CN105730438A - 一种用于串联式混合动力汽车的能量分配方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于串联式混合动力汽车的能量分配方法和装置，其中所述方法包括：获取整车需求功率和电池的当前荷电状态值；根据当前荷电状态值与预设均衡状态值确定需求功率修正因数；获取发电功率，所述发电功率是所述需求功率与所述需求功率修正因数的乘积；根据所述发电功率查表得到与所述发电功率对应的发动机转速。由此，可以有效地保护电池，优化串联模式下的能量均衡控制。

Description

一种用于串联式混合动力汽车的能量分配方法和装置

技术领域

本发明涉及混合动力汽车能量控制技术领域，具体涉及一种用于串联式混合动力汽车的能量分配方法和装置。

背景技术

目前根据混合动力汽车的混合动力驱动的联结方式主要分为三类：一、串联式混合动力系统、二、并联式混合动力系统、三、混联式混合动力系统。其中串联式混合动力系统(SeriesHybrid)一般由内燃机直接带动发电机发电，产生的电能通过控制单元传到电池，再由电池传输给驱动电机转化为动能，最后通过变速机构来驱动汽车。在此联结方式下，电池需在发电机产生的能量和电动机需要的能量之间进行调节，从而保证车辆正常工作。

图1为串联式混合动力系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括发动机11、离合器12、离合器执行机构13、发电机14、驱动电机15、变速箱16及主减速器17，在车辆启动后，当驱动电机的扭矩能够满足需求扭矩时，首先进入纯电动模式，随着车辆的运行，动力电池的荷电状态值(StateofCharge，SOC)不断下降，到达设定的均衡点时，车辆切换到串联模式。现有技术中，串联模式是控制发动机和发电机工作在固定的转速和扭矩条件下，使该系统的充电功率恒定。

由此可见，现有技术没有充分考虑车辆在串联模式下准确的功率需求，而是采用固定的充电功率进行能量均衡，此种方式带来的主要弊端有以下两方面：一、当设定的发电功率大于车辆实际需求功率时，会使电池的SOC在短时间内上升，使系统达到进入纯电模式的条件，当车辆在纯电模式下运行时，SOC会随之下降，又由纯电模式进入串联模式。如此反复，频繁启停发动机，不仅使能耗增加，也会使车辆排放性能变差。二、当设定的发电功率小于车辆实际需求功率时，电池的充电功率不足以维持SOC的均衡点，随着车辆的运行，SOC不断持续下降，会使电池电量处于很低的水平，导致电池电压过低、电池过放等一系列问题，严重的还会损坏动力电池，使车辆无法正常运行。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于对串联模式过程中的能量均衡进行优化，最大限度降低排放和改善经济性能。

本发明提供一种用于串联式混合动力汽车的能量分配方法，包括：获取整车需求功率和电池的当前荷电状态值；根据当前荷电状态值与预设均衡状态值确定需求功率修正因数；获取发电功率，所述发电功率是所述需求功率与所述需求功率修正因数的乘积；根据所述发电功率查表得到与所述发电功率对应的发动机转速。

优选地，所述获取整车需求功率包括：获取驱动电机输出功率，所述输出功率是驱动电机两端的电压与流过所述驱动电机的电流的乘积；获取驱动电机需求功率，所述驱动电机需求功率是所述驱动电机输出功率与驱动电机效率因数的比值；获取所述整车需求功率，所述整车需求功率是所述驱动电机需求功率与高压附件需求功率之和。

优选地，所述根据当前荷电状态值与预设均衡状态值确定需求功率修正因数包括：获取荷电状态比值，所述荷电状态比值是所述当前荷电状态值与所述预设均衡状态值的比值；对所述荷电状态比值进行判断；确定需求功率修正因数，其中当所述荷电状态比值小于1时，确定所述需求功率修正因数大于1；当所述荷电状态比值大于1时，确定所述需求功率修正因数小于1；当所述荷电状态比值等于1时，确定所述需求功率修正因数等于1。

优选地，所述根据所计算出的发电功率查表得到与所述发电功率对应的发动机转速包括：在发动机油耗特性曲线表中确定与所述发电功率对应的第一转速范围；在所述第一转速范围内筛选出具有最低油耗的第二转速范围；在所述第二转速范围内选定所述发动机转速，所选定的发动机转速不等于共振转速。

优选地，所述高压附件需求功率包括低压蓄电池需求功率、转向电机需求功率、气泵电机需求功率、空调需求功率、暖风机需求功率。

相应地，本发明提供一种用于串联式混合动力汽车的能量分配装置，包括：获取单元，用于获取整车需求功率和电池的当前荷电状态值；修正单元，用于根据当前荷电状态值与预设均衡状态值确定需求功率修正因数；功率计算单元，用于获取发电功率，所述发电功率是所述需求功率与所述需求功率修正因数的乘积；转速确定单元，用于根据所计算出的发电功率查表得到与所述发电功率对应的发动机转速。

优选地，所述获取单元包括：第一计算子单元，用于获取驱动电机输出功率，所述输出功率是驱动电机两端的电压与流过所述驱动电机的电流的乘积；第二计算子单元，用于获取驱动电机需求功率，所述驱动电机需求功率是所述驱动电机输出功率与驱动电机效率因数的比值；第三计算子单元，用于获取所述整车需求功率，所述整车需求功率是所述驱动电机需求功率与高压附件需求功率之和。

优选地，所述修正单元包括：比值计算子单元，用于获取荷电状态比值，所述荷电状态比值是所述当前荷电状态值与所述预设均衡状态值的比值；对所述荷电状态比值进行判断；比值判断子单元，用于对所述荷电状态比值进行判断；修正因数确定子单元，用于确定需求功率修正因数，其中当所述荷电状态比值小于1时，确定所述需求功率修正因数大于1；当所述荷电状态比值大于1时，确定所述需求功率修正因数小于1；当所述荷电状态比值等于1时，确定所述需求功率修正因数等于1。

优选地，所述转速确定单元包括：第一转速确定子单元，用于在发动机油耗特性曲线表中确定与所计算出的发电功率对应的第一转速范围；第二转速确定子单元，用于在所述第一范围内筛选出具有最低油耗的第二转速范围；第三转速确定子单元，用于在所述第二范围内选定所述发动机转速，所选定的发动机转速不等于共振转速。

优选地，所述高压附件需求功率包括低压蓄电池需求功率、转向电机需求功率、气泵电机需求功率、空调需求功率、暖风机需求功率。

与现有技术相比，本发明提供的用于串联式混合动力汽车的能量分配方法和装置，可以结合电池当前的荷电状态值与预设的均衡状态值计算出功率修正因数，并根据整车需求功率与计算出的修正因数确定实际发电功率，进而实现实时调整发电机的发电功率，使整车控制器有效地保护电池，优化串联模式下的能量均衡控制。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是串联式混合动力汽车的动力系统结构示意图；

图2是本发明第一实施例提供的用于串联式混合动力汽车的能量分配方法的流程图；

图3是串联式混合动力汽车的发动机油耗特性表；

图4是本发明第一实施例中获取整车需求功率的流程图；

图5是本发明第一实施例中确定修正因数的流程图；

图6是本发明第一实施例中确定发动机转速的流程图；

图7是本发明第二实施例提供的用于串联式混合动力汽车的能量分配装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明第一实施例提供一种用于串联式混合动力汽车的能量分配方法，该方法可以由机动车的整车控制器执行，如图2所示该方法包括：

S1，获取整车需求功率和电池的当前荷电状态值。整车控制器具有与电池管理系统、驱动电机控制器、发电机控制器以及发动机控制器进行连接的接口，整车需求功率通常是指汽车当前运行状态下需要使用的功率，该数值可以通过计算驱动电机的输出参数获得。电池的SOC)可以直接通过电池管理系统的输出参数获得，例如SOC的范围是0-1，0表示剩余电量为0,1表示满电量。

S2，根据当前荷电状态值与预设均衡状态值确定需求功率修正因数。串联式混合动力汽车的动力系统通常预先设有一个SOC均衡值。例如SOC均衡值为0.5，首先，车辆在纯电力模式下运行一段时间后，SOC由1下降到0.5，此时进入串联模式，即开始对电池进行充电。起始阶段的SOC等于0.5，与预设的均衡SOC无差异，但经过一段时间后，如果发电机提供充电功率大于整车实际需求功率，则SOC快速增长至大于0.5；如果发电机提供的充电功率小于整车实际需求功率，则SOC小于0.5。本步骤是利用当前的SOC与预设的平缓SOC的差异值，确定一个对应的修正因数，例如可以通过预设对应表、预设曲线、预设公式等方式得到修正因数。具体地，差异度越大，对应的修正因数对实际充电功率的影响越大；差异度越小，对应的修正因数对实际充电功率的影响越小。

S3，获取发电功率，所述发电功率是所述需求功率与所述需求功率修正因数的乘积。进入串联模式的起始阶段，此时获取的SOC等于预设的均衡SOC，对应的修正因数可以为1，则计算出的实际发电功率应等于整车需求功率，由此则可以维持SOC等于0.5；当车辆继续运行一段时间后，此时可能出现两种情况：第一种情况是电池的电能进一步损耗，所以此时再次获取的SOC小于0.5，假设对应的修正因数为1.5，经过本步骤计算出的发电功率则大于整车需求功率，即加大发电功率，目的是使SOC达到0.5；第二种情况是车辆没有进一步消耗电池的电能，并且由于此过程仍利用起始段计算出的充电功率对电池进行充电，所以此时再次获取的SOC大于0.5，假设对应的修正因数为0.5，则经过本步骤计算出的发电功率则小于整车需求功率，即减小发电功率，目的仍是使SOC降为0.5。例如经过计算后得到的发电功率为60kw，整车控制器则可以向发动机控制器输出相应的扭矩指令，使发电机提供60kw发电功率。

S4，根据所计算出的发电功率查表得到与所述发电功率对应的发动机转速。如图3所示，通过串联式混合动力汽车的发动机油耗特性表可以确定，发动机转速为1700rpm-3200rpm时均可以使发电机提供60kw的发电功率，因此可以选定该范围内任意一个转速作为发动机的转速，整车控制器可以向发动机控制器输出相应的转速指令，使发动机提供相应的转速。并且，对于转速的选择还可以结合发动机的油耗特性，选择相对较低的油耗值对应的转速。

根据本发明实施例提供的用于串联式混合动力汽车的能量分配方法，整车控制器可以结合电池当前的荷电状态值与预设的均衡状态值计算出功率修正因数，并根据整车需求功率与计算出的修正因数确定实际发电功率，进而实现实时调整发电机的发电功率，使整车控制器有效地保护电池，优化串联模式下的能量均衡控制。

优选地，如图4所示，本实施例S1可以包括：

S11，获取驱动电机输出功率，所述输出功率是驱动电机两端的电压与流过所述驱动电机的电流的乘积。

S12，获取驱动电机需求功率，所述驱动电机需求功率是所述驱动电机输出功率与驱动电机效率因数的比值。

S13，获取所述整车需求功率，所述整车需求功率是所述驱动电机需求功率与高压附件需求功率之和。更优选地，本实施例所述高压附件需求功率可以包括低压蓄电池需求功率、转向电机需求功率、气泵电机需求功率、空调需求功率、暖风机需求功率。其中，低压蓄电池需求功率、空调和暖风的运行状态会通过CAN总线发送给整车控制器，可以通过发送的电压和电流信号来计算各自的功率，而转向电机在车辆运行过程中是一直运行的，可以按照额定功率来计算其需求功率。

上述优选方案提供了计算驱动电机需求功率的具体方式，同时还将车辆的其他高压用电器件的需求功率考虑在内，提高了计算整车需求功率的准确性，从而进一步优化了串联模式下的能量均衡控制。

优选地，如图5所示，本实施例S2可以包括：

S21，获取荷电状态比值，所述荷电状态比值是所述当前荷电状态值与所述预设均衡状态值的比值，例如当前荷电状态值0.8除以预设均衡状态值0.5等于1.6。

S22，对所述荷电状态比值进行判断。

S23，确定需求功率修正因数，其中当所述荷电状态比值小于1时，确定所述需求功率修正因数大于1；当所述荷电状态比值大于1时，确定所述需求功率修正因数小于1；当所述荷电状态比值等于1时，确定所述需求功率修正因数等于1。

具体地，可以预设一个修正因数与荷电状态比值的对应表，如表1所示：

荷电状态比值x	x<0.5	0.5<x<0.8	0.8<x<1	1	1>x>1.5	x>1.5
							功率修正因数	2	1.5	1.2	1	0.8	0.5

表1修正因数与荷电状态比值的对应表

当荷电状态比值符合表中某一比值范围时，可以根据该表确定对应的修正因数，例如计算出的荷电状态比值为1.6，其对应的功率修正因数为0.5。本领域技术人员应当理解，上述对应表所示的对应关系并不是唯一的，根据实际需求还可以预设幅度更大或更小的对应表，或者可以构建一个修正因数与荷电状态比值的对应函数，使对应关系更加准确。

上述优选方案是本方法中确定修正因数的具体方式，该方案具有较高的计算效率，从而可以提高本方法的效率。

优选地，如图6所示，本实施例S4可以包括：

S41，在发动机油耗特性曲线表中确定与所计算出的发电功率对应的第一转速范围。具体地，通过上述方案可知，当经过计算后得到的发电功率为60kw，通过图3可以确定发动机转速为1700rpm-3200rpm时均可以使发电机提供60kw的发电功率，所以1700rpm-3200rpm即为第一转速范围。

S42，在所述第一转速范围内筛选出具有最低油耗的第二转速范围。发动机在不同转速状态下运行时的耗油量是不同的，通过图3可以发现，在等油耗曲线102内，发动机的耗油量最低，该区域对应的发动机转速为1700rpm-1950rpm，此范围即第二转速范围。

S43，在所述第二转速范围内选定所述发动机转速，所选定的发动机转速不等于共振转速。由于本方法适于的动力系统同轴度，并且各个部件本身还具有各自的物理特性，所以发动机在运转到特定转速下可能会产生共振，因此，如果第二转速范围内包含共振转速，在选定具体的发动机转速时，应避免选择会产生共振的转速。例如，当预知发动机约在1900rpm转速时会发生共振时，可以选定发动机的转速为1800rpm。由此还可以计算出发动机的扭矩M为发电功率*9550/发动机的转速＝60*9550/1800＝318Nm，9550为计算发动机功率所需的固定系数。因此，整车控制器控制发动机运行在扭矩模式，扭矩指令为318Nm，发电机运行在转速模式，转速指令为1800rpm。

上述优选方案是本方法中确定发动机转速的具体方式，该方案根据发动机的油耗特性曲线确定发动机的工况，在对电池与发动机实现保护控制的情况下，还确保串联模式下发动机经济性能最优，达到降低车辆排放优化能耗的目的。

本发明第二实施例提供一种用于串联式混合动力汽车的能量分配装置，如图7所示该装置包括：

获取单元71，用于获取整车需求功率和电池的当前荷电状态值；

修正单元72，用于根据当前荷电状态值与预设均衡状态值确定需求功率修正因数；

功率计算单元73，用于获取发电功率，所述发电功率是所述需求功率与所述需求功率修正因数的乘积；

转速确定单元74，用于根据所计算出的发电功率查表得到与所述发电功率对应的发动机转速。

根据本发明实施例提供的用于串联式混合动力汽车的能量分配装置，整车控制器可以结合电池当前的荷电状态值与预设的均衡状态值计算出功率修正因数，并根据整车需求功率与计算出的修正因数确定实际发电功率，进而实现实时调整发电机的发电功率，使整车控制器有效地保护电池，优化串联模式下的能量均衡控制。

优选地，所述获取单元71包括：

第一计算子单元，用于获取驱动电机输出功率，所述输出功率是驱动电机两端的电压与流过所述驱动电机的电流的乘积；

第二计算子单元，用于获取驱动电机需求功率，所述驱动电机需求功率是所述驱动电机输出功率与驱动电机效率因数的比值；

第三计算子单元，用于获取所述整车需求功率，所述整车需求功率是所述驱动电机需求功率与高压附件需求功率之和。

更优选地，所述高压附件需求功率包括低压蓄电池需求功率、转向电机需求功率、气泵电机需求功率、空调需求功率、暖风机需求功率。

上述优选方案提供了计算驱动电机需求功率的具体方式，同时还将车辆的其他高压用电器件的需求功率考虑在内，提高了计算整车需求功率的准确性，从而进一步优化了串联模式下的能量均衡控制。

优选地，所述修正单元72包括：

比值计算子单元，用于获取荷电状态比值，所述荷电状态比值是所述当前荷电状态值与所述预设均衡状态值的比值；对所述荷电状态比值进行判断；

比值判断子单元，用于对所述荷电状态比值进行判断；

修正因数确定子单元，用于确定需求功率修正因数，其中当所述荷电状态比值小于1时，确定所述需求功率修正因数大于1；当所述荷电状态比值大于1时，确定所述需求功率修正因数小于1；当所述荷电状态比值等于1时，确定所述需求功率修正因数等于1。

上述优选方案具有较高的计算效率，从而可以提高本装置的工作效率。

优选地，所述转速确定单元74包括：

第一转速确定子单元，用于在发动机油耗特性曲线表中确定与所计算出的发电功率对应的第一转速范围；

第二转速确定子单元，用于在所述第一范围内筛选出具有最低油耗的第二转速范围；

第三转速确定子单元，用于在所述第二范围内选定所述发动机转速，所选定的发动机转速不等于共振转速。

上述优选方案根据发动机的油耗特性曲线确定发动机的工况，在对电池与发动机实现保护控制的情况下，还确保串联模式下发动机经济性能最优，达到降低车辆排放优化能耗的目的。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种用于串联式混合动力汽车的能量分配方法，其特征在于，包括：

获取整车需求功率和电池的当前荷电状态值；

根据当前荷电状态值与预设均衡状态值确定需求功率修正因数；

获取发电功率，所述发电功率是所述需求功率与所述需求功率修正因数的乘积；

根据所述发电功率查表得到与所述发电功率对应的发动机转速。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取整车需求功率包括：

获取驱动电机输出功率，所述输出功率是驱动电机两端的电压与流过所述驱动电机的电流的乘积；

获取驱动电机需求功率，所述驱动电机需求功率是所述驱动电机输出功率与驱动电机效率因数的比值；

获取所述整车需求功率，所述整车需求功率是所述驱动电机需求功率与高压附件需求功率之和。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据当前荷电状态值与预设均衡状态值确定需求功率修正因数包括：

获取荷电状态比值，所述荷电状态比值是所述当前荷电状态值与所述预设均衡状态值的比值；

对所述荷电状态比值进行判断；

确定需求功率修正因数，其中当所述荷电状态比值小于1时，确定所述需求功率修正因数大于1；当所述荷电状态比值大于1时，确定所述需求功率修正因数小于1；当所述荷电状态比值等于1时，确定所述需求功率修正因数等于1。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所计算出的发电功率查表得到与所述发电功率对应的发动机转速包括：

在发动机油耗特性曲线表中确定与所述发电功率对应的第一转速范围；

在所述第一转速范围内筛选出具有最低油耗的第二转速范围；

在所述第二转速范围内选定所述发动机转速，所选定的发动机转速不等于共振转速。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述高压附件需求功率包括低压蓄电池需求功率、转向电机需求功率、气泵电机需求功率、空调需求功率、暖风机需求功率。

6.一种用于串联式混合动力汽车的能量分配装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取整车需求功率和电池的当前荷电状态值；

修正单元，用于根据当前荷电状态值与预设均衡状态值确定需求功率修正因数；

功率计算单元，用于获取发电功率，所述发电功率是所述需求功率与所述需求功率修正因数的乘积；

转速确定单元，用于根据所计算出的发电功率查表得到与所述发电功率对应的发动机转速。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取单元包括：

第一计算子单元，用于获取驱动电机输出功率，所述输出功率是驱动电机两端的电压与流过所述驱动电机的电流的乘积；

第二计算子单元，用于获取驱动电机需求功率，所述驱动电机需求功率是所述驱动电机输出功率与驱动电机效率因数的比值；

第三计算子单元，用于获取所述整车需求功率，所述整车需求功率是所述驱动电机需求功率与高压附件需求功率之和。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述修正单元包括：

比值计算子单元，用于获取荷电状态比值，所述荷电状态比值是所述当前荷电状态值与所述预设均衡状态值的比值；对所述荷电状态比值进行判断；

比值判断子单元，用于对所述荷电状态比值进行判断；

修正因数确定子单元，用于确定需求功率修正因数，其中当所述荷电状态比值小于1时，确定所述需求功率修正因数大于1；当所述荷电状态比值大于1时，确定所述需求功率修正因数小于1；当所述荷电状态比值等于1时，确定所述需求功率修正因数等于1。

9.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述转速确定单元包括：

第一转速确定子单元，用于在发动机油耗特性曲线表中确定与所计算出的发电功率对应的第一转速范围；

第二转速确定子单元，用于在所述第一范围内筛选出具有最低油耗的第二转速范围；

第三转速确定子单元，用于在所述第二范围内选定所述发动机转速，所选定的发动机转速不等于共振转速。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述高压附件需求功率包括低压蓄电池需求功率、转向电机需求功率、气泵电机需求功率、空调需求功率、暖风机需求功率。