CN106585618A

CN106585618A - 一种串联式混合动力汽车能量管理控制方法及装置

Info

Publication number: CN106585618A
Application number: CN201611074878.5A
Authority: CN
Inventors: 徐立友; 李晴; 李金辉; 李洋洋; 刘恩泽; 赵思夏; 赵学平; 徐海龙; 王通
Original assignee: Henan University of Science and Technology
Current assignee: Henan University of Science and Technology
Priority date: 2016-11-29
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2036-11-29
Also published as: CN106585618B

Abstract

本发明提供了一种串联式混合动力汽车能量管理控制方法及装置，该方法首先在内燃机最佳功率曲线上选取A点与B点，并设置内燃机在A点时的功率值、B点时的功率值、汽车需求功率值、蓄电池低电荷状态值、蓄电池高电荷状态值；汽车驱动时根据需求功率大小、蓄电池荷电状态高低的不同制定不同的工作模式，在大多数情况下都能使内燃机工作在最佳功率曲线上A点与B点的区间内。通过本发明提供的方法，使汽车处于驱动工况时，在大多数情况下都可以将内燃机的工作点限定在最佳功率曲线上A点与B点之间，进而提高整车的燃油经济性与排放性；使汽车处于制动工况时，电机的再生制动可以提高能量利用率。

Description

一种串联式混合动力汽车能量管理控制方法及装置

技术领域

本发明属于混合动力汽车领域，特别涉及一种串联式混合动力汽车能量管理控制方法及装置。

背景技术

节能与环保是世界各国汽车工业目前所面临两大任务，在日益严峻的石油枯竭与大气污染之下，汽车工业要想可持续发展就必须大力发展新能源汽车。在众多类型的新能源汽车中，混合动力汽车不仅具有纯电动汽车低油耗低排放的优点，又具有传统内燃机汽车动力性强、行驶里程远的优点，而且技术已经比较成熟，因此最适合当前发展，是一种最理想的过渡车型。

混合动力汽车的能量管理控制策略对整车的油耗与排放起着至关重要的作用，在当下混合动力汽车能量管理控制策略有着诸多的不足，在降低油耗与排放方面比较有限，最主要的原因就是内燃机不能很好地工作在最有效的工作区域，从而使内燃机的油耗与排放并不十分理想，进而影响整车的燃油经济性与排放性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种串联式混合动力汽车能量管理控制方法及装置，用于解决现有技术中内燃机的油耗与排放不经济的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种串联式混合动力汽车能量管理控制方法，该方法包括以下步骤：

1)在驱动工况下，在内燃机最佳功率曲线上选取A点与B点，并设置内燃机在A点时的功率为P_A，A点对应的功率值为内燃机负荷率为90％时驱动电机的额定功率值，B点时的功率为P_B，B点对应的功率值为内燃机负荷率为90％时的内燃机功率的最大值与驱动电机额定功率值的差值，汽车需求功率为P_req、蓄电池低电荷状态值为soc_low、蓄电池高电荷状态值为soc_high；

2)当P_req<P_A时，如果蓄电池荷电状态为soc<soc_low，则内燃机工作于B点，同时为蓄电池充电；如果蓄电池荷电状态为soc_low≤soc≤soc_high，则内燃机工作于A点，同时为蓄电池充电；如果蓄电池荷电状态为soc>soc_high，则关闭内燃机，由蓄电池提供汽车所需功率；

当P_A≤P_req≤P_B时，如果soc<soc_low时，则内燃机工作于B点，同时为蓄电池充电；如果soc_low≤soc≤soc_high，则内燃机工作于A点与B点之间，完全由内燃机提供汽车所需功率，蓄电池不充电不放电；如果soc>soc_high时，内燃机仍旧工作于A点与B点之间，完全由内燃机提供汽车所需功率，蓄电池不充电不放电；

当P_req>P_B时，如果soc<soc_low，则内燃机工作点从B点沿最佳功率曲线向上移动直到能够提供汽车所需功率为止，完全由内燃机提供汽车所需功率，蓄电池不充电不放电；如果soc_low≤soc≤soc_high，则内燃机工作于B点，蓄电池提供剩余功率，内燃机与蓄电池共同驱动汽车行驶；如果soc>soc_high，内燃机仍旧工作于B点，蓄电池提供剩余功率，内燃机与蓄电池共同驱动汽车行驶。

进一步地，在制动工况下，还设置了汽车制动功率值、驱动电机最大制动功率值，当汽车制动功率小于等于驱动电机最大制动功率时，如果蓄电池未满电，则进行纯电机制动；如果蓄电池满电，则进行纯机械制动；当汽车制动功率大于驱动电机最大制动功率时，如果蓄电池未满电，则进行混合制动，驱动电机产生最大制动功率，剩余制动功率由机械制动补充；如果蓄电池满电，则进行纯机械制动。

本发明还提供了一种串联式混合动力汽车能量管理控制装置，该装置包括：

设置单元：用于在驱动工况下，在内燃机最佳功率曲线上选取A点与B点，并设置内燃机在A点时的功率为P_A，所述A点对应的功率值为内燃机负荷率为90％时驱动电机的额定功率值，B点时的功率为P_B，所述B点对应的功率值为内燃机负荷率为90％时的内燃机功率的最大值与驱动电机额定功率值的差值，汽车需求功率为P_req、蓄电池低电荷状态值为soc_low、蓄电池高电荷状态值为soc_high；

判断单元：用于当P_req<P_A时，如果蓄电池荷电状态为soc<soc_low，则内燃机工作于B点，同时为蓄电池充电；如果蓄电池荷电状态为soc_low≤soc≤soc_high，则内燃机工作于A点，同时为蓄电池充电；如果蓄电池荷电状态为soc>soc_high，则关闭内燃机，由蓄电池提供汽车所需功率；

当P_A≤P_req≤P_B时，如果soc<soc_low，则内燃机工作于B点，同时为蓄电池充电；如果soc_low≤soc≤soc_high，则内燃机工作于A点与B点之间，完全由内燃机提供汽车所需功率，蓄电池不充电不放电；如果soc>soc_high，内燃机仍旧工作于A点与B点之间，完全由内燃机提供汽车所需功率，蓄电池不充电不放电；

当P_req>P_B时，如果soc<soc_low时，则内燃机工作点从B点沿最佳功率曲线向上移动直到能够提供汽车所需功率为止，完全由内燃机提供汽车所需功率，蓄电池不充电不放电；如果soc_low≤soc≤soc_high，则内燃机工作于B点，蓄电池提供剩余功率，内燃机与蓄电池共同驱动汽车行驶；如果soc>soc_high时，内燃机仍旧工作于B点，蓄电池提供剩余功率，内燃机与蓄电池共同驱动汽车行驶。

该装置还包括用于在制动工况下，设置汽车制动功率P_bra、驱动电机最大制动功率P_m-max的单元，当汽车制动功率小于等于驱动电机最大制动功率，如果蓄电池未满电，则进行纯电机制动；如果蓄电池满电，则进行纯机械制动；当汽车制动功率大于驱动电机最大制动功率，如果蓄电池未满电，则进行混合制动，驱动电机产生最大制动功率，剩余制动功率由机械制动补充；如果蓄电池满电，则进行纯机械制动的单元。

本发明的有益效果是：

当汽车处于驱动工况时，在大多数情况下都可以将内燃机的工作点限定在最佳功率曲线上A点与B点之间，进而提高整车的燃油经济性与排放性；当汽车处于制动工况时，电机的再生制动可以提高能量利用率。

附图说明

图1为串联式混合动力汽车的驱动系统结构图；

图2为内燃机的万有特性曲线图；

图3为本发明驱动工况的能量管理控制策略流程图；

图4为本发明制动工况的能量管理控制策略流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步详细的说明：

一种串联式混合动力汽车的驱动系统，具体的如图1所示，该系统包括内燃机、发电电机、功率变换器、驱动电机、传动装置、车轮、蓄电池。

本发明的一种串联式混合动力汽车能量管理控制方法，设汽车需求功率为P_req，内燃机在最佳功率曲线A点时的功率为P_A，内燃机在最佳功率曲线B点时的功率为P_B，内燃机最佳功率曲线是内燃机负荷功率为90％时得到的，A点对应的功率值为内燃机负荷率为90％时驱动电机的额定功率值，B点对应的功率值为内燃机负荷率为90％时的内燃机功率的最大值与驱动电机额定功率值的差值，soc_low是蓄电池低荷电状态值，soc_high是蓄电池高荷电状态值，P_e为内燃机功率，P_bat为蓄电池功率，P_bra为汽车制动功率，P_m为驱动电机制动功率，P_m-max为驱动电机最大制动功率，P_f为机械制动功率。为了分析方便，忽略了能量流动中的功率损失。内燃机的最佳功率曲线即最佳节气门开度功率曲线，最佳功率曲线的燃油经济性比较好，内燃机最大功率曲线即最大节气门开度功率曲线，A点与B点位于最佳功率曲线上，A点位于B点下方，A点的功率小于B点的功率，具体的如图2所示。该方法包括以下步骤：

1、驱动工况：

(1)当汽车行驶所需牵引功率小于内燃机工作在A点所发出的功率，即P_req<P_A时，包括以下情况，具体的如图3所示：

①如果蓄电池为低荷电状态，即soc<soc_low时，内燃机工作在A点足以提供汽车行驶所需牵引功率，但由于此时蓄电池为低荷电状态，为了更快的为蓄电池充电，因而令内燃机工作在B点，此时内燃机一部分功率用于驱动汽车行驶，一部分用于为蓄电池充电，此时P_e＝P_B，P_bat＝P_req－P_B，蓄电池发出负功率进行充电。

②如果蓄电池为中荷电状态，即soc_low≤soc≤soc_high，此时蓄电池不缺电，也就不需要较大的功率为蓄电池充电。如果为蓄电池提供较大的充电功率反而会造成过多的能量损耗，因为内燃机的机械功率不可能百分百转化为蓄电池的化学能，其中有一部分要损失掉，所以越是大功率为蓄电池充电，损失的能量就越多。因此此时内燃机工作在A点，而不是B点，P_e＝P_A；P_bat＝P_req－P_A，内燃机仍旧一部分功率用于驱动汽车行驶，一部分功率为蓄电池充电。

③如果蓄电池为高荷电状态，即soc>soc_high，此时汽车所需的牵引功率并不大，因而关闭内燃机，P_e＝0，P_bat＝P_req，蓄电池发出正功率进行放电，汽车所需牵引功率完全由蓄电池提供。

(2)当汽车行驶所需牵引功率介于内燃机工作在A点与B点之间所发出的功率，即P_A≤P_req≤P_B时，包括以下情况：

①如果蓄电池为低荷电状态，即soc<soc_low时，内燃机工作在B点，P_e＝P_B；P_bat＝P_req－P_B，蓄电池发出负功率进行充电。

②如果蓄电池为中荷电状态，即soc_low≤soc≤soc_high，内燃机工作在最佳功率曲线的A点与B点之间，P_e＝P_req；P_bat＝0，完全由内燃机提供汽车所需功率，蓄电池不充电不放电。

③如果蓄电池为高荷电状态，即soc>soc_high，内燃机仍旧工作在最佳功率曲线的A点与B点之间，P_e＝P_req；P_bat＝0，蓄电池不充电不放电。

(3)当汽车行驶所需牵引功率大于内燃机工作在B点所发出的功率，即P_req>P_B时，包括以下情况：

①如果蓄电池为低荷电状态，即soc<soc_low时，内燃机工作点从B点沿最佳功率曲线向上移动直至产生汽车所需功率为止，完全由内燃机提供汽车所需功率，P_e＝P_req；P_bat＝0，蓄电池不充电不放电。

②如果蓄电池为中荷电状态，即soc_low≤soc≤soc_high，内燃机工作在B点，P_e＝P_B；P_bat＝P_req－P_B，蓄电池提供剩余功率，发出正功率进行放电，内燃机与蓄电池共同驱动汽车行驶。

③如果蓄电池为高荷电状态，即soc>soc_high，内燃机工作在B点，P_e＝P_B；P_bat＝P_req－P_B，蓄电池提供剩余功率，发出正功率进行放电，内燃机与蓄电池共同驱动汽车行驶。

2、制动工况：

(1)当制动功率小于或等于驱动电机最大制动功率，即P_bra≤P_m-max时，包括以下情况，具体的如图4所示：

①如果蓄电池未满电，则进行纯电机制动，P_m＝P_bra，P_f＝0。

②如果蓄电池满电，则进行纯机械制动，P_m＝0，P_f＝P_bra。

(2)当制动功率大于驱动电机最大制动功率，即P_bra>P_m-max时，包括以下情况：

①如果蓄电池未满电，则进行混合制动，驱动电机产生最大制动功率，剩余制动功率由机械制动补充，P_m＝P_m-max，P_f＝P_bra－P_m-max。

②如果蓄电池满电，则进行纯机械制动，P_m＝0，P_f＝P_bra。

本发明还提供了一种串联式混合动力汽车能量管理控制装置，该装置包括驱动工况下的设置单元和判断单元，其中设置单元用于在内燃机最佳功率曲线上选取A点与B点，并设置内燃机在A点时的功率值、B点时的功率值、汽车需求功率值、蓄电池低电荷状态值、蓄电池高电荷状态值；判断单元用于汽车驱动时根据需求功率大小、蓄电池荷电状态高低的不同制定不同的工作模式；还包括在制动工况下，用于设置汽车制动功率P_bra、驱动电机最大制动功率P_m-max，根据汽车制动功率和驱动电机最大制动功率，制定不同工作模式的单元。

上述装置，实际上是一种软件构架，其中的各单元是与上述方法相对应的进程或程序。因此，不再对该装置进行详细说明。

上述装置作为一种程序，在整车驱动系统中运行，当汽车处于驱动工况时，可以将内燃机的工作点限定在最佳功率曲线上A点与B点之间，进而提高整车的燃油经济性与排放性；当汽车处于制动工况时，电机的再生制动可以提高能量利用率。

Claims

1.一种串联式混合动力汽车能量管理控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)在驱动工况下，在内燃机最佳功率曲线上选取A点与B点，并设置内燃机在A点时的功率为P_A，所述A点对应的功率值为内燃机负荷率为90％时驱动电机的额定功率值，B点时的功率为P_B，所述B点对应的功率值为内燃机负荷率为90％时的内燃机功率的最大值与驱动电机额定功率值的差值，汽车需求功率为P_req、蓄电池低电荷状态为soc_low、蓄电池高电荷状态为soc_high；

2.根据权利要求1所述的串联式混合动力汽车能量管理控制方法，其特征在于，还包括在制动工况下，设置了汽车制动功率P_bra、驱动电机最大制动功率P_m-max，当汽车制动功率小于等于驱动电机最大制动功率时，如果蓄电池未满电，则进行纯电机制动；如果蓄电池满电，则进行纯机械制动；当汽车制动功率大于驱动电机最大制动功率时，如果蓄电池未满电，则进行混合制动，驱动电机产生最大制动功率，剩余制动功率由机械制动补充；如果蓄电池满电，则进行纯机械制动。

3.一种串联式混合动力汽车能量管理控制装置，其特征在于，该装置包括：

设置单元：用于在驱动工况下，在内燃机最佳功率曲线上选取A点与B点，并设置内燃机在A点时的功率值为P_A，所述A点对应的功率值为内燃机负荷率为90％时驱动电机的额定功率值，B点时的功率为P_B，所述B点对应的功率值为内燃机负荷率为90％时的内燃机功率的最大值与驱动电机额定功率值的差值，汽车需求功率值为P_req、蓄电池低电荷状态值为soc_low、蓄电池高电荷状态值为soc_high；

4.根据权利要求3所述的串联式混合动力汽车能量管理控制装置，其特征在于，还包括在制动工况下，用于设置汽车制动功率P_bra、驱动电机最大制动功率P_m-max，当汽车制动功率小于等于驱动电机最大制动功率，如果蓄电池未满电，则进行纯电机制动；如果蓄电池满电，则进行纯机械制动；当汽车制动功率大于驱动电机最大制动功率，如果蓄电池未满电，则进行混合制动，驱动电机产生最大制动功率，剩余制动功率由机械制动补充；如果蓄电池满电，则进行纯机械制动的单元。