CN105644551A - 增程式电动汽车动力装置及控制方法 - Google Patents

增程式电动汽车动力装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种增程式电动汽车动力装置及控制方法，包括动力电池组、第一发动机、第一发电机、第二发动机、第二发电机、驱动系统、整车控制器、电池管理芯片、直流降压器、电源分配单元、减速器和逆变器；第一发动机通过连接机构与第一发电机连接，第二发动机通过连接机构与第二发电机连接，第一发电机和第二发电机均与逆变器电连接，电源分配单元分别与驱动系统、直流降压器、逆变器、动力电池组和整车控制器电连接。本发明具有动力性更强，适用车型更多，发动机有效工作效率较高，综合油耗低，有效降低使用成本的特点。

Description

增程式电动汽车动力装置及控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，尤其是涉及一种采用多个功率跟随器的增程式电动汽车动力装置及控制方法。
背景技术
目前新能源车采用分布式动力系统，其动力源采用单跟随器系统。单跟随器电动汽车存在如下缺点：
(1)汽车动力性不足，驾乘体验较差，适用车型较少，市场推广难度大。
(2)发动机有效工作效率低，综合油耗高，使用成本较高；
(3)整车布置困难、机械传递效率低、动力性差不能满足车辆复杂的使用环境。
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单跟随器电动汽车动力差、有效工作效率低和综合油耗高的不足，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增程式电动汽车动力装置及控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种增程式电动汽车动力装置，包括动力电池组、第一发动机、第一发电机、第二发动机、第二发电机、驱动系统、整车控制器、电池管理芯片、直流降压器、电源分配单元、减速器和逆变器；第一发动机通过连接机构与第一发电机连接，第二发动机通过连接机构与第二发电机连接，第一发电机和第二发电机均与逆变器电连接，电源分配单元分别与驱动系统、直流降压器、逆变器、动力电池组和整车控制器电连接；整车控制器分别与电池管理芯片、驱动系统、电源分配单元、直流降压器、第一发动机和第二发动机电连接；电池管理芯片与动力电池组电连接，驱动系统、减速器和汽车的至少2个车轮依次机械连接。
第一发动机和第一发电机构成一个增程器，第二发动机和第二发电机构成另一个增程器。本发明也可以包括2个以上的增程器。
本发明的驱动系统包括若干个驱动电机，各个驱动电机通过传动装置带动汽车的2个或4个车轮运动，第一发动机和第二发动机用于提供发电机发电的动力。
本发明的整车控制器中设有动力电池组的SOC状态参数下限值A、动力电池组的最大输出功率P1、第一发电机输出的最大功率P2；
在汽车运行过程中，整车控制器循环检测车辆运行需求功率P3、动力电池组的SOC值状态参数；
当P1＜P3时，整车控制器控制第一发动机和第一发电机工作；当(P1+P2)＜P3时，整车控制器控制第一发动机、第一发电机，第二发动机、第二发电机工作；
本发明的动力性更强，适用车型更多，发动机有效工作效率较高，综合油耗低，有效降低使用成本；机械传递效率高、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。
作为优选，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。
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。
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；
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。
一种增程式电动汽车动力装置的控制方法，包括如下步骤：
(6-1)整车控制器中设有动力电池组的SOC状态参数下限值A、动力电池组的最大输出功率P1、第一发电机输出的最大功率P2；
在汽车运行过程中，整车控制器循环检测车辆运行需求功率P3、动力电池组的SOC值状态参数；
(6-2)当P1＜P3时，整车控制器控制第一发动机和第一发电机工作；
当SOC值状态参数＜A，整车控制器通过电源分配单元控制第一发电机为动力系统提供功率并给动力电池组充电；
当SOC值状态参数≥A，整车控制器通过电源分配单元控制第一发电机和动力电池组一起为动力系统提供功率；
(6-3)当(P1+P2)＜P3时，整车控制器控制第一发动机、第一发电机，第二发动机、第二发电机工作；
当SOC值状态参数＜A，整车控制器通过电源分配单元控制第一发电机、第二发电机为动力系统提供功率并给动力电池组充电；
当SOC值状态参数≥A，整车控制器通过电源分配单元控制第一发电机、第二发电机和动力电池组一起为动力系统提供功率。
作为优选，还包括如下步骤：
当(P3-P1)为60±3kw范围内、70±3kw范围内、80±3kw范围内、90±3kw范围内或100±3kw范围内时，整车控制器控制第一发电机和第二发电机的转子以相同转速和扭矩工作，整车控制器通过电源分配单元控制第一发电机、第二发电机输出相同的功率。
作为优选，整车控制器循环检测动力电池组可放电功率P4，整车控制器中设有可放电功率下限值；
所述当SOC值状态参数＜A替换为当可放电功率＜P4；
所述当SOC值状态参数≥A替换为当可放电功率≥P4。
作为优选，当车辆匀速行驶并且行驶速度≥60kph时，整车控制器控制控制第一发电机、第二发电机的转子同时工作在转子转速为1200±8rpm范围内，转矩为140±5Nm范围内的工作点。
作为优选，A为18％至25％。
因此，本发明具有如下有益效果：动力性更强，适用车型更多，发动机有效工作效率较高，综合油耗低，有效降低使用成本；机械传递效率高、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。
附图说明
图1是本发明的一种原理框图；
图2是本发明的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：动力电池组1、第一发动机2、第一发电机3、第二发动机4、第二发电机5、驱动系统6、整车控制器7、电池管理芯片8、直流降压器9、电源分配单元10、减速器11、逆变器12、车轮13、主动盘110、从动盘111、压环112、内圈盘113、外圈盘114、压缩弹簧115、容纳槽116、挡板117、后盘体118、加强盘体119、前盘体120、气流导向槽121、第一环形凸台122、第二环形凸台123、轴套124、花键槽125、圆孔126、定位销孔127、连接孔128。
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增程式电动汽车动力装置，包括动力电池组1、第一发动机2、第一发电机3、第二发动机4、第二发电机5、驱动系统6、整车控制器7、电池管理芯片8、直流降压器9、电源分配单元10、减速器11和逆变器12；第一发动机通过连接机构与第一发电机连接，第二发动机通过连接机构与第二发电机连接，第一发电机和第二发电机均与逆变器电连接，电源分配单元分别与驱动系统、直流降压器、逆变器、动力电池组和整车控制器电连接；整车控制器分别与电池管理芯片、驱动系统、电源分配单元、直流降压器、第一发动机和第二发动机电连接；电池管理芯片与动力电池组电连接，驱动系统、减速器和汽车的2个车轮13依次机械连接。
第一发动机和第一发电机构成一个增程器，第二发动机和第二发电机构成另一个增程器。
如图2、图3、图4、图5所示，连接机构包括主动盘110、从动盘111和压环112；从动盘包括内圈盘113和设于内圈盘外围的外圈盘114，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129。
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116，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117，和设于每个容纳槽中的压缩弹簧115；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118、加强盘体119和前盘体120；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121。
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122，第一环形凸台中部设有第二环形凸台123；转轴孔边缘设有伸出第二环形凸台之外的轴套124；轴套通过花键槽125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126；主动盘中部设有用于与发动机连接的定位销孔127及若干个连接孔128，主动盘边缘设有用于与从动盘连接的6个连接孔128。
如图6所示，一种增程式电动汽车动力装置的控制方法，包括如下步骤：
步骤100，整车控制器中设有动力电池组的SOC状态参数下限值A、动力电池组的最大输出功率P1、第一发电机输出的最大功率P2；
在汽车运行过程中，整车控制器循环检测车辆运行需求功率P3、动力电池组的SOC值状态参数；
步骤200，当P1＜P3时，整车控制器控制第一发动机和第一发电机工作；
当SOC值状态参数＜A，整车控制器通过电源分配单元控制第一发电机为动力系统提供功率并给动力电池组充电；
当SOC值状态参数≥A，整车控制器通过电源分配单元控制第一发电机和动力电池组一起为动力系统提供功率；
步骤300，当(P1+P2)＜P3时，整车控制器控制第一发动机、第一发电机，第二发动机、第二发电机工作；
当SOC值状态参数＜A，整车控制器通过电源分配单元控制第一发电机、第二发电机为动力系统提供功率并给动力电池组充电；
当SOC值状态参数≥A，整车控制器通过电源分配单元控制第一发电机、第二发电机和动力电池组一起为动力系统提供功率。
当(P3-P1)为60kw、70kw、80kw、90kw或100kw时，整车控制器控制第一发电机和第二发电机的转子以相同转速和扭矩工作，整车控制器通过电源分配单元控制第一发电机、第二发电机输出相同的功率。其中，A为18％至25％。
实施例2
实施例2包括实施例1中的所有结构和步骤部分，整车控制器循环检测动力电池组可放电功率P4，整车控制器中设有可放电功率下限值；
实施例2将实施例1中的当SOC值状态参数＜A替换为当可放电功率＜P4；
实施例2将实施例1中的当SOC值状态参数≥A替换为当可放电功率≥P4。
当车辆匀速行驶并且行驶速度≥60kph时，整车控制器控制控制第一发电机、第二发电机的转子同时工作在转速为1200rpm，转矩为140Nm的工作点。
实施例3
实施例3包括实施例1中的所有结构及方法部分，实施例3还包括报警器、存储器和设于动力电池组壳体上的温度传感器，报警器、存储器和各个温度传感器均与整车控制器电连接；还包括如下步骤：
(7-1)整车控制器读取温度传感器检测的温度信号u(t)，设定j的初始值为1，设定i的初值为1；存储器中设有故障阈值E；
(7-2)计算u(t)的局部极大值并通过三次样条插值获得上包络线uup(t)；
(7-3)计算信号u(t)的局部极小值并通过三次样条插值获得下包络线ulow(t)；
(7-4)定义平均包络m1(t)＝[uup(t)+ulow(t)]/2；
(7-5)利用公式hj(t)＝u(t)-mj(t)计算差值hj(t)；
(7-6)若hj(t)不满足IMF筛分停止条件，使u(t)＝hj(t)，j值增加1，返回步骤(7-2)对hj(t)继续进行分解；当hj(t)满足IMF筛分停止条件，则得到u(t)信号的第1个IMF分量c1(t)＝hj(t)；
(7-7)利用公式ri(t)＝u(t)-ci(t)计算剩余分量ri(t)；
(7-8)当ri(t)不满足分解停止条件时，使u(t)＝ri(t)，使i值增加1，返回步骤(7-2)对ri(t)继续分解；当满足筛分停止条件时，设n＝i，得到n个IMF分量ci(t)和1个剩余分量rn(t)，u(t)则可以表示为抽取ci(t)的N个抽样值ci(k)，k＝1，2，...，N；
(7-9)利用公式计算u(t)的各个分量能量，比较u(t)的各分量能量Emax，选取E1，E2，...，En中最大值Emax，当Emax＞E时，表明动力电池组温度过高，整车控制器控制报警器发出报警信息；
其中，(7-6)、(7-8)的筛分停止条件采用仿柯西收敛准则，当SD＜ε时筛分停止，ε通常介于0.2与0.3之间；分解停止条件为剩余信号ri(t)变为单调函数。
仿真实验：
当(P3-P1)小于50kw时，只需要第一发动机和第一发电机器工作即可；当(P3-P1)大于50kw时，需要第一发动机、第一发电机，第二发动机、第二发电机同时工作。
下表为单跟随器不同功率时，最佳比油耗：
表1
下表为两个增程器功率多种分配方式下的比油耗：
表2
从表2中可以看出，当请求总功率为60kw、90kw及100kw时，双增程器平均分配功率时，比油耗最小；当请求总功率为70kw和80kw时，双增程器平均分配功率时比油耗不是最小的，但跟最佳比油耗相差无几。综上，此次试验中采用双跟随器功率平均分配的策略，该分配策略简单可行并且两个增程器工作在同一个工作点。
下表为单增程器和双增程器的对比：
表3
由表3可以看出，对于单增程器而言，其工作点对应的气耗为273k/kwh，对应双增程器而言，其工作点对应的气耗为225k/kwh。通过比较，得出：在发电机及电池损耗相同的情况下，双增程器方案经济性提高13.3％。
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)

1.一种增程式电动汽车动力装置，其特征是，包括动力电池组(1)、第一发动机(2)、第一发电机(3)、第二发动机(4)、第二发电机(5)、驱动系统(6)、整车控制器(7)、电池管理芯片(8)、直流降压器(9)、电源分配单元(10)、减速器(11)和逆变器(12)；第一发动机通过连接机构与第一发电机连接，第二发动机通过连接机构与第二发电机连接，第一发电机和第二发电机均与逆变器电连接，电源分配单元分别与驱动系统、直流降压器、逆变器、动力电池组和整车控制器电连接；整车控制器分别与电池管理芯片、驱动系统、电源分配单元、直流降压器、第一发动机和第二发动机电连接；电池管理芯片与动力电池组电连接，驱动系统、减速器和汽车的至少2个车轮(13)依次机械连接。
2.根据权利要求1所述的增程式电动汽车动力装置，其特征是，所述连接机构包括主动盘(110)、从动盘(111)和压环(112)；所述从动盘包括内圈盘(113)和设于内圈盘外围的外圈盘(114)，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。
3.根据权利要求2所述的增程式电动汽车动力装置，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(116)，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(117)，和设于每个容纳槽中的压缩弹簧(115)；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。
4.根据权利要求2所述的增程式电动汽车动力装置，其特征是，所述外圈盘包括由前至后依次排列的后盘体(118)、加强盘体(119)和前盘体(120)；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(121)。
5.根据权利要求2或3或4所述的增程式电动汽车动力装置，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(122)，第一环形凸台中部设有第二环形凸台(123)；转轴孔边缘设有伸出第二环形凸台之外的轴套(124)；轴套通过花键槽(125)与设于发电机转轴上的花键配合连接；
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(126)；主动盘中部设有用于与发动机连接的定位销孔(127)及若干个连接孔(128)，主动盘边缘设有用于与从动盘连接的若干个连接孔(128)。
6.一种适用于权利要求1所述的增程式电动汽车动力装置的控制方法，其特征是，包括如下步骤：
(6-1)整车控制器中设有动力电池组的SOC状态参数下限值A、动力电池组的最大输出功率P1、第一发电机输出的最大功率P2；
在汽车运行过程中，整车控制器循环检测车辆运行需求功率P3、动力电池组的SOC值状态参数；
(6-2)当P1＜P3时，整车控制器控制第一发动机和第一发电机工作；
当SOC值状态参数＜A，整车控制器通过电源分配单元控制第一发电机为动力系统提供功率并给动力电池组充电；
当SOC值状态参数≥A，整车控制器通过电源分配单元控制第一发电机和动力电池组一起为动力系统提供功率；
(6-3)当(P1+P2)＜P3时，整车控制器控制第一发动机、第一发电机，第二发动机、第二发电机工作；
当SOC值状态参数＜A，整车控制器通过电源分配单元控制第一发电机、第二发电机为动力系统提供功率并给动力电池组充电；
当SOC值状态参数≥A，整车控制器通过电源分配单元控制第一发电机、第二发电机和动力电池组一起为动力系统提供功率。
7.根据权利要求6所述的增程式电动汽车动力装置的控制方法，其特征是，还包括如下步骤：
当(P3-P1)为60±3kw范围内、70±3kw范围内、80±3kw范围内、90±3kw范围内或100±3kw范围内时，整车控制器控制第一发电机和第二发电机的转子以相同转速和扭矩工作，整车控制器通过电源分配单元控制第一发电机、第二发电机输出相同的功率。
8.根据权利要求6所述的增程式电动汽车动力装置的控制方法，其特征是，整车控制器循环检测动力电池组可放电功率P4，整车控制器中设有可放电功率下限值；
所述当SOC值状态参数＜A替换为当可放电功率＜P4；
所述当SOC值状态参数≥A替换为当可放电功率≥P4。
9.根据权利要求6所述的增程式电动汽车动力装置的控制方法，其特征是，当车辆匀速行驶并且行驶速度≥60kph时，整车控制器控制控制第一发电机、第二发电机的转子同时工作在转子转速为1200±8rpm范围内，转矩为140±5Nm范围内的工作点。
10.根据权利要求6或7或8或9所述的增程式电动汽车动力装置的控制方法，其特征是，A为18％至25％。
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