池组电量达到电量上限值E₂时，整车控制器指令增程器停止工作；电池组充满电时的初始电量为E₀，所述电量下限值为E₁=E₀（M-0.5X）%，所述电量上限值为E₂=E₀（M+0.5X）%，其中M%为电池组的标定值且为已知数值，X%定义为增程摆幅即增程器处于工作状态时电池组电量上限值E₂占电池组初始电量E₀的百分比和电量下限值E₁占电池组初始电量E₀的百分比的差值，电池组电量的增程摆幅X依据下述方程式确定：

电池组保修的最大行驶里程设定为L，每一个驾驶周期的里程设定为100km，则电池组保修里程内的驾驶周期数设定为n₁，n₁=L/100km，电池组保修里程内启动增程器将电池组从电量下限值充电至电量上限值的总循环数设定为n₂，驱动电机效率设定为r， 充电效率设定为p，

电池组保修的最大行驶里程所需的总电量

 E= n₁（E₀- E₁）/r+（n₂*X%* E₀）/r/p

   其中,

n₂=k*f(X)- n₁

k为电池损伤系数，对锂离子电池来说，

k=1- n₁*〔(100-M+0.5X)/14571〕^(1/0.6844)

f(X)为X的函数，函数关系为

f(X)=(X/14571)^(-1/0.6844)

其中，L、E₀、M、r、p对于电池组为已知数值，根据上述方程式确定X的数值。

2.根据权利要求1所述的基于最长电池寿命考虑的增程式电动汽车控制方法，其特征在于：所述增程器包括发动机、发动机控制器、发电机、发电机控制器，其中发动机输出端与发电机输入端，发电机输出端与电池组连接，发动机控制器与发动机连接，发电机控制器与发电机，发动机控制器及发电机控制器同时与整车控制器连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于最长电池寿命考虑的增程式电动汽车控制方法，其特征在于所述整车控制器包括以下步骤：

①、整车系统控制

在系统启动时，首先进行初始化，采集电池组电量、车速、发电机状态和发动机状态；

调集最近一次的行驶数据，所述行驶数据包括运行模式、行驶里程和运行工况，所述运行模式包括增程模式和自选模式，所述自选模式包括纯电动模式和预期模式；所述运行工况包括城市工况、城市加城郊工况以及城郊工况；等待驾驶员的指令；

所述驾驶员的指令通过数据输入来实现，如果没有驾驶员的数据输入，则采取增程模式运行；如果有驾驶员的数据输入，则启动自选模式；

当驾驶员选择纯电动模式时，根据预计行驶里程和运行工况计算电池组电量能否满足行驶要求，如果电量不足，将自动转为增程模式并以屏幕显示的方式提示；

 如果驾驶员启动自选模式但未选择纯电动模式，或驾驶员输入下次充电以前预计行驶里程和驾驶工况，将按预期模式运行；在预期模式情况下，按输入信息和当前电池组电量进行比较，确定增程器的使用方式；

②、预期模式的控制

驾驶员踩下加速踏板后，电池组带动驱动电机工作；如果计算的发电时间为零，则继续使用电池组驱动；如果计算的发电时间大于零，则判断电池组电量是否大于所设的下限值，

如果电池组电量大于所述下限值，则计算当前行驶里程，比较当前行驶里程是否达到发电机启动所需的最小行驶距离，如果未达到发电机启动所需的最小行驶距离，则继续使用电池组驱动；否则继续比较当前行驶里程是否达到发电机启动前所需的最大行驶距离，或者行驶功率需求是否达到功率门槛值，如果当前行驶里程未达到发电机最大行驶距离，或者行驶功率需求未达到功率门槛值，则继续使用电池组驱动；如果当前行驶里程达到发电机最大行驶距离，或者行驶功率需求达到功率门槛值，则启动增程器发电；

如果电池组电量小于或等于所述下限值，立即启动增程器发电；如果发电时间达到预定的发动机运行时间，则关闭发动机，否则继续发电；

③、纯电动模式行驶

如果纯电动模式被选择，将根据预计行驶里程和运行工况判断电池组的电量能否满足纯电动驱动，如果电量足够，则使用电池组驱动；如果电量不足，则自动启动增程模式；

④、增程模式行驶：

在无驾驶员输入指令，或驾驶员选择增程模式，或选择纯电动模式但电量不足的情况下，以增程模式运行，过程如下：首先电池组驱动电机工作，控制器根据预计行驶里程和运行工况判断电池组电量能否满足行驶要求；然后按②、预期模式的控制所述方法工作。