CN104590043B - 一种增程型电动汽车的能量管理系统及其方法 - Google Patents

一种增程型电动汽车的能量管理系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种增程型电动汽车的能量管理系统及其方法，能量管理系统包括整车控制器、动力电池、能量输入部和能量输出部，所述整车控制器和所述动力电池通过低压线相连接，所述能量输入部和所述能量输出部分别与所述动力电池相连接，所述能量输入部包括增程器单元和驱动及能量回收单元，所述能量输出部包括高压辅助单元和驱动及能量回收单元。首先通过门限对能量输入部与能量输出部的进行一阶调节，其次根据动力电池的剩余电量百分比SOC对能量输入部与能量输出部的进行进一步的二阶调节，有效提高了能量管理系统的效率。

Description

一种增程型电动汽车的能量管理系统及其方法
技术领域
本发明涉及汽车的能量管理领域，具体涉及一种增程型电动汽车的能量管理系统及其方法。
背景技术
目前，增程型电动汽车对增程器系统的控制较为简单，电动系统与增程器系统基本处于相对独立的运行状态，增程器采用3-5个固定功率点发电，且增程器完全用于辅助发电，整车能量管理效率低，燃油经济性较差，尤其是增程器系统对动力电池系统的频繁大电流充电，导致动力电池衰减严重，使用寿命降低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种增程型电动汽车的能量管理系统及其方法,旨在提高整车的能量管理效率。
本发明采用的技术方案具体为：
一种增程型电动汽车的能量管理系统，包括整车控制器、动力电池、能量输入部和能量输出部，所述整车控制器和所述动力电池通过低压线相连接，所述能量输入部和所述能量输出部分别与所述动力电池相连接，所述能量输入部包括增程器单元和驱动及能量回收单元，所述能量输出部包括高压辅助单元和驱动及能量回收单元。
在上述增程型电动汽车的能量管理系统中，所述增程器单元包括发动机和发电机，所述发动机和发电机相连接；所述驱动及能量回收单元包括驱动电机、减速器和车轮，所述驱动电机、所述减速器和所述车轮依次相连，所述增程器单元和所述驱动及能量回收单元通过高压线分别与所述动力电池相连接。
在上述增程型电动汽车的能量管理系统中，所述高压辅助单元包括PTC、空调系统和DC/DC，所述PTC、所述空调系统和所述DC/DC依次相连接，所述驱动及能量回收单元包括驱动电机、减速器和车轮，所述驱动电机、所述减速器和所述车轮依次相连，所述高压辅助单元和所述驱动及能量回收单元通过高压线分别与所述动力电池相连接。
一种增程型电动汽车的能量管理方法，具体步骤为：
整车控制器根据驱动电机的当前扭矩与转速，实时计算驱动及能量单元的放电功率PMCU或者能量回收功率PREMCU；
整车控制器根据PTC、空调系统和DC/DC的开启情况及其额定功率，计算处于开启状态的PTC、空调系统以及DC/DC的额定功率之和，实时计算辅助单元功率PAUX；
整车控制器根据发电机的扭矩与转速，实时计算增程器发电功率PAPU；
整车控制器根据动力电池当前允许的最大放电电流，实时计算当前状态允许的最大充电功率PCHGMAX；并根据动力电池当前允许的最大充电电流，实时计算当前状态允许的最大放电功率PDCHGMAX；
整车控制器对能量输入部与能量输出部进行门限控制，完成一阶调节，一阶调节具体为：
以动力电池的PCHGMAX作为能量输入部的门限值，即通过调整PAPU和/或PREMCU，使其满足PAPU+PREMCU≤PCHGMAX；
以动力电池的PDCHGMAX作为能量输出部的门限值，即通过调整PMCU和/或PAUX，使其满足PMCU+PAUX≤PDCHGMAX。
在上述增程型电动汽车的能量管理方法中，对能量输入部的调整中，优先调整PREMCU。
在上述增程型电动汽车的能量管理方法中，对能量输出部的调整中，优先调整PAUX。
还包括二阶调节，所述整车控制器根据动力电池的剩余电量百分比SOC，对能量输入部与能量输出部进行二阶调节，所述二阶调节具体为：
当SOC＞设定值一时，整车控制器通过实时调整PREMCU与PAPU，使得PAPU+PREMCU＝PMCU+PAUX，以使动力电池的SOC维持动态平衡；
当设定值二＜SOC≤设定值一时，整车控制器实时调整PREMCU与PAPU，使得PAPU+PREMCU-PMCU-PAUX＝设定功率差一，保持动力电池SOC以以第一水平上升；
当设定值三＜SOC≤设定值二时，整车控制器实时调整PREMCU与PAPU，使得PAPU+PREMCU-PMCU-PAUX＝设定功率差二，保持动力电池SOC以第二水平上升；
当SOC≤设定值三时，整车控制器实时调整PREMCU与PAPU，使得PAPU+PREMCU-PMCU-PAUX＝设定功率差三，保持动力电池SOC以第三水平上升。
在上述增程型电动汽车的能量管理方法中，所述设定值一为75-85％。
在上述增程型电动汽车的能量管理方法中，所述设定值二为45-55％。
在上述增程型电动汽车的能量管理方法中，所述设定值三为15-30％。
在上述增程型电动汽车的能量管理方法中，所述设定功率差一为3-7kw。
在上述增程型电动汽车的能量管理方法中，所述设定功率差二为7-12kw。
在上述增程型电动汽车的能量管理方法中，所述设定功率差三为12-18kw。
本发明产生的有益效果是：
整车控制器根据动力电池允许的最大充放电功率以及动力电池的剩余电量百分比SOC对各能量系统进行两阶调节，实现了对整车能量系统的管理，有效提高了整车能量的管理效率，保证了整车动力性以及增程器系统燃油经济性；同时，本发明的能量管理系统综合考虑了能量回收单元与增程器二者的协同工作，既可提高能量回收系统的回收效率，又有效保护了动力电池系统，避免了因大电流充电对动力电池使用寿命的影响。
附图说明
当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明一种增程型电动汽车的能量管理系统的结构示意图；
图2为本发明一种增程型电动汽车的能量管理方法的流程图。
图中：
1、整车控制器VCU 2、动力电池 3、发动机 4、发电机 5、驱动电机 6、减速器 7、车轮 8、PTC 9、空调系统 10、直流高压转直流低压电源DC/DC。
：低压电连接线；
：高压电连接线；
：高压电连接线及能量流向；
：机械连接线。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
如图1所示的一种增程型电动汽车的能量管理系统，包括整车控制器1、动力电池2、能量输入部和能量输出部，整车控制器和动力电池通过低压线相连接，能量输入部和能量输出部分别与动力电池相连接，能量输入部包括增程器单元和驱动及能量回收单元，能量输出部包括高压辅助单元和驱动及能量回收单元；其中：
增程器单元包括发动机3和发电机4，发动机3和发电机4相连接；驱动及能量回收单元包括驱动电机5、减速器6和车轮7，驱动电机5、减速器6和车轮7依次相连，增程器单元和驱动及能量回收单元通过高压线分别与动力电池2相连接。
高压辅助单元包括PTC8、空调系统9和DC/DC10，PTC8、空调系统9和DC/DC10依次相连接，驱动及能量回收单元包括驱动电机5、减速器6和车轮7，驱动电机5、减速器6和车轮7依次相连，高压辅助单元通过低压线与整车控制器1电连接，高压辅助单元和驱动及能量回收单元通过高压线分别与动力电池2相连接。
增程器单元和高压辅助单元均与整车控制器1通过低压相连，与整车控制器进行通信。
上述增程型电动汽车的能量管理系统的管理方法如图2所示，具体步骤为：
首先，整车控制器1根据驱动电机5的当前扭矩与转速，实时计算驱动及能量单元的放电功率PMCU或者能量回收功率PREMCU；根据PTC8、空调系统9和DC/DC10的开启情况，计算处于开启状态的部件的额定功率之和，实时计算辅助单元功率PAUX；根据发电机4的扭矩与转速，实时计算增程器发电功率PAPU；根据动力电池2当前允许的最大放电电流，实时计算当前状态允许的最大充电功率PCHGMAX；并根据动力电池2当前允许的最大充电电流，实时计算当前状态允许的最大放电功率PDCHGMAX；
整车控制器1对能量输入部与能量输出部进行门限控制，完成一阶调节，一阶调节具体为：
以动力电池2的PCHGMAX作为能量输入部的门限值，即通过调整PAPU和/或PREMCU，使其满足PAPU+PREMCU≤PCHGMAX，调整过程中，优先调整PREMCU，保证增程器系统平稳工作于燃油经济区，这样做的目的也是为了避免增程器发电功率频繁切换带来额外的振动与噪声影响整车NVH性能。
以动力电池2的PDCHGMAX作为能量输出部的门限值，即通过调整PMCU和/或PAUX，使其满足PMCU+PAUX≤PDCHGMAX，调整过程中，优先调整PAUX，保证驱动系统尽可能正常工作，提高整车的动力性及驾乘的舒适平顺性。
整车控制器1根据动力电池2的剩余电量百分比SOC，对能量输入部与能量输出部进行进一步的二阶调节，二阶调节具体为：
当SOC＞设定值一(75-85％之间的某个值)时，整车控制器1通过实时调整PREMCU与PAPU，使得PAPU+PREMCU＝PMCU+PAUX，保证增程器发电主要用于驱动系统与高压部件辅助系统，以使动力电池2的SOC维持动态平衡；
当设定值二(45-55％之间的某个值)＜SOC≤设定值一时，整车控制器1实时调整PREMCU与PAPU，使得PAPU+PREMCU-PMCU-PAUX＝设定功率差一(3-7kw，本实施例中优选为5kw)，在保证增程器发电与能量回收除用于满足驱动及能量回收单元与高压部件辅助单元的需求外，还可以富余出相对较少的能量为动力电池2充电，保持动力电池SOC缓慢上升；
当设定值三(15-30％之间的某个值)＜SOC≤设定值二时，整车控制器1实时调整PREMCU与PAPU，使得PAPU+PREMCU-PMCU-PAUX＝设定功率差二(7-12kw，本实施例中优选为10kw)，在保证增程器发电与能量回收除用于满足驱动及能量回收单元与高压部件辅助单元的需求外，还可以富余出相对较多的能量为动力电池系统充电，保持动力电池SOC较快上升。
当SOC≤设定值三时，整车控制器1实时调整PREMCU与PAPU，使得PAPU+PREMCU-PMCU-PAUX＝设定功率差三(12-18kw，本实施例中优选为15kw)，保证增程器发电与能量回收除用于满足驱动系统与高压部件辅助系统需求外，还可以富余出更多的能量为动力电池系统充电，保持动力电池SOC快速上升。
整车控制器1根据驾驶需求限制驱动系统及高压部件辅助系统的输出功率，当驾驶员有加速需求(即大功率的驱动需求)时，动力电池2的S0C随即减低，放电能力有限，整车控制器1通过限制辅助高压部件辅助单元的用电来确保动力电池2的放电功率全部用于驱动，进而保证了整车的动力性。
在本实施例中，设定值(一、二、三)优选为(80％、50％、20％)即在二阶调节中，根据上述调整策略，使得：
当80％＜SOC≤100％时，保持动力电池SOC维持动态平衡；
当50％＜SOC≤80％时，保持动力电池SOC缓慢上升；
当20％＜SOC≤50％时，保持动力电池SOC较快上升；
当SOC≤20％时，保持动力电池SOC快速上升。
首先通过门限，对能量输入部与能量输出部的进行一阶调节，其次根据动力电池的剩余电量百分比SOC，对能量输入部与能量输出部的进行进一步的二阶调节，通过两阶式的调节，实现了对整车能量系统的有效管理。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，显然，只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果、对本领域的技术人员来说是显而易见的变形，也均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种增程型电动汽车的能量管理系统，其特征在于，包括整车控制器、动力电池、能量输入部和能量输出部，所述整车控制器和所述动力电池通过低压线相连接，所述能量输入部和所述能量输出部分别与所述动力电池相连接，所述能量输入部包括增程器单元和驱动及能量回收单元，所述能量输出部包括高压辅助单元和驱动及能量回收单元，其中，所述高压辅助单元包括PTC、空调系统和DC/DC，所述PTC、所述空调系统和所述DC/DC依次相连接，所述驱动及能量回收单元包括驱动电机、减速器和车轮，所述驱动电机、所述减速器和所述车轮依次相连，所述高压辅助单元和所述驱动及能量回收单元通过高压线分别与所述动力电池相连接，所述增程器单元包括发动机和发电机，所述发动机和发电机相连接，所述驱动及能量回收单元包括驱动电机、减速器和车轮，所述驱动电机、所述减速器和所述车轮依次相连，所述增程器单元和所述驱动及能量回收单元通过高压线分别与所述动力电池相连接；
其中，所述整车控制器用于：
根据所述驱动电机的当前扭矩与转速，实时计算所述驱动及能量回收单元的放电功率PMCU或者能量回收功率PREMCU；
根据所述PTC、所述空调系统和所述DC/DC的开启情况，计算处于开启状态的所述PTC、所述空调系统以及所述DC/DC的额定功率之和，实时计算所述高压辅助单元功率PAUX；
根据所述发电机的扭矩与转速，实时计算增程器发电功率PAPU；
根据所述动力电池当前允许的最大放电电流，实时计算当前状态允许的最大充电功率PCHGMAX，根据所述动力电池当前允许的最大充电电流，实时计算当前状态允许的最大放电功率PDCHGMAX；以及
对所述能量输入部与所述能量输出部进行门限控制，以完成如下一阶调节：
以动力电池的PCHGMAX作为能量输入部的门限值，即通过调整PAPU和/或PREMCU，使其满足PAPU+PREMCU≤PCHGMAX，
以动力电池的PDCHGMAX作为能量输出部的门限值，即通过调整PMCU和/或PAUX，使其满足PMCU+PAUX≤PDCHGMAX。
2.根据权利要求1所述的增程型电动汽车的能量管理系统，其特征在于，所述整车控制器还用于根据所述动力电池的剩余电量百分比SOC，对所述能量输入部与所述能量输出部进行如下二阶调节：
当SOC＞设定值一时，所述整车控制器通过实时调整PREMCU与PAPU，使得PAPU+PREMCU＝PMCU+PAUX，以使动力电池的SOC维持动态平衡；
当设定值二＜SOC≤设定值一时，所述整车控制器实时调整PREMCU与PAPU，使得PAPU+PREMCU-PMCU-PAUX＝设定功率差一，保持动力电池SOC以第一水平上升；
当设定值三＜SOC≤设定值二时，所述整车控制器实时调整PREMCU与PAPU，使得PAPU+PREMCU-PMCU-PAUX＝设定功率差二，保持动力电池SOC以第二水平上升；
当SOC≤设定值三时，所述整车控制器实时调整PREMCU与PAPU，使得PAPU+PREMCU-PMCU-PAUX＝设定功率差三，保持动力电池SOC以第三水平上升。
3.一种增程型电动汽车的能量管理方法，其特征在于，具体步骤为：
整车控制器根据驱动电机的当前扭矩与转速，实时计算驱动及能量单元的放电功率PMCU或者能量回收功率PREMCU；
整车控制器根据PTC、空调系统和DC/DC的开启情况，计算处于开启状态的PTC、空调系统以及DC/DC的额定功率之和，实时计算辅助单元功率PAUX；
整车控制器根据发电机的扭矩与转速，实时计算增程器发电功率PAPU；
整车控制器根据动力电池当前允许的最大放电电流，实时计算当前状态允许的最大充电功率PCHGMAX；并根据动力电池当前允许的最大充电电流，实时计算当前状态允许的最大放电功率PDCHGMAX；
整车控制器对能量输入部与能量输出部进行门限控制，完成一阶调节，一阶调节具体为：
以动力电池的PCHGMAX作为能量输入部的门限值，即通过调整PAPU和/或PREMCU，使其满足PAPU+PREMCU≤PCHGMAX；
以动力电池的PDCHGMAX作为能量输出部的门限值，即通过调整PMCU和/或PAUX，使其满足PMCU+PAUX≤PDCHGMAX。
4.根据权利要求3所述的增程型电动汽车的能量管理方法，其特征在于，对能量输入部的调整中，优先调整PREMCU。
5.根据权利要求3所述的增程型电动汽车的能量管理方法，其特征在于，对能量输出部的调整中，优先调整PAUX。
6.根据权利要求3所述的增程型电动汽车的能量管理方法，其特征在于，还包括二阶调节，所述整车控制器根据动力电池的剩余电量百分比SOC，对能量输入部与能量输出部进行二阶调节，所述二阶调节具体为：
当SOC＞设定值一时，整车控制器通过实时调整PREMCU与PAPU，使得PAPU+PREMCU＝PMCU+PAUX，以使动力电池的SOC维持动态平衡；
当设定值二＜SOC≤设定值一时，整车控制器实时调整PREMCU与PAPU，使得PAPU+PREMCU-PMCU-PAUX＝设定功率差一，保持动力电池SOC以第一水平上升；
当设定值三＜SOC≤设定值二时，整车控制器实时调整PREMCU与PAPU，使得PAPU+PREMCU-PMCU-PAUX＝设定功率差二，保持动力电池SOC以第二水平上升；
当SOC≤设定值三时，整车控制器实时调整PREMCU与PAPU，使得PAPU+PREMCU-PMCU-PAUX＝设定功率差三，保持动力电池SOC以第三水平上升。
7.根据权利要求6所述的增程型电动汽车的能量管理方法，其特征在于，所述设定值一为75-85％。
8.根据权利要求6所述的增程型电动汽车的能量管理方法，其特征在于，所述设定值二为45-55％。
9.根据权利要求6所述的增程型电动汽车的能量管理方法，其特征在于，所述设定值三为15-30％。
10.根据权利要求6所述的增程型电动汽车的能量管理方法，其特征在于，所述设定功率差一为3-7kw。
11.根据权利要求6所述的增程型电动汽车的能量管理方法，其特征在于，所述设定功率差二为7-12kw。
12.根据权利要求6所述的增程型电动汽车的能量管理方法，其特征在于，所述设定功率差三为12-18kw。
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