CN104590269A - 混合动力车辆soc保持能量管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力车辆SOC保持能量管理方法，它涉及一种管理方法。其步骤为：(A)驱动需求功率计算；(B)电池需求功率计算；(C)发动机工作点确定；(D)发电机工作点确定；(E)电动机工作点确定。本发明以保持电池SOC在较高水平为出发点进行能量管理与分配，使电池具有较高的功率与能量裕度，从而使电动机可以较大的功率和较长的时间在急加速等大驱动功率需求工况对发动机进行助力，实现重型车辆更高的动力性指标；提出的控制策略在满足燃油经济性和车辆驱动等基本要求的前提下，实现了混联式混合动力系统能量管理功能与预期的电池SOC保持目标。

Description

混合动力车辆SOC保持能量管理方法

技术领域

本发明涉及的是一种管理方法，具体涉及一种混合动力车辆SOC保持能量管理方法；

背景技术

混合动力包括串联、并联、混联等多种结构型式，通过控制技术使发动机和电机协同工作，各自工作在最佳效率状态，从而改善纯内燃机驱动的效率低、污染重等问题；控制策略是实现混合动力系统性能的关键，其性能的优劣直接影响着车辆的动力性和燃油经济性等重要性能；目前市面上的综合控制器主要针对轻型乘用车辆，以燃油经济性为主要目标进行模式切换与能量分配控制，电池工作主要为燃油经济性目标服务，电池荷电状态(SOC)可能发生较大的变化；大驱动功率需求的重型车辆，对于加速与爬坡有其特殊的转矩要求，电池需要经常保持较高的SOC以便电动机进行助力，一般综合控制器难以满足；

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种混合动力车辆SOC保持能量管理方法，在驱动功率流优化管理基础上，尽量将电池SOC保持在较高水平，提高车辆动力性能并满足其它大功率用电系统需求。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：混合动力车辆SOC保持能量管理方法，其步骤为：计算车辆驱动功率需求、计算发动机需求功率、根据发动机最优工作曲线确定发动机工作点、根据发动机工作点确定发电机与电动机工作点、发送各部件相关工作指令；

具体步骤如下：A驱动需求功率计算

实际驾驶车辆时，车辆的驱动功率需求完全由驾驶员踩下加速踏板的程度、即加速踏板行程值决定；为了避免混合动力系统对加速踏板行程的功率响应过于敏感，本文采用“抛物线模型”描述需求功率与踏板行程的关系，抛物线模型表达式为

P_N＝Ax²           (1)

其中，P_N为需求功率；A为混合动力系统额定功率，其值由设计的车辆牵引特性决定；x为加速踏板行程，以占总行程的百分比表示；

根据驱动需求功率和当前车速可计算出需求转矩，即

T_N＝P_N/(v/r)         (2)

其中，T_N为驱动需求转矩；v为当前车速；r为驱动轮滚动半径；

B电池需求功率计算

设电池SOC保持的目标值为SOC₀；电池功率计算方法为：

(1)当SOC值低于SOC₀时，电池采用恒流充电模式，充电电流目标值I_charge＝0.6C(C为电池容量)；所以电池目标充电功率为

P_B＝-U₀I_charge/η_charge         (3)

其中，P_B为电池需求功率；U₀为系统直流母线电压；η_charge为电池充电效率；

由于混联式混合动力系统各部件功率相互影响，电池功率受发动机、发电机和电动机等功率的多重制约，所以实际充电功率不会和目标值完全吻合，在动态调节过程中偏差会相对较大；

(2)当SOC不低于SOC₀时，电池电量保持；电池需求功率P_B＝0；

(3)当车辆急加速或爬坡时，如果发动机不能单独满足车辆驱动需求时，电池放电；放电功率为驱动需求功率与发动机可提供功率的差值，同时满足电池额定功率和峰值功率工作制的限制；即

P_B＝(P_N-P_{e_f})/η_discharge            (4)

其中，P_{e_f}为发动机可提供的功率；η_discharge为电池放电效率；

C发动机工作点确定

发动机功率根据驱动需求功率和电池需求功率计算，即

P_e＝P_N+P_B          (5)

当车辆处于急加速或爬坡工况，且驱动需求功率大于发动机可提供的最大功率时，发动机以可提供的最大功率工作，其它驱动需求功率由电池功率补充；

发动机工作点根据发动机最优工作曲线进行查表得到，即得到特定的发动机功率对应的发动机转速n_e与转矩T_e；发动机最优工作曲线根据发动机万有特性中的最低燃油消耗区域确定；

D发电机工作点确定

在混联式混合动力系统中，发电机是发动机的负载之一，根据功率耦合装置的约束关系，发电机转矩和发动机转矩满足固定的比例关系，所以发电机目标工作转矩为

T_g＝T_ei_fη_{e_g}/(1+K)               (6)

其中，T_g为发电机需求转矩；i_f为系统前传动比；η_{e_g}为发动机到发电机的传动效率；K为行星机构特性参数；

由于发动机与电动机在某一时刻都有固定的转速值，所以发电机的工作转速由功率耦合装置中的行星机构转速约束关系决定；

E电动机工作点确定

电动机工作转矩由驱动需求转矩和发动机输出转矩在功率耦合装置输出轴处的分量共同决定；即

T_m＝T_N/i_r/i_T/η_r/η_T-T_{e_axis}           (7)

其中，T_m为电动机需求转矩；i_r为后传动比；i_T为当前挡位传动比；η_r为后传动效率；η_T为变速器效率；T_{e_axis}为发动机输出转矩在输出轴上的分量；

T_{e_axis}与发动机、发电机转矩的关系由功率耦合装置决定，其值为

T_{e_axis}＝T_ei_fη_{e_axis}K/(1+K)            (8)

电动机和车轮有固定的机械连接，所以其工作转速由当前车速决定。

本发明的有益效果：在驱动功率流优化管理基础上，尽量将电池SOC保持在较高水平，提高车辆动力性能并满足其它大功率用电系统需求；

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明的方法流程图；

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明；

参照图1，本具体实施方式采用以下技术方案：混合动力车辆SOC保持能量管理方法，其具体步骤如下：

A)驱动需求功率计算

实际驾驶车辆时，车辆的驱动功率需求完全由驾驶员踩下加速踏板的程度、即加速踏板行程值决定；为了避免混合动力系统对加速踏板行程的功率响应过于敏感，本文采用“抛物线模型”描述需求功率与踏板行程的关系，抛物线模型表达式为

P_N＝Ax²          (1)

其中，P_N为需求功率；A为混合动力系统额定功率，其值由设计的车辆牵引特性决定；x为加速踏板行程，以占总行程的百分比表示；

根据驱动需求功率和当前车速可计算出需求转矩，即

T_N＝P_N/(v/r)          (2)

其中，T_N为驱动需求转矩；v为当前车速；r为驱动轮滚动半径；

B)电池需求功率计算

设电池SOC保持的目标值为SOC₀；电池功率计算方法为：

①当SOC值低于SOC₀时，电池采用恒流充电模式，充电电流目标值I_charge＝0.6C(C为电池容量)；所以电池目标充电功率为

P_B＝-U₀I_charge/η_charge       (3)

其中，P_B为电池需求功率；U₀为系统直流母线电压；η_charge为电池充电效率；

由于混联式混合动力系统各部件功率相互影响，电池功率受发动机、发电机和电动机等功率的多重制约，所以实际充电功率不会和目标值完全吻合，在动态调节过程中偏差会相对较大；

②当SOC不低于SOC₀时，电池电量保持；电池需求功率P_B＝0；

③当车辆急加速或爬坡时，如果发动机不能单独满足车辆驱动需求时，电池放电；放电功率为驱动需求功率与发动机可提供功率的差值，同时满足电池额定功率和峰值功率工作制的限制；即

P_B＝(P_N-P_{e_f})/η_discharge         (4)

其中，P_{e_f}为发动机可提供的功率；η_diseharge为电池放电效率；

C)发动机工作点确定

发动机功率根据驱动需求功率和电池需求功率计算，即

P_e＝P_N+P_B        (5)

当车辆处于急加速或爬坡工况，且驱动需求功率大于发动机可提供的最大功率时，发动机以可提供的最大功率工作，其它驱动需求功率由电池功率补充；

发动机工作点根据发动机最优工作曲线进行查表得到，即得到特定的发动机功率对应的发动机转速n_e与转矩T_e；发动机最优工作曲线根据发动机万有特性中的最低燃油消耗区域确定；

D)发电机工作点确定

在混联式混合动力系统中，发电机是发动机的负载之一，根据功率耦合装置的约束关系，发电机转矩和发动机转矩满足固定的比例关系，所以发电机目标工作转矩为

T_g＝T_ei_fη_{e_g}/(1+K)          (6)

其中，T_g为发电机需求转矩；i_f为系统前传动比；η_{e_g}为发动机到发电机的传动效率；K为行星机构特性参数；

由于发动机与电动机在某一时刻都有固定的转速值，所以发电机的工作转速由功率耦合装置中的行星机构转速约束关系决定；

E)电动机工作点确定

电动机工作转矩由驱动需求转矩和发动机输出转矩在功率耦合装置输出轴处的分量共同决定；即

T_m＝T_N/i_r/i_T/η_r/η_T-T_{e_axis}             (7)

其中，T_m为电动机需求转矩；i_r为后传动比；i_T为当前挡位传动比；η_r为后传动效率；η_T为变速器效率；T_{e_axis}为发动机输出转矩在输出轴上的分量；

T_{e_axis}与发动机、发电机转矩的关系由功率耦合装置决定，其值为

T_{e_axis}＝T_ei_fη_{e_axis}K/(1+K)          (8)

电动机和车轮有固定的机械连接，所以其工作转速由当前车速决定。

本具体实施方式以保持电池SOC在较高水平为出发点进行能量管理与分配，使电池具有较高的功率与能量裕度，从而使电动机可以较大的功率和较长的时间在急加速等大驱动功率需求工况对发动机进行助力，实现重型车辆更高的动力性指标；提出的控制策略在满足燃油经济性和车辆驱动等基本要求的前提下，实现了混联式混合动力系统能量管理功能与预期的电池SOC保持目标。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点；本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内；本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.混合动力车辆SOC保持能量管理方法，其特征在于，其步骤为：(A)驱动需求功率计算；(B)电池需求功率计算；(C)发动机工作点确定；(D)发电机工作点确定；(E)电动机工作点确定。

2.根据权利要求1所述的混合动力车辆SOC保持能量管理方法，其特征在于，所述的步骤(A)：实际驾驶车辆时，车辆的驱动功率需求完全由驾驶员踩下加速踏板的程度、即加速踏板行程值决定；为了避免混合动力系统对加速踏板行程的功率响应过于敏感，本文采用“抛物线模型”描述需求功率与踏板行程的关系，抛物线模型表达式为

P_N＝Ax²               (1)

其中，P_N为需求功率；A为混合动力系统额定功率，其值由设计的车辆牵引特性决定；x为加速踏板行程，以占总行程的百分比表示；

根据驱动需求功率和当前车速可计算出需求转矩，即

T_N＝P_N/(v/r)         (2)

其中，T_N为驱动需求转矩；v为当前车速；r为驱动轮滚动半径。

3.根据权利要求1所述的混合动力车辆SOC保持能量管理方法，其特征在于，所述的步骤(B)的具体步骤为：设电池SOC保持的目标值为SOC₀；电池功率计算方法为：

(1)当SOC值低于SOC₀时，电池采用恒流充电模式，充电电流目标值I_charge＝0.6C(C为电池容量)；所以电池目标充电功率为

P_B＝-U₀I_charge/η_charge         (3)

其中，P_B为电池需求功率；U₀为系统直流母线电压；η_charge为电池充电效率；

由于混联式混合动力系统各部件功率相互影响，电池功率受发动机、发电机和电动机等功率的多重制约，所以实际充电功率不会和目标值完全吻合，在动态调节过程中偏差会相对较大；

(2)当SOC不低于SOC₀时，电池电量保持；电池需求功率P_B＝0；

(3)当车辆急加速或爬坡时，如果发动机不能单独满足车辆驱动需求时，电池放电；放电功率为驱动需求功率与发动机可提供功率的差值，同时满足电池额定功率和峰值功率工作制的限制；即

P_B＝(P_N-P_{e_f})/η_discharge         (4)

其中，P_{e_f}为发动机可提供的功率；η_discharge为电池放电效率。

4.根据权利要求1所述的混合动力车辆SOC保持能量管理方法，其特征在于，所述的具体步骤(C)为：发动机功率根据驱动需求功率和电池需求功率计算，即

P_e＝P_N+P_B         (5)

当车辆处于急加速或爬坡工况，且驱动需求功率大于发动机可提供的最大功率时，发动机以可提供的最大功率工作，其它驱动需求功率由电池功率补充；

发动机工作点根据发动机最优工作曲线进行查表得到，即得到特定的发动机功率对应的发动机转速n_e与转矩T_e；发动机最优工作曲线根据发动机万有特性中的最低燃油消耗区域确定。

5.根据权利要求1所述的混合动力车辆SOC保持能量管理方法，其特征在于，所述的步骤(D)具体为：在混联式混合动力系统中，发电机是发动机的负载之一，根据功率耦合装置的约束关系，发电机转矩和发动机转矩满足固定的比例关系，所以发电机目标工作转矩为

T_g＝T_ei_fη_{e_g}/(1+K)        (6)

其中，T_g为发电机需求转矩；i_f为系统前传动比；η_{e_g}为发动机到发电机的传动效率；K为行星机构特性参数；

由于发动机与电动机在某一时刻都有固定的转速值，所以发电机的工作转速由功率耦合装置中的行星机构转速约束关系决定。

6.根据权利要求1所述的混合动力车辆SOC保持能量管理方法，其特征在于，所述的步骤(E)具体为：电动机工作转矩由驱动需求转矩和发动机输出转矩在功率耦合装置输出轴处的分量共同决定；即

T_m＝T_n/i_r/i_T/η_r/η_T-T_{e_axis}        (7)

其中，T_m为电动机需求转矩；i_r为后传动比；i_T为当前挡位传动比；η_r为后传动效率；η_T为变速器效率；T_{e_axis}为发动机输出转矩在输出轴上的分量；

T_{e_axis}与发动机、发电机转矩的关系由功率耦合装置决定，其值为

T_{e_axis}＝T_ei_fη_{e_axis}K/(1+K)           (8)

电动机和车轮有固定的机械连接，所以其工作转速由当前车速决定。