CN106828144B - 一种混合动力汽车dc/dc控制方法 - Google Patents

一种混合动力汽车dc/dc控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种混合动力汽车DC/DC控制方法，步骤一、整车控制器检测动力电池端高压直流母线电流信号、12V蓄电池端低压直流母线电流信号和12V蓄电池端电压信号；步骤二、整车控制器判断动力电池充放电状态；步骤三、整车控制器估算12V蓄电池荷电状态；步骤四、整车控制器做出DC/DC开启/关闭判断；步骤五、整车控制器计算需求的DC/DC输出电压；步骤六、整车控制器将DC/DC开启/关闭命令信号和需求DC/DC输出电压命令信号发送给DC/DC，DC/DC执行整车控制器的命令；本方法消除了高压电能到低压电能转换过程的动力电池充放电损耗，能及时的开启DC/DC为蓄电池充电防止其馈电，减小了电能的传递损耗，提高了电能由高压到低压的转换效率，提高了节油率。

Description

一种混合动力汽车DC/DC控制方法
技术领域
本发明属于电动汽车领域，涉及一种混合动力汽车DC/DC控制方法。
背景技术
在环境污染、能源危机日益严重的今天，电动汽车特别是混合动力汽车已经成为汽车行业研究的热点。混合动力电动汽车普遍去除传统车辆的发电机，而采用DC/DC将高压电转换为低压电的方式为12V蓄电池和整车低压负载提供电能。
对于不可外接充电的混合动力汽车，或者进入电量平衡模式的可外接充电混合动力汽车，DC/DC的电能来源只有电机发电，但是电能传递路径有两种：第一种是电机所发电能直接传递到DC/DC；第二种是电机所发电能传递到动力电池并存储，动力电池放电时再传递到DC/DC输入端。减少第二种电能传递方式的时间，从而降低动力电池充放电能量损耗，提高高压电到低压电的能量转换效率，将直接影响到整车经济性。
以往专利中，专利CN201010103517.5公开了一种中度混合动力汽车DC/DC控制方法，DC/DC的开启关闭控制由车辆系统运行模式、动力电池SOC及DC/DC故障状态决定，输出电压等级由通过监测输出电流决定，输出电压只有14.5V和12V两个等级，无法降低动力电池充放电能量损耗，且不能合理利用蓄电池储存的低压电能；专利CN201310121615.5公开了一种混合动力汽车低压供电系统及其控制方法，其供电系统保留了低压发电机，控制方法侧重于低压发电机与DC/DC的协调供电，没有涉及到DC/DC的自动开启与关闭控制，以及DC/DC输出电压等级的控制。
现阶段，混合动力汽车电机所发电能到DC/DC的传递过程中，损耗最大的部分为动力电池充放电损耗，导致高压电到低压电的能量转换效率降低，不利于节油。
发明内容
本发明根据上述问题提出了一种混合动力汽车DC/DC控制方法，该方法能够最大限度避免电能传递过程中的动力电池充放电损耗，提高能量转换效率，达到节油目的，具有控制逻辑简单，实现方便，不需额外增加硬件的优势。
本发明的技术方案如下
一种混合动力汽车DC/DC控制方法，具体步骤如下：
步骤一、整车控制器检测动力电池端高压直流母线电流信号、12V蓄电池端低压直流母线电流信号和12V蓄电池端电压信号：
整车控制器通过第一霍尔电流传感器实时检测动力电池端高压直流母线的电流，第一霍尔电流传感器安装于高压直流母线动力电池端的正极处，要求电流由电机控制器流向动力电池作为正电流，电流由动力电池流向电机控制器或DC/DC作为负电流，整车控制器根据所使用的第一霍尔电流传感器的输出特性对其检测的电流进行解析；
整车控制器通过第二霍尔电流传感器实时检测12V蓄电池端低压直流母线的电流，第二霍尔电流传感器安装于低压直流母线12V蓄电池端的正极处，要求电流由DC/DC流向12V蓄电池作为正电流，电流由12V蓄电池流向整车低压负载为负电流，整车控制器根据所使用的第二霍尔电流传感器的输出特性对其检测的电流进行解析；
整车控制器通过霍尔电压传感器实时检测12V蓄电池端电压，霍尔电压传感器安装于低压直流母线的12V蓄电池端，整车控制器根据所使用的霍尔电压传感器的输出特性对其检测的电压进行解析；
步骤二、整车控制器判断动力电池充放电状态：
整车控制器进行动力电池的充放电状态判断，当解析的动力电池端高压直流母线的电流值为正时，动力电池处于充电状态，当解析的动力电池端高压直流母线的电流值为负时，动力电池处于放电状态，当解析的电流值为0时，动力电池处于不充不放状态，即：
其中iHighVoltage(t)为当前动力电池端高压直流母线的电流；
步骤三、整车控制器估算当前时刻12V蓄电池的荷电状态SOC：
车辆钥匙门On后，采用安时法对当前时刻12V蓄电池荷电状态SOC进行估算，估算方程为：
其中SOC0为初始时刻12V蓄电池的荷电状态，CN为12V蓄电池的额定容量，η为12V蓄电池的充放电效率，iLowVoltage为当前时刻12V蓄电池端低压直流母线的电流，SOC为当前时刻12V蓄电池的荷电状态；
初始时刻12V蓄电池的荷电状态SOC0计算：
车辆钥匙门Off时刻将估算的当前时刻12V蓄电池的荷电状态SOC进行存储，存储值为SOCstoraged1，如果钥匙门Off状态时间小于4个小时，SOC0等于SOCstoraged1；如果钥匙门Off状态时间超过4个小时，则每隔1小时对12V蓄电池端电压进行监测，并根据12V蓄电池端电压进行估算，将估算的当前时刻12V蓄电池的荷电状态SOC进行存储，存储值为SOCstoraged2，SOCstoraged2估算方程为：
其中VBO(t)为当前时刻12V蓄电池端电压，Va为充满时12V蓄电池端电压，Vb为充分放电时12V蓄电池端电压，则SOC0的估算方程为：
步骤四、整车控制器做出DC/DC开启/关闭判断：
12V蓄电池的可用荷电状态范围：允许最低荷电状态SOClow～允许最高荷电状态SOChigh，以及荷电状态最佳平衡点SOCequ；
车辆钥匙门On后，整车控制器对当前时刻12V蓄电池的荷电状态SOC进行判断，当当前时刻12V蓄电池的荷电状态SOC低于允许最低荷电状态，即SOC＜SOClow时，整车控制器(1)控制DC/DC开启；当当前时刻12V蓄电池的荷电状态SOC处于允许最低荷电状和允许最高荷电状之间，即SOClow≤SOC≤SOChigh时，整车控制器对动力电池的充放电状态进行判断，如果动力电池为充电状态，则整车控制器控制DC/DC开启，如果动力电池为放电状态，则整车控制器控制DC/DC关闭；当当前时刻12V蓄电池的荷电状态SOC高于允许最高荷电状态，即SOC＞SOChigh时，整车控制器控制DC/DC关闭；
步骤五、整车控制器计算需求的DC/DC的输出电压：
当整车控制器允许DC/DC开启时，整车控制器对当前时刻12V蓄电池的荷电状态SOC进行判断，如果12V蓄电池的荷电状态低于允许最低荷电状态，即SOC＜SOClow时，则整车控制器控制DC/DC的输出电压等于16V；当当前时刻12V蓄电池的荷电SOC状态处于允许最低荷电状和荷电状态最佳平衡点之间，即SOClow≤SOC≤SOCequ，则整车控制器控制DC/DC的输出电压等于14.5V；当当前时刻12V蓄电池的荷电状态SOC处于荷电状态最佳平衡点和允许最高荷电状态之间，即SOCequ＜SOC≤SOChigh时，则整车控制器控制DC/DC的输出电压等于12V；当当前时刻12V蓄电池的荷电状态SOC高于允许最高荷电状态，即SOC＞SOChigh，则整车控制器控制DC/DC的输出电等于0V；
步骤六、整车控制器将DC/DC开启/关闭命令信号和需求DC/DC输出电压命令信号发送给DC/DC，DC/DC执行整车控制器的命令。
通过以上发明内容的实施，当当前时刻12V蓄电池的荷电状态SOC大于等于允许最低荷电状态SOClow时完全消除了高压电能到低压电能转换过程的动力电池充放电损耗，当当前时刻12V蓄电池4的荷电状态SOC小于允许最低荷电状态SOClow时能及时的开启DC/DC为蓄电池充电防止其馈电。
在保证低压负载正常工作且12V蓄电池的电量平衡的前提下，最大限度的消除了电能经过动力电池的路径，减小了电能的传递损耗，提高了电能由高压到低压的转换效率，提高了节油率。
通过混合动力汽车动力总成台架测试及整车转毂测试，在NEDC循环工况下，采用本发明DC/DC控制方法与DC/DC常开并以14.5V恒压输出相比，节油率可提升1％～2％。
附图说明
图1是本发明所述的一种混合动力汽车DC/DC控制结构示意图。
图2是本方法中DC/DC开启/关闭和输出电压控制命令计算流程图。
图中：1.整车控制器，2.动力电池，3.高压直流母线，4.12V蓄电池，5.低压直流母线，6.第一霍尔电流传感器，7.电机控制器，8.DC/DC，9.第二霍尔电流传感器，10.整车低压负载，11.霍尔电压传感器，12.驱动/发电电机。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图1是本发明所述的一种混合动力汽车DC/DC控制结构示意图。如图1所示，本发明所述的一种混合动力汽车DC/DC控制结构包括驱动/发电电机12、电机控制器7、高压直流母线3、第一霍尔电流传感器6、动力电池2、DC/DC 8、整车低压负载10、低压直流母线5、12V蓄电池4、第二霍尔电流传感器9、霍尔电压传感器11、整车控制器1。
电机控制器7、动力电池2和DC/DC 8的高压端并联在高压直流母线3上。驱动/发电电机12既可以作为电动机用电，也可以作为发电机发电，电机控制器7可以将高压直流电和高压三相电互相转换。当驱动/发电电机12作为电动机用电时，电机控制器7将高压直流母线3端的高压直流电转换为驱动/发电电机12端的高压三相电；当驱动/发电电机12作为发电机发电时，电机控制器7将驱动/发电电机12端的高压三相电转换为高压直流母线3端的高压直流电。
DC/DC 8可以将高压直流母线3端的高压直流电转换为低压直流母线5端的低压直流电。
DC/DC 8的低压端、整车低压负载10和12V蓄电池4并联在低压直流母线5上。当DC/DC 8低压端输出电压高于12V蓄电池4的电压时，DC/DC 8输出的电能一部分用于整车低压负载10，一部分用于给12V蓄电池4充电；当DC/DC 8低压端输出电压低于12V蓄电池4的电压时，12V蓄电池4输出电能用于整车低压负载10。
第一霍尔电流传感器6安装于高压直流母线3动力电池2端的正极处，要求电流由电机控制器7流向动力电池2作为正电流，电流由动力电池2流向电机控制器7或DC/DC 8作为负电流。整车控制器1根据所使用的第一霍尔电流传感器6的输出特性对其检测的电流进行解析，得到动力电池2端高压直流母线3的电流。
第二霍尔电流传感器9安装于低压直流母线5的12V蓄电池端4的正极处，要求电流由DC/DC 8流向12V蓄电池4作为正电流，电流由12V蓄电池4流向整车低压负载10为负电流。整车控制器1根据所使用的第二霍尔电流传感器9的输出特性对其检测的电流进行解析，得到12V蓄电池4端低压直流母线5的电流。
霍尔电压传感器11安装于低压直流母线5的12V蓄电池4端，整车控制器1根据所使用的霍尔电压传感器11的输出特性对其检测的电压进行解析，得到12V蓄电池4端电压。
整车控制器1根据解析得到的动力电池2端高压直流母线3的电流、12V蓄电池4端低压直流母线5的电流、12V蓄电池4端电压进行如图2所示的计算，计算后输出DC/DC 8开启/关闭命令和需求DC/DC 8输出电压命令，DC/DC 8执行整车控制器1输出的DC/DC 8开启/关闭命令和需求DC/DC 8输出电压命令。
图2是本方法中DC/DC开启/关闭和输出电压控制命令流程图。下面结合图2详细描述DC/DC开启/关闭和输出电压控制命令的流程。
在步骤S201中判断车辆钥匙门位置，如果钥匙门处于off状态，则执行步骤S202,否则执行步骤S206。
在步骤S202中判断钥匙门off时间是否超过4小时，如果是则执行步骤S203，否则执行步骤S204。
在步骤S204中将钥匙门off时刻的当前时刻12V蓄电池4的荷电状态SOC作为步骤S207用到的SOC0进行存储。
在步骤S203中根据12V蓄电池4的端电压估算当前时刻的12V蓄电池4的荷电状态SOC，作为步骤S207用到的SOC0进行存储。根据12V蓄电池4的端电压估算当前时刻的12V蓄电池4的SOC的估算方程如下：
其中VBO(t)为当前时刻12V蓄电池4端电压，Va为充满时12V蓄电池4端电压，Vb为充分放电时12V蓄电池4端电压。
在步骤S205中进行计时，判断进入该步骤时间是否超过1小时，如果是则返回执行步骤S203，否则等待计时。
在步骤S206中判断整车高压上电是否完成，如果已经完成则进入步骤S207，否则进入步骤S212。
在步骤S207中根据12V蓄电池4端低压直流母线5的电流和步骤S204步骤S203中存储的SOC0估算当前时刻12V蓄电池4的荷电状态SOC，采用安时积分法进行估算，估算方程为：
其中SOC0为初始时刻12V蓄电池4的荷电状态，CN为12V蓄电池4的额定容量，η为12V蓄电池4的充放电效率，iLowVoltage为当前时刻12V蓄电池端4低压直流母线5的电流。
在步骤S207中根据动力电池2端高压直流母线3的电流判断动力电池2的充放电状态，计算公式如下：
其中iHighVoltage(t)为当前动力电池2端高压直流母线3的电流。
在步骤S208中判断当前时刻12V蓄电池4的荷电状态SOC是否大于等于允许最低荷电状态SOClow，即是否满足SOC≥SOClow，如果是则进入步骤S209，否则进入步骤S211。
在步骤S209中判断当前时刻12V蓄电池4的荷电状态SOC是否小于允许最高荷电状态SOChigh，即是否满足SOC＜SOChigh，如果是则进入步骤S210，否则进入步骤S212。
在步骤S210中判断动力电池2是否为放电状态，如果是则执行步骤S212，否则执行步骤S211。
在步骤S211中，HCU需求DC/DC 8开启。
在步骤S212中，HCU需求DC/DC 8关闭。
在步骤S213中，HCU将需求DC/DC 8开启/关闭命令输出。
在步骤S214中判断当前时刻12V蓄电池4的荷电状态SOC是否小于允许最低荷电状态SOClow，即是否满足SOC＜SOClow，如果是则进入步骤S215，否则进入步骤S216。
在步骤S215中，HCU需求DC/DC 8输出电压等于16V。
在步骤S216中判断当前时刻12V蓄电池4的荷电状态SOC是否小于荷电状态最佳平衡点SOCequ，即是否满足SOC＜SOCequ，如果是则进入步骤S217，否则进入步骤S218。
在步骤S217中，HCU需求DC/DC 8输出电压等于14.5V。
在步骤S218中判断当前时刻12V蓄电池4的荷电状态SOC是否小于允许最高荷电状态SOChigh，即是否满足SOC＜SOChigh，如果是则进入步骤S219，否则进入步骤S220。
在步骤S219中，HCU需求DC/DC 8输出电压等于12V。
在步骤S220中，HCU需求DC/DC 8输出电压等于0V。
在步骤S221中，HCU将需求DC/DC 8输出电压命令输出。

Claims (1)

1.一种混合动力汽车DC/DC控制方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一、整车控制器(1)检测动力电池(2)端高压直流母线(3)电流信号、12V蓄电池(4)端低压直流母线(5)电流信号和12V蓄电池端电压信号：
整车控制器(1)通过第一霍尔电流传感器(6)实时检测动力电池(2)端高压直流母线(3)的电流，第一霍尔电流传感器(6)安装于高压直流母线(3)动力电池端(2)的正极处，要求电流由电机控制器(7)流向动力电池(2)作为正电流，电流由动力电池(2)流向电机控制器(7)或DC/DC(8)作为负电流，整车控制器(1)根据所使用的第一霍尔电流传感器(6)的输出特性对其检测的电流进行解析；
整车控制器(1)通过第二霍尔电流传感器(9)实时检测12V蓄电池端(4)低压直流母线(5) 的电流，第二霍尔电流传感器(9)安装于低压直流母线(5)12V蓄电池端(4)的正极处，要求电流由DC/DC(8)流向12V蓄电池(4)作为正电流，电流由12V蓄电池(4)流向整车低压负载(10)为负电流，整车控制器(1)根据所使用的第二霍尔电流传感器(9)的输出特性对其检测的电流进行解析；
整车控制器(1)通过霍尔电压传感器(11)实时检测12V蓄电池(4)端电压，霍尔电压传感器(11)安装于低压直流母线(5)的12V蓄电池(4)端，整车控制器(1)根据所使用的霍尔电压传感器(11)的输出特性对其检测的电压进行解析；
步骤二、整车控制器(1)判断动力电池(2)充放电状态：
整车控制器(1)进行动力电池(2)的充放电状态判断，当解析的动力电池(2)端高压直流母线(3)的电流值为正时，动力电池(2)处于充电状态，当解析的动力电池(2)端高压直流母线(3)的电流值为负时，动力电池(2)处于放电状态，当解析的电流值为0时，动力电池(2)处于不充不放状态，即：
其中iHighVoltage(t)为当前动力电池(2)端高压直流母线(3)的电流；
步骤三、整车控制器(1)估算当前时刻12V蓄电池(4)的荷电状态SOC：
车辆钥匙门On后，采用安时法对当前时刻12V蓄电池荷电状态SOC进行估算，估算方程为：
其中SOC0为初始时刻12V蓄电池(4)的荷电状态，CN为12V蓄电池(4)的额定容量，η为12V蓄电池(4)的充放电效率，iLowVoltage为当前时刻12V蓄电池(4)端低压直流母线(5)的电流，SOC为当前时刻12V蓄电池(4)的荷电状态；
初始时刻12V蓄电池(4)的荷电状态SOC0计算：
车辆钥匙门Off时刻将估算的当前时刻12V蓄电池(4)的荷电状态SOC进行存储，存储值为SOCstoraged1，如果钥匙门Off状态时间小于4个小时，SOC0等于SOCstoraged1；如果钥匙门Off状态时间超过4个小时，则每隔1小时对12V蓄电池(4)端电压进行监测，并根据12V蓄电池(4)端电压进行估算，将估算的当前时刻12V蓄电池(4)的荷电状态SOC进行存储，存储值为SOCstoraged2，SOCstoraged2估算方程为：
其中VBO(t)为当前时刻12V蓄电池(4)端电压，Va为充满时12V蓄电池(4)端电压，Vb为充分放电时12V蓄电池(4)端电压，则SOC0的估算方程为：
步骤四、整车控制器(1)做出DC/DC(8)开启/关闭判断：
12V蓄电池(4)的可用荷电状态范围：允许最低荷电状态SOClow～允许最高荷电状态SOChigh，以及荷电状态最佳平衡点SOCequ；
车辆钥匙门On后，整车控制器(1)对当前时刻12V蓄电池(4)的荷电状态SOC进行判断，当当前时刻12V蓄电池(4)的荷电状态SOC低于允许最低荷电状态，即SOC＜SOClow时，整车控制器(1)控制DC/DC(8)开启；当当前时刻12V蓄电池(4)的荷电状态SOC处于允许最低荷电状和允许最高荷电状之间，即SOClow≤SOC≤SOChigh时，整车控制器(1)对动力电池(2)的充放电状态进行判断，如果动力电池(2)为充电状态，则整车控制器(1)控制DC/DC(8)开启，如果动力电池(2)为放电状态，则整车控制器(1)控制DC/DC(8)关闭；当当前时刻12V蓄电池(4)的荷电状态SOC高于允许最高荷电状态，即SOC＞SOChigh时，整车控制器(1)控制DC/DC(8)关闭；
步骤五、整车控制器(1)计算需求的DC/DC(8)的输出电压：
当整车控制器(1)允许DC/DC(8)开启时，整车控制器(1)对当前时刻12V蓄电池(4)的荷电状态SOC进行判断，如果12V蓄电池(4)的荷电状态低于允许最低荷电状态，即SOC＜SOClow时，则整车控制器(1)控制DC/DC(8)的输出电压等于16V；当当前时刻12V蓄电池(4)的荷电SOC状态处于允许最低荷电状和荷电状态最佳平衡点之间，即SOClow≤SOC≤SOCequ，则整车控制器(1)控制DC/DC(8)的输出电压等于14.5V；当当前时刻12V蓄电池(4)的荷电状态SOC处于荷电状态最佳平衡点和允许最高荷电状态之间，即SOCequ＜SOC≤SOChigh时，则整车控制器(1)控制DC/DC(8)的输出电压等于12V；当当前时刻12V蓄电池(4)的荷电状态SOC高于允许最高荷电状态，即SOC＞SOChigh，则整车控制器(1)控制DC/DC(8)的输出电等于0V；
步骤六、整车控制器(1)将DC/DC(8)开启/关闭命令信号和需求DC/DC(8)输出电压命令信号发送给DC/DC，DC/DC(8)执行整车控制器(1)的命令。
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