CN104648171B - 增程式电动客车动力系统能效控制方法 - Google Patents

增程式电动客车动力系统能效控制方法 Download PDF

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Abstract

增程式电动客车动力系统能效控制方法，属于增程式电动客车能效控制技术领域。本发明是为了解决增程式电动客车系统各部件由于性能不达标或能量匹配不合理，使电动客车的能量利用率低、能耗大的问题。它首先以原始数据作为依据设定能量管理策略的各部件能效合理参考值；然后实时接收增程式电动客车动力系统输出的各部件数据，计算获得各部件能效实时数据；再将各部件能效实时数据与设定的各部件能效合理参考值一一进行比对；若在能效合理参考值内，则部件能效匹配合理；否则首先判定增程式电动客车动力系统中是否存在不匹配部件，若是则重新选型，替换相应部件；否则对能量管理策略进行修改。本发明用于增程式电动客车动力系统能效控制。

Description

增程式电动客车动力系统能效控制方法
技术领域
本发明涉及增程式电动客车动力系统能效控制方法，属于增程式电动客车能效控制技术领域。
背景技术
随着环境污染及能源危机问题的日益严峻，发展和研究新能源汽车已经成为一种必然趋势，增程式电动客车以其能实现延长续驶里程，纯电动状态下可实现零排放，油耗低等优势而逐渐被消费者接受。
但现有增程式电动客车系统各部件存在性能不达标或能量匹配不合理的状况，由此导致增程式电动客车的能量利用率低、能耗大。
发明内容
本发明目的是为了解决增程式电动客车系统各部件由于性能不达标或能量匹配不合理，使电动客车的能量利用率低、能耗大的问题，提供了一种增程式电动客车动力系统能效控制方法。
本发明所述增程式电动客车动力系统能效控制方法，该控制方法基于增程式电动客车动力系统能效数据采集系统实现，所述能效数据采集系统包括输入信号调理电路、电源模块、复位电路、微控制器、时钟电路、显示器、CAN总线收发电路、电压传感器和电流传感器，
时钟电路用于为微控制器提供时钟信号；
复位电路用于为微控制器提供复位信号；
电源模块用于为微控制器提供工作电源；
显示器用于显示微控制器输出的显示信号；
电压传感器用于采集增程式电动客车动力系统的整流器输出端的电压信号，该电压信号由输入信号调理电路调理后，传递给微控制器；
电流传感器用于采集增程式电动客车动力系统整流器输出端的电流信号，该电流信号由输入信号调理电路调理后，传递给微控制器；
增程式电动客车动力系统的发动机控制器、发电机控制器和驱动电机控制器输出的转速和转矩控制信号分别由CAN总线经CAN总线收发电路传递给微控制器；发动机控制器输出的油耗信号由CAN总线经CAN总线收发电路传递给微控制器；
增程式电动客车动力系统的电池管理系统输出的蓄电池剩余电量百分比信号、蓄电池放电电流信号及蓄电池放电电压信号分别由CAN总线经CAN总线收发电路传递给微控制器；
微控制器通过CAN总线收发电路由CAN总线向发动机控制器、发电机控制器、驱动电机控制器和电池管理系统发送控制信号；
所述控制方法为：
步骤一：微控制器采集增程式电动客车动力系统的相关历史能效数据作为原始数据，以原始数据作为依据设定能量管理策略的各部件能效合理参考值；
步骤二：微控制器实时接收增程式电动客车动力系统输出的各部件数据，根据获得的各部件数据对增程式电动客车动力系统的各部件能效进行计算，获得各部件能效实时数据；
步骤三：将步骤二中获得的各部件能效实时数据与步骤一中设定的各部件能效合理参考值一一进行比对，若各部件能效实时数据在各部件能效合理参考值范围内，则判定各部件能效匹配合理，返回执行步骤二；否则，判定各部件能效匹配不合理，然后执行步骤四；
步骤四：首先判定增程式电动客车动力系统中是否存在不匹配部件，若是，则通过能量流动状况检测确定不匹配部件，再通过计算对相应部件进行合理选型，以替换该不匹配部件，再返回执行步骤二；否则执行步骤五；
步骤五：根据各部件能效实时数据与各部件能效合理参考值的比对结果对能量管理策略进行修改，以优化增程式电动客车动力系统的能效。
所述各部件包括增程式电动客车动力系统的电动机、发电机、蓄电池和驱动电机。
显示器显示的数据包括发动机能量、发动机效率、发电机输入输出能量、发电机效率、电池充放电能量、驱动电机输入输出能量和驱动电机效率。
步骤一中设定的各部件能效合理参考值包括：发动机能效范围参考值、发电机能效范围参考值、驱动电机能效范围参考值及电动客车动力系统能效范围参考值。
步骤二中微控制器实时接收增程式电动客车动力系统输出的各部件数据还包括发动机油耗。
本发明的优点：本发明采用CAN通信方式采集增程式电动客车的实时参数，对其能效进行计算，得出系统能量流动情况，并对该动力系统各部件进行参数匹配合理性分析，实现各部件合理匹配及能量管理策略合理优化。它可以实现对增程式电动客车动力系统的整体优化，提高能源利用效率，降低温室气体排放减少污染，提高燃油经济性，从而提高增程式电动客车效率。
附图说明
图1是本发明所述增程式电动客车动力系统能效控制方法的原理框图；
图2是电动客车动力系统与能效数据采集系统的信号传递原理图；
图3是本发明控制方法的流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述增程式电动客车动力系统能效控制方法，该控制方法基于增程式电动客车动力系统能效数据采集系统实现，所述能效数据采集系统包括输入信号调理电路1、电源模块2、复位电路3、微控制器4、时钟电路5、显示器6、CAN总线收发电路7、电压传感器8和电流传感器9，
时钟电路5用于为微控制器4提供时钟信号；
复位电路3用于为微控制器4提供复位信号；
电源模块2用于为微控制器4提供工作电源；
显示器6用于显示微控制器4输出的显示信号；
电压传感器8用于采集增程式电动客车动力系统的整流器10-1输出端的电压信号，该电压信号由输入信号调理电路1调理后，传递给微控制器4；
电流传感器9用于采集增程式电动客车动力系统整流器10-1输出端的电流信号，该电流信号由输入信号调理电路1调理后，传递给微控制器4；
增程式电动客车动力系统的发动机控制器10-2、发电机控制器10-3和驱动电机控制器10-4输出的转速和转矩控制信号分别由CAN总线经CAN总线收发电路7传递给微控制器4；发动机控制器10-2输出的油耗信号由CAN总线经CAN总线收发电路7传递给微控制器4；
增程式电动客车动力系统的电池管理系统10-5输出的蓄电池剩余电量百分比信号、蓄电池放电电流信号及蓄电池放电电压信号分别由CAN总线经CAN总线收发电路7传递给微控制器4；
微控制器4通过CAN总线收发电路7由CAN总线向发动机控制器10-2、发电机控制器10-3、驱动电机控制器10-4和电池管理系统10-5发送控制信号；
所述控制方法为：
步骤一：微控制器4采集增程式电动客车动力系统的相关历史能效数据作为原始数据，以原始数据作为依据设定能量管理策略的各部件能效合理参考值；
步骤二：微控制器4实时接收增程式电动客车动力系统输出的各部件数据，根据获得的各部件数据对增程式电动客车动力系统的各部件能效进行计算，获得各部件能效实时数据；
步骤三：将步骤二中获得的各部件能效实时数据与步骤一中设定的各部件能效合理参考值一一进行比对，若各部件能效实时数据在各部件能效合理参考值范围内，则判定各部件能效匹配合理，返回执行步骤二；否则，判定各部件能效匹配不合理，然后执行步骤四；
步骤四：首先判定增程式电动客车动力系统中是否存在不匹配部件，若是，则通过能量流动状况检测确定不匹配部件，再通过计算对相应部件进行合理选型，以替换该不匹配部件，再返回执行步骤二；否则执行步骤五；
步骤五：根据各部件能效实时数据与各部件能效合理参考值的比对结果对能量管理策略进行修改，以优化增程式电动客车动力系统的能效。
本实施方式中增程式电动客车动力系统包括整流器10-1、发动机控制器10-2、发电机控制器10-3、驱动电机控制器10-4、电池管理系统10-5、蓄电池10-6、发动机10-7、发电机10-8和驱动电机10-9，其中发动机10-7的动力输出轴与发电机10-8的动力输入轴连接，发电机10-8的电输出端与整流器10-1的电输入端连接，整流器10-1的电输出端与驱动电机10-9的电输入端连接，蓄电池10-6的电输出端与驱动电机10-9的电输入端连接，发动机控制器10-2用于控制发动机10-7，发电机控制器10-3用于控制发电机10-8，驱动电机控制器10-4用于控制驱动电机10-9，电池管理系统10-5用于控制蓄电池10-6。微控制器4可以采用型号为MPC5644的芯片。CAN总线收发电路7可以采用型号为PCA82C250T的芯片。
本实施方式中的原始数据为一定运行工况条件下，特定的能量管理优化策略下各部件历史能效数据；步骤三中，可同时对增程式电动客车动力系统的性能质量进行分析，如果各个部件能效实时数据维持在能效合理参考值内，则各系统部件能效匹配合理，符合该能量管理策略下能量分配原则。步骤五中可对既定的能量管理策略进行分析，并对其进行进一步优化以提高能效。
本发明的能效控制方法中不合理部件检测与优化匹配步骤中，对不合理部件选型的主要原则为在特定能量管理策略下，选择该部件的高效工作区。
电压传感器8的两个探测端分别与整流器10-1输出端的正负极连接，电流传感器9置于整流器10-1的电流输出端。
具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述各部件包括增程式电动客车动力系统的电动机10-7、发电机10-8、蓄电池10-6和驱动电机10-9。
具体实施方式三：本实施方式对实施方式一或二作进一步说明，显示器6显示的数据包括发动机能量、发动机效率、发电机输入输出能量、发电机效率、电池充放电能量、驱动电机输入输出能量和驱动电机效率。
具体实施方式四：本实施方式对实施方式一、二或三作进一步说明，步骤一中设定的各部件能效合理参考值包括：发动机能效范围参考值、发电机能效范围参考值、驱动电机能效范围参考值及电动客车动力系统能效范围参考值。
以某增程式电动客车为例，发动机效率范围是30％～35％，发电机效率范围是85％～90％，驱动电机效率范围是80％～90％。
具体实施方式五：本实施方式对实施方式一、二、三或四作进一步说明，步骤二中微控制器4实时接收增程式电动客车动力系统输出的各部件数据还包括发动机油耗。
微控制器4的输入信号包括：发动机油耗、发电机转速与转矩、整流器输出电压电流、电池电压、电池放电电流、驱动电机转速与转矩。显示器显示数据包括发动机能量、发动机效率、发电机输入输出能量、发电机效率、电池充放电能量、驱动电机输入输出能量，驱动电机效率等。
微控制器4对采集的数据的计算过程如下：
采样时刻i发动机输出功率计算公式为：式中ni为发电机转速，Ttqi为发电机转矩；采样时刻i发电机输出功率计算公式为：Pmi＝Umi·Imi×10-3，其中Umi为整流器输出电压，Imi为整流器输出电流；采样时刻i驱动电机输出功率计算公式为：式中ntri为驱动电机转速，Ttqtri为发电机转矩；采样时刻i蓄电池输出功率计算公式为：PBi＝UBi·IBi×10-3，UBi为蓄电池输出电压，IBi为蓄电池输出电流；发动机有效输出能量计算公式为：发电机输出能量计算公式为：式中Δt为时间变化量；驱动电机输出能量计算公式为：蓄电池输出能量计算公式为：发动机油耗折合热能量计算公式为：其中Bi为整机燃料消耗率，Hui为燃料低热值；发动机效率计算公式为：发电机效率计算公式为：驱动电机效率计算公式为：
微控制器4通过采集的数据计算得出各个部件的输出功率，取积分求得各部分能耗，并根据能量流动情况求各部件能效。其中也包括发动机油耗折合热能量。

Claims (5)

1.一种增程式电动客车动力系统能效控制方法，该控制方法基于增程式电动客车动力系统能效数据采集系统实现，其特征在于，所述能效数据采集系统包括输入信号调理电路(1)、电源模块(2)、复位电路(3)、微控制器(4)、时钟电路(5)、显示器(6)、CAN总线收发电路(7)、电压传感器(8)和电流传感器(9)，
时钟电路(5)用于为微控制器(4)提供时钟信号；
复位电路(3)用于为微控制器(4)提供复位信号；
电源模块(2)用于为微控制器(4)提供工作电源；
显示器(6)用于显示微控制器(4)输出的显示信号；
电压传感器(8)用于采集增程式电动客车动力系统的整流器(10-1)输出端的电压信号，该电压信号由输入信号调理电路(1)调理后，传递给微控制器(4)；
电流传感器(9)用于采集增程式电动客车动力系统整流器(10-1)输出端的电流信号，该电流信号由输入信号调理电路(1)调理后，传递给微控制器(4)；
增程式电动客车动力系统的发动机控制器(10-2)、发电机控制器(10-3)和驱动电机控制器(10-4)输出的转速和转矩控制信号分别由CAN总线经CAN总线收发电路(7)传递给微控制器(4)；发动机控制器(10-2)输出的油耗信号由CAN总线经CAN总线收发电路(7)传递给微控制器(4)；
增程式电动客车动力系统的电池管理系统(10-5)输出的蓄电池剩余电量百分比信号、蓄电池放电电流信号及蓄电池放电电压信号分别由CAN总线经CAN总线收发电路(7)传递给微控制器(4)；
微控制器(4)通过CAN总线收发电路(7)由CAN总线向发动机控制器(10-2)、发电机控制器(10-3)、驱动电机控制器(10-4)和电池管理系统(10-5)发送控制信号；
所述控制方法为：
步骤一：微控制器(4)采集增程式电动客车动力系统的相关历史能效数据作为原始数据，以原始数据作为依据设定能量管理策略的各部件能效合理参考值；
步骤二：微控制器(4)实时接收增程式电动客车动力系统输出的各部件数据，根据获得的各部件数据对增程式电动客车动力系统的各部件能效进行计算，获得各部件能效实时数据；
步骤三：将步骤二中获得的各部件能效实时数据与步骤一中设定的各部件能效合理参考值一一进行比对，若各部件能效实时数据在各部件能效合理参考值范围内，则判定各部件能效匹配合理，返回执行步骤二；否则，判定各部件能效匹配不合理，然后执行步骤四；
步骤四：首先判定增程式电动客车动力系统中是否存在不匹配部件，若是，则通过能量流动状况检测确定不匹配部件，再通过计算对相应部件进行合理选型，以替换该不匹配部件，再返回执行步骤二；否则执行步骤五；
步骤五：根据各部件能效实时数据与各部件能效合理参考值的比对结果对能量管理策略进行修改，以优化增程式电动客车动力系统的能效。
2.根据权利要求1所述的增程式电动客车动力系统能效控制方法，其特征在于，所述各部件包括增程式电动客车动力系统的电动机(10-7)、发电机(10-8)、蓄电池(10-6)和驱动电机(10-9)。
3.根据权利要求1所述的增程式电动客车动力系统能效控制方法，其特征在于，显示器(6)显示的数据包括发动机能量、发动机效率、发电机输入输出能量、发电机效率、电池充放电能量、驱动电机输入输出能量和驱动电机效率。
4.根据权利要求1所述的增程式电动客车动力系统能效控制方法，其特征在于，
步骤一中设定的各部件能效合理参考值包括：发动机能效范围参考值、发电机能效范围参考值、驱动电机能效范围参考值及电动客车动力系统能效范围参考值。
5.根据权利要求1所述的增程式电动客车动力系统能效控制方法，其特征在于，
步骤二中微控制器(4)实时接收增程式电动客车动力系统输出的各部件数据还包括发动机油耗。
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