CN105437986A - 电动汽车功率跟随装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车功率跟随装置及控制方法，包括发动机、发电机、整流器和主控制器；发动机通过连接机构与发电机相连接，发电机与整流器电连接，整流器和动力电池均与用于将直流电转换为交流电的驱动电机控制器电连接，所述主控制器分别通过CAN总线与电子油门踏板、发动机的控制器、动力电池控制器、整流器、驱动电机控制器电连接；本发明具有实现了功率跟随特征的增程，减少了动力电池容量，降低了动力电池的重量和成本；减少了动力电池的使用频率，延长了动力电池的使用寿命的特点。

Description

电动汽车功率跟随装置及控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其是涉及一种以功率跟随装置作为主要能源，动力电池作为辅助后备能源的电动汽车功率跟随装置及控制方法。

背景技术

目前，车辆油耗和排放要求的越来越严，市场上已经出现了用于减少车辆的油耗、降低车辆的排放的增程式电动汽车，这种增程式电动汽车，能源供给是以动力电池为主，需要的动力电池容量大、重量重。增程器作为辅助能源，当动力电池电量SOC小于某值时，增程器给动力电池充电。增程器中的发动机高效率工作在一个或者几个定转速点，增程器给动力电池充电，电池输出电量给驱动电机带动车辆行驶。增程器给动力电池充电和动力电池放电驱动电机，都将损耗一定的能量，并且动力电池频繁使用导致动力电池寿命降低。

因此，现有技术中的增程器存在电能损耗高，动力电池寿命低的缺点。

中国专利授权公开号：CN104477166A，授权公开日2014年11月21日，公开了一种增程器功率输出控制系统，包括增程器和增程器控制器，增程器包括发动机和发电机，所述发动机和所述发电机通过机械连接；增程器与增程器控制器相通讯；其中：增程器对增程器控制器的输入量包括：发动机转速、发电机的电压以及电流信号；增程器控制器对增程器的输出量包括：发动机的喷油量及点火角、节气门开度、发电机的转矩信号。该发明的不足之处是，电能损耗高，动力电池寿命低。

发明内容

本发明的发明目的是为了克服现有技术中的增程器的电能损耗高，动力电池寿命低的不足，提供了一种以功率跟随装置作为主要能源，动力电池作为辅助后备能源的电动汽车功率跟随装置及控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电动汽车功率跟随装置，所述电动汽车包括驱动汽车运行的驱动电机、驱动电机控制器、动力电池、动力电池控制器和电子油门踏板；动力电池和动力电池控制器电连接，驱动电机控制器与驱动电机电连接；包括发动机、发电机、整流器和主控制器；发动机通过连接机构与发电机相连接，发电机与整流器电连接，整流器和动力电池均与用于将直流电转换为交流电的驱动电机控制器电连接，所述主控制器分别通过CAN总线与电子油门踏板、发动机的控制器、动力电池控制器、整流器、驱动电机控制器电连接；

所述连接机构包括主动盘、从动盘和压环；所述从动盘包括内圈盘和设于内圈盘外围的外圈盘，外圈盘和内圈盘之间设有缓冲卡接结构；所述主动盘与发动机相连接，设于内圈盘中央的转轴孔与发电机的转轴相连接，压环位于靠近发电机一侧的外圈盘边缘上，压环通过贯穿压环、主动盘和外圈盘的若干个连接件与主动盘和外圈盘均连接。

本发明的驱动电机通过传动装置带动汽车的2个或4个车轮运动，发动机用于提供发电机发电的动力，发动机的燃料为汽油。

本发明以功率跟随装置作为主要能源，电池作为辅助后备能源，电池容量小、重量轻、成本低，电池充放电频率低、寿命长，能量损耗少、效率高、油耗低、排放低。

连接机构的结构使发动机和发电机之间具有更好的传动性能，缓冲卡接结构在将外圈盘的转动传递给内圈盘的同时，可以缓冲发动机的震动，发电机的转速可以在1000至4000转之间变换，从而使整流器输出的功率可调。

使本发明的功率跟随所需补充的功率主要来自于整流器，即主要来自于发动机及发电机所发的电能；从而减少动力电池的容量，降低动力电池的重量和成本；减少动力电池的使用频率，延长动力电池的使用寿命；减少整流器给动力电池充电的总量、减少动力电池放电的总量，大大减少动力电池充放电的能量损耗。

因此，本发明具有实现了功率跟随特征的增程，减少了动力电池容量，降低了动力电池的重量和成本；减少了动力电池的使用频率，延长了动力电池的使用寿命；减少了整流器给动力电池充电的总量、减少了动力电池放电的总量，减少了动力电池充放电的能量损耗的特点。

本发明通过合理的整车控制策略，使车辆起动时使用动力电池能源，车辆正常行驶时用功率跟随装置输出电量供给驱动电机工作并使车辆行驶；当车辆需要小功率时，功率跟随装置输出高效的小功率；当车辆需要大的功率时，功率跟随装置输出高效的大功率；当车辆急加速等需要输出大于功率跟随装置最大输出功率时，大于功率跟随装置最大输出功率的部分由电池作为后备电源供给。

作为优选，所述缓冲卡接结构包括由设于内圈盘和外圈盘相对侧面上的若干个相对应的凹槽构成的各个容纳槽，设于每个容纳槽的位于内圈盘和外圈盘前后表面的各个边缘上的挡板，和设于每个容纳槽中的压缩弹簧；每个挡板均向容纳槽内侧倾斜，各个容纳槽等间隔分布，每个压缩弹簧均沿内圈盘的同心圆的圆周延伸。

作为优选，所述外圈盘包括由前至后依次排列的后盘体、加强盘体和前盘体；后盘体、加强盘体和前盘体通过铆钉铆接连接；后盘体和前盘体外表面边缘上均设有若干条沿圆周排列的气流导向槽。

作为优选，露出压环之外的内圈盘表面上设有第一环形凸台，第一环形凸台中部设有第二环形凸台；转轴孔边缘设有伸出第二环形凸台之外的轴套；轴套通过花键槽与设于发电机转轴上的花键配合连接。

作为优选，主动盘中部向发动机一侧呈圆台形凸起，主动盘中央设有圆孔；主动盘中部设有用于与发动机连接的定位销孔及若干个连接孔，主动盘边缘设有用于与从动盘连接的若干个连接孔。

一种电动汽车功率跟随装置的控制方法，包括如下步骤：

(1-1)主控制器中预先设有与电子油门踏板下降的幅度相关的整车需求功率的对应表，设有功率跟随阈值P_hys，设有与动力电池的SOC状态参数和P_d相对应的控制参数组，每组参数组包括时间动力电池输出的目标功率和功率跟随目标功率动力电池初始的SOC状态参数≥A，A为大于60％的实数；动力电池输出的初始功率为0；

其中，P_d为整车需求功率与当前整流器输出功率P_e之间的差值；

(1-2)驾驶员踩下电子油门踏板，主控制器获得电子油门踏板检测的踏板下降的幅度，主控制器查询对应表得到与电子油门踏板下降的幅度相关的整车需求功率

主控制器根据接收到的整流器的电压和电流，计算得到当前整流器输出功率P_e；主控制器利用公式计算P_d；

(1-2-1)当则主控制器通过CAN总线获取动力电池控制器输出的当前SOC状态参数；主控制器查询得到与当前的SOC状态参数及P_d相关的控制参数组，即得到与当前的SOC状态参数及P_d相关的时间动力电池输出的目标功率和功率跟随目标功率其中， ${\hat{P}}_B>{\hat{P}}_e,{\hat{P}}_B+{\hat{P}}_e={\hat{P}}_v;$

主控制器通过动力电池控制器控制动力电池的输出功率，使动力电池在时间内输出的功率逐渐增加，最终输出的功率达到主控制器通过控制发动机的控制器控制发动机的电机转速逐渐增加，使整流器在时间内输出的功率逐渐增加，最终输出的功率达到

(1-2-2)当则主控制器控制动力电池控制器输出当前的SOC状态参数，主控制器获得当前的SOC状态参数后，查询得到与当前的SOC状态参数及P_d相关的控制参数组中的相关的时间动力电池输出的目标功率和功率跟随目标功率其中，

主控制器通过发动机的控制器控制发动机的电机转速逐渐减小，使整流器在时间内输出功率逐渐降至

(1-2-3)当-P_hys≤P_d≤P_hys，则主控制器使发动机的控制器自动调节发动机的电机转速，使整流器输出的功率为使动力电池输出的功率为0；

(1-3)延迟时间T后，返回步骤(1-2)。

作为优选，所述步骤(1-3)由下述步骤替换：

主控制器中还设有充电阈值SOC1，控制器循环查询检测动力电池控制器输出当前的SOC状态参数，当查询得到的SOC状态参数＜SOC1时，主控制器通过发动机的控制器控制发动机的转速逐渐增加，使整流器输出功率P_e＞整车需求功率整流器输出功率P_e中超出整车需求功率的功率用于给动力电池充电；

当主控制器通过动力电池控制器检测到当前的动力电池的SOC状态参数≥A，延迟时间T后，返回步骤(1-2)。

作为优选，还包括如下步骤：

当车辆刚启动时，主控制器通过动力电池控制器控制动力电池的输出功率为主控制器通过控制发动机的控制器控制发动机的电机转速逐渐增加，动力电池的输出功率逐渐减少。

作为优选，SOC1为18％至25％。

作为优选，P_hys为1至2.5千瓦，为3至8秒，T为0.8至2秒，A的取值范围为80％至100％。

因此，本发明具有如下有益效果：

可以尽量少地使用昂贵的动力电池，从而降低整个能源供给系统的成本；可以充分利用动力电池的高倍率放电优点，弥补整车功率需求急速变化的情况，从而提高系统的优化水平；整车平稳运行时以功率跟随装置的输出为主，而功率输出急速变化时按时间控制跟随的过程，可以有效降少燃料消耗、减低噪声水平、减少尾气排放；功率跟随的过程在时间上具有可控性，与动力电池的匹配具有数字上的可标定性，提高了能源供给系统和整个驱动系统的动力性及经济性。

附图说明

图1是本发明的一种原理框图；

图2是本发明的从动盘面向发电机的表面的一种结构示意图；

图3是本发明的从动盘背对发电机的表面的一种结构示意图；

图4是本发明的主动盘的一种结构示意图；

图5是本发明的压环的一种结构示意图；

图6是本发明的实施例1的一种流程图。

图中：驱动电机1、驱动电机控制器2、动力电池3、动力电池控制器4、电子油门踏板5、发动机6、发电机7、整流器8、主控制器9、主动盘10、从动盘11、压环12、内圈盘13、外圈盘14、压缩弹簧15、容纳槽16、挡板17、后盘体18、加强盘体19、前盘体20、气流导向槽21、第一环形凸台22、第二环形凸台23、轴套24、花键槽25、圆孔26、定位销孔27、连接孔28、螺栓孔29。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例1

如图1所示的实施例是一种电动汽车功率跟随装置，电动汽车包括驱动汽车运行的驱动电机1、驱动电机控制器2、动力电池3、动力电池控制器4和电子油门踏板5；动力电池和动力电池控制器电连接，驱动电机控制器与驱动电机电连接；电动汽车功率跟随装置包括设于电动汽车上的发动机6、发电机7、整流器8和主控制器9；发动机通过连接机构与发电机相连接，发电机与整流器电连接，整流器和动力电池均与用于将直流电转换为交流电的驱动电机控制器电连接，主控制器分别通过CAN总线与电子油门踏板、发动机的控制器、动力电池控制器、整流器、驱动电机控制器电连接；

如图2、图3、图4、图5所示，连接机构包括主动盘10、从动盘11和压环12；从动盘包括内圈盘13和设于内圈盘外围的外圈盘14，外圈盘和内圈盘之间设有缓冲卡接结构；主动盘与发动机相连接，设于内圈盘中央的转轴孔与发电机的转轴相连接，压环位于靠近发电机一侧的外圈盘边缘上，压环通过贯穿压环、主动盘和外圈盘的6个连接件与主动盘和外圈盘均连接。本实施例的连接件为螺栓，压环上设有6个螺栓孔29。

如图2、图3所示，缓冲卡接结构包括由设于内圈盘和外圈盘相对侧面上的6个相对应的凹槽构成的各个容纳槽16，设于每个容纳槽的位于内圈盘和外圈盘前后表面的各个边缘上的挡板17，和设于每个容纳槽中的压缩弹簧15；每个挡板均向容纳槽内侧倾斜，各个容纳槽等间隔分布，每个压缩弹簧均沿内圈盘的同心圆的圆周延伸。

如图3所示，外圈盘包括由前至后依次排列的后盘体18、加强盘体19和前盘体20；后盘体、加强盘体和前盘体通过铆钉铆接连接；后盘体和前盘体外表面边缘上均设有若干条沿圆周排列的气流导向槽21。

如图2所示，露出压环之外的内圈盘表面上设有第一环形凸台22，第一环形凸台中部设有第二环形凸台23；转轴孔边缘设有伸出第二环形凸台之外的轴套24；轴套通过花键槽25与设于发电机转轴上的花键配合连接。

如图4所示，主动盘中部向发动机一侧呈圆台形凸起，主动盘中央设有圆孔26；主动盘中部设有用于与发动机连接的定位销孔27及若干个连接孔28，主动盘边缘设有用于与从动盘连接的6个连接孔28。

如图6所示，一种电动汽车功率跟随装置的控制方法，包括如下步骤：

主控制器中预先设有与电子油门踏板下降的幅度相关的整车需求功率的对应表，设有功率跟随阈值P_hys，设有与动力电池的SOC状态参数和P_d相对应的控制参数组，每组参数组包括时间动力电池输出的目标功率和功率跟随目标功率动力电池初始的SOC状态参数为85％，动力电池输出的初始功率为0；

其中，P_d为整车需求功率与当前整流器输出功率P_e之间的差值；

步骤100，获得整车需求功率和整流器输出功率：

驾驶员踩下电子油门踏板，主控制器获得电子油门踏板检测的踏板下降的幅度，主控制器查询对应表得到与电子油门踏板下降的幅度相关的整车需求功率

主控制器根据接收到的整流器的电压U和电流I，利用P_e＝UI计算得到当前整流器输出功率P_e；主控制器利用公式计算P_d；

步骤110，车辆启动时，使用动力电池输出能源：

当车辆刚启动时，主控制器通过动力电池控制器控制动力电池的输出功率为主控制器通过控制发动机的控制器控制发动机的电机转速逐渐增加，动力电池的输出功率逐渐减少；

步骤120，车辆正常行驶并且整车需求功率较大时，逐渐提高功率跟随装置的输出功率，并最终使功率跟随装置的输出功率大于动力电池输出的功率，功率跟随装置作为主要功率来源，动力电池作为后备功率来源：

当则主控制器通过CAN总线获取动力电池控制器输出的当前SOC状态参数；主控制器查询得到与当前的SOC状态参数及P_d相关的控制参数组，即得到与当前的SOC状态参数及P_d相关的时间动力电池输出的目标功率和功率跟随目标功率其中， ${\hat{P}}_B+{\hat{P}}_e={\hat{P}}_v;$

主控制器通过控制发动机的控制器控制发动机带动的电机转速逐渐增加，使整流器在时间内输出的功率逐渐增加，最终输出的功率达到使动力电池在时间内的输出功率从逐渐减少并最终变为

步骤130，车辆正常行驶并且整车需求功率较小时，只用功率跟随装置的输出功率：

当则主控制器控制动力电池控制器输出当前的SOC状态参数，主控制器获得当前的SOC状态参数后，查询得到与当前的SOC状态参数及Pd相关的控制参数组中的相关的时间动力电池输出的目标功率和功率跟随目标功率其中，

主控制器通过发动机的控制器控制发动机的电机转速逐渐减小，使整流器在时间内输出功率逐渐降至

步骤140，整车需求功率在可调节范围内时，发动机的控制器调节发动机带动的电机转速：

当-P_hys≤P_d≤P_hys，则主控制器使发动机的控制器自动调节发动机的电机转速，使整流器输出的功率为使动力电池输出的功率为0；

步骤200，延迟时间T后，返回步骤100。

本实施例中，P_hys为1千瓦，为3秒，T为0.8秒。

实施例2

实施例2中所有的结构及步骤部分均与实施例1中相同，并且实施例1的步骤200由下述步骤替换：

主控制器中还设有充电阈值SOC1，控制器循环查询检测动力电池控制器输出当前的SOC状态参数，当查询得到的SOC状态参数＜SOC1时，主控制器通过发动机的控制器控制发动机的转速逐渐增加，使整流器输出功率P_e＞整车需求功率整流器输出功率P_e中超出整车需求功率的功率用于给动力电池充电；

当主控制器通过动力电池控制器检测到当前的动力电池的SOC状态参数达到85％，延迟时间T后，返回步骤100。

本实施例中，SOC1为18％。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种电动汽车功率跟随装置，所述电动汽车包括驱动汽车运行的驱动电机(1)、驱动电机控制器(2)、动力电池(3)、动力电池控制器(4)和电子油门踏板(5)；动力电池和动力电池控制器电连接，驱动电机控制器与驱动电机电连接；其特征是，包括发动机(6)、发电机(7)、整流器(8)和主控制器(9)；发动机通过连接机构与发电机相连接，发电机与整流器电连接，整流器和动力电池均与用于将直流电转换为交流电的驱动电机控制器电连接，所述主控制器分别通过CAN总线与电子油门踏板、发动机的控制器、动力电池控制器、整流器、驱动电机控制器电连接；

所述连接机构包括主动盘(10)、从动盘(11)和压环(12)；所述从动盘包括内圈盘(13)和设于内圈盘外围的外圈盘(14)，外圈盘和内圈盘之间设有缓冲卡接结构；所述主动盘与发动机相连接，设于内圈盘中央的转轴孔与发电机的转轴相连接，压环位于靠近发电机一侧的外圈盘边缘上，压环通过贯穿压环、主动盘和外圈盘的若干个连接件与主动盘和外圈盘均连接。

2.根据权利要求1所述的电动汽车功率跟随装置，其特征是，所述缓冲卡接结构包括由设于内圈盘和外圈盘相对侧面上的若干个相对应的凹槽构成的各个容纳槽(16)，设于每个容纳槽的位于内圈盘和外圈盘前后表面的各个边缘上的挡板(17)，和设于每个容纳槽中的压缩弹簧(15)；每个挡板均向容纳槽内侧倾斜，各个容纳槽等间隔分布，每个压缩弹簧均沿内圈盘的同心圆的圆周延伸。

3.根据权利要求1所述的电动汽车功率跟随装置，其特征是，所述外圈盘包括由前至后依次排列的后盘体(18)、加强盘体(19)和前盘体(20)；后盘体、加强盘体和前盘体通过铆钉铆接连接；后盘体和前盘体外表面边缘上均设有若干条沿圆周排列的气流导向槽(21)。

4.根据权利要求1所述的电动汽车功率跟随装置，其特征是，露出压环之外的内圈盘表面上设有第一环形凸台(22)，第一环形凸台中部设有第二环形凸台(23)；转轴孔边缘设有伸出第二环形凸台之外的轴套(24)；轴套通过花键槽(25)与设于发电机转轴上的花键配合连接。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的电动汽车功率跟随装置，其特征是，主动盘中部向发动机一侧呈圆台形凸起，主动盘中央设有圆孔(26)；主动盘中部设有用于与发动机连接的定位销孔(27)及若干个连接孔(28)，主动盘边缘设有用于与从动盘连接的若干个连接孔(28)。

6.一种适用于权利要求1所述的电动汽车功率跟随装置的控制方法，其特征是，包括如下步骤：

(1-1)主控制器中预先设有与电子油门踏板下降的幅度相关的整车需求功率的对应表，设有功率跟随阈值P_hys，设有与动力电池的SOC状态参数和P_d相对应的控制参数组，每组参数组包括时间动力电池输出的目标功率和功率跟随目标功率动力电池初始的SOC状态参数≥A，A为大于60％的实数；动力电池输出的初始功率为0；

其中，P_d为整车需求功率与当前整流器输出功率P_e之间的差值；

(1-2)驾驶员踩下电子油门踏板，主控制器获得电子油门踏板检测的踏板下降的幅度，主控制器查询对应表得到与电子油门踏板下降的幅度相关的整车需求功率

主控制器根据接收到的整流器的电压和电流，计算得到当前整流器输出功率P_e；主控制器利用公式计算P_d；

(1-2-1)当P_d＞P_hys，则主控制器通过CAN总线获取动力电池控制器输出的当前SOC状态参数；主控制器查询得到与当前的SOC状态参数及P_d相关的控制参数组，即得到与当前的SOC状态参数及P_d相关的时间动力电池输出的目标功率和功率跟随目标功率其中， ${\hat{P}}_B>{\hat{P}}_e,{\hat{P}}_B+{\hat{P}}_e={\hat{P}}_v;$

主控制器通过动力电池控制器控制动力电池的输出功率，使动力电池在时间内输出的功率逐渐增加，最终输出的功率达到主控制器通过控制发动机的控制器控制发动机的电机转速逐渐增加，使整流器在时间内输出的功率逐渐增加，最终输出的功率达到

(1-2-2)当P_d＜-P_hys，则主控制器控制动力电池控制器输出当前的SOC状态参数，主控制器获得当前的SOC状态参数后，查询得到与当前的SOC状态参数及P_d相关的控制参数组中的相关的时间动力电池输出的目标功率和功率跟随目标功率其中，

主控制器通过发动机的控制器控制发动机的电机转速逐渐减小，使整流器在时间内输出功率逐渐降至

(1-2-3)当-P_hys≤P_d≤P_hys，则主控制器使发动机的控制器自动调节发动机的电机转速，使整流器输出的功率为使动力电池输出的功率为0；

(1-3)延迟时间T后，返回步骤(1-2)。

7.根据权利要求1所述的电动汽车功率跟随装置的控制方法，其特征是，所述步骤(1-3)由下述步骤替换：

主控制器中还设有充电阈值SOC1，控制器循环查询检测动力电池控制器输出当前的SOC状态参数，当查询得到的SOC状态参数＜SOC1时，主控制器通过发动机的控制器控制发动机的转速逐渐增加，使整流器输出功率P_e＞整车需求功率整流器输出功率P_e中超出整车需求功率的功率用于给动力电池充电；

当主控制器通过动力电池控制器检测到当前的动力电池的SOC状态参数≥A，延迟时间T后，返回步骤(1-2)。

8.根据权利要求1所述的电动汽车功率跟随装置的控制方法，其特征是，还包括如下步骤：

当车辆刚启动时，主控制器通过动力电池控制器控制动力电池的输出功率为主控制器通过控制发动机的控制器控制发动机的电机转速逐渐增加，动力电池的输出功率逐渐减少。

9.根据权利要求7所述的电动汽车功率跟随装置的控制方法，其特征是，SOC1为18％至25％。

10.根据权利要求6或7或8或9所述的电动汽车功率跟随装置的控制方法，其特征是，P_hys为1至2.5千瓦，为3至8秒，T为0.8至2秒，A的取值范围为80％至100％。