CN106882081B - 基于瞬时能量消耗最小的双电机纯电动汽车能量管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于瞬时能量消耗最小的双电机纯电动汽车能量管理方法。首先，电动汽车启动阶段，让行星齿轮处于转矩耦合模式下进行启动；而后，当电动汽车行驶的过程中，计算在四种运行模式下各自所需功率，并比较得出四种模式下所需功率中的最小功率P_min；再而，判定计算出来的最小功率P_min是否大于当前模式下所需功率P_curren、行星齿轮模式改变的时间间隔小于设置的时间阈值，以及当前时刻电动汽车是否正处于急刹车阶段，进而判断电动汽车采用的运行模式。本发明能每时每刻的计算四种模式下电池所需功率，找出其瞬时能量消耗最小的那模式并与当前模式进行比较，因此具有比较好的实时性，能使汽车的能量消耗达到一个比较小的状态，从而提高汽车的行驶里程，实现节能减排和美化环境。

Description

基于瞬时能量消耗最小的双电机纯电动汽车能量管理方法

技术领域

本发明属于新能源汽车控制领域，尤其涉及一种基于瞬时能量消耗最小的双电机纯电动汽车能量管理方法。

背景技术

当前纯电动汽车研究的热点主要是集中在电动汽车的关键技术上，纯电动汽车的控制方法就是其中的一个很重要的部分。制定合理的控制方法，能够使能量得到最大限度的使用，有效的提高纯电动汽车的能源效率，从而来延长电动汽车的行驶里程数。

相比于传统的采用单台电机提供动力的方式，双电机不仅能提高电机的功率密度，均衡电机的质量，另外它方便总体布置，提高整车零部件布局的灵活性。双电机动力系统不仅能弥补单电机动力系统同时满足最高车速和加速性要求的缺点，而且还能够解决单电机动力系统只有通过增加电机体积才能提高电机功率的局限性。通过双电机多种运行模式的优化和切换，实现纯电动汽车在起步、加减速、上下坡等工况下的运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于瞬时能量消耗最小的双电机纯电动汽车能量管理方法，该方法能够减小双电机电动汽车的能量损耗，延长其行驶里程。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于瞬时能量消耗最小的双电机纯电动汽车能量管理方法，包括如下步骤，

S1：电动汽车启动阶段，让行星齿轮处于转矩耦合模式下进行启动；

S2：当电动汽车行驶的过程中，根据电动汽车在第一单电机模式、第二单电机模式、转矩耦合模式、转速耦合模式四种模式下的转矩T_req及转速n_req，再依据驱动电机效率图以及电池放电效率图来计算在四种模式下各自所需功率，并比较得出四种模式下所需功率中的最小功率P_min；

S3：判定计算出来的最小功率P_min是否大于当前模式下所需功率P_curren，当P_min＞P_curren，则返回当前模式，即继续保持电动汽车在转矩耦合模式行驶，否则执行步骤S4；

S4：若行星齿轮模式改变的时间间隔t_g小于设置的时间阈值T_s，则返回当前模式，即继续保持转矩耦合模式行驶，否则执行步骤S5；

S5：若在这时刻电动汽车正处于急刹车阶段，则返回当前模式，即继续保持转矩耦合模式行驶，否则设置所需功率中的最小功率P_min的模式为当前模式。

在本发明一实施例中，根据驱动电机效率图以及电池放电效率图，可得电动汽车在第一单电机模式、第二单电机模式、转矩耦合模式、转速耦合模式四种模式下各自所需功率计算公式如下：

依据上式可得，四种模式下所需功率中的最小功率P_min：

P_min＝min(P_sm1,P_sm2,P_tc,P_sc)

其中，P_sm1,P_sm2,P_tc,P_sc分别是电动汽车在第一单电机模式、第二单电机模式、转矩耦合模式、转速耦合模式下所需功率，P_m1、P_m2是第一单电机、第二单电机所需功率，η_{pg_sm1},η_{pg_sm2},η_{pg_tc},η_{pg_sc}是行星齿轮的传动效率，η_b是电池的放电效率。

在本发明一实施例中，在所述的步骤S2中，在计算瞬时能量消耗最小，即计算四种模式下所需功率中的最小功率P_min的约束条件如下：

所需的电机转矩以及转速不能超过电机的最大限值，并且电池所需的功率不能超过电池最大放电功率，即：

T_{m1_req}＜T_{m1_max}；n_{m1_req}＜n_{m1_max}；

T_{m2_req}＜T_{m2_max}；n_{m2_req}＜n_{m2_max}；

P_{bat_req}＜P_{bat_max}

其中，T_{m1_req}、n_{m1_req}是第一单电机所需的转矩与转速，T_{m1_max}、n_{m1_max}是第一单电机最大的转矩与转速；T_{m2_req}、n_{m2_req}是第二单电机所需的转矩与转速，T_{m2_max}、n_{m2_max}是第二单电机最大的转矩与转速；P_{bat_req}是电池所需功率，P_{bat_max}是电池最大放电功率。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明能每时每刻的计算四种模式下电池所需功率，找出其瞬时能量消耗最小的那模式并与当前模式进行比较，因此具有比较好的实时性，能使汽车的能量消耗达到一个比较小的状态，从而提高汽车的行驶里程，实现节能减排和美化环境。

附图说明

图1为驱动电机效率图，其中：x轴为电机的转矩值，y轴为电机的速度值，z轴则是代表电机效率值。

图2为动力电池放电效率图，其中：图x轴为电池SOC值，y轴为电池放电功率值，z轴为电池效率值。

图3单电机模式下电机需求功率计算流程图。

图4双电机转矩耦合模式下电机需求功率计算流程图。

图5双电机转速耦合模式下电机需求功率计算流程图。

图6为控制策略的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明的一种基于瞬时能量消耗最小的双电机纯电动汽车能量管理方法，包括如下步骤，

S1：电动汽车启动阶段，让行星齿轮处于转矩耦合模式下进行启动；

S2：当电动汽车行驶的过程中，根据电动汽车在第一单电机模式、第二单电机模式、转矩耦合模式、转速耦合模式四种模式下的转矩T_req及转速n_req，再依据驱动电机效率图以及电池放电效率图来计算在四种模式下各自所需功率，并比较得出四种模式下所需功率中的最小功率P_min；

S3：判定计算出来的最小功率P_min是否大于当前模式下所需功率P_curren，当P_min＞P_curren，则返回当前模式，即继续保持电动汽车在转矩耦合模式行驶，否则执行步骤S4；

S4：若行星齿轮模式改变的时间间隔t_g小于设置的时间阈值T_s，则返回当前模式，即继续保持转矩耦合模式行驶，否则执行步骤S5；

S5：若在这时刻电动汽车正处于急刹车阶段，则返回当前模式，即继续保持转矩耦合模式行驶，否则设置所需功率中的最小功率P_min的模式为当前模式。

根据驱动电机效率图以及电池放电效率图，可得电动汽车在第一单电机模式、第二单电机模式、转矩耦合模式、转速耦合模式四种模式下各自所需功率计算公式如下：

依据上式可得，四种模式下所需功率中的最小功率P_min：

P_min＝min(P_sm1,P_sm2,P_tc,P_sc)

其中，P_sm1,P_sm2,P_tc,P_sc分别是电动汽车在第一单电机模式、第二单电机模式、转矩耦合模式、转速耦合模式下所需功率，P_m1、P_m2是第一单电机、第二单电机所需功率，η_{pg_sm1},η_{pg_sm2},η_{pg_tc},η_{pg_sc}是行星齿轮的传动效率，η_b是电池的放电效率。

在所述的步骤S2中，在计算瞬时能量消耗最小，即计算四种模式下所需功率中的最小功率P_min的约束条件如下：

所需的电机转矩以及转速不能超过电机的最大限值，并且电池所需的功率不能超过电池最大放电功率，即：

T_{m1_req}＜T_{m1_max}；n_{m1_req}＜n_{m1_max}；

T_{m2_req}＜T_{m2_max}；n_{m2_req}＜n_{m2_max}；

P_{bat_req}＜P_{bat_max}

其中，T_{m1_req}、n_{m1_req}是第一单电机所需的转矩与转速，T_{m1_max}、n_{m1_max}是第一单电机最大的转矩与转速；T_{m2_req}、n_{m2_req}是第二单电机所需的转矩与转速，T_{m2_max}、n_{m2_max}是第二单电机最大的转矩与转速；P_{bat_req}是电池所需功率，P_{bat_max}是电池最大放电功率。

以下为本发明的具体实现过程。

本发明提供了一种基于瞬时能量消耗最小的双电机纯电动汽车能量管理方法，首先计算出在SM1(第一单电机模式)、SM2(第二单电机模式)、TC(转矩耦合模式)、SC(转速耦合模式)这四种模式下，电机所需要的转矩T_req以及转速n_req，其次根据图1、图3、图4、图5，计算出在各模式下电机驱动所需要的功率，也就是电池所需要的输出功率。最后再根据图2，计算出在四种模式下电池所需要的功率P_sm1,P_sm2,P_tc,P_sc，也就是它们各自的能量消耗量。除此之外，汽车的一些附件比如空调、灯光等也会必不可少的损耗一些能量，在这里将这部分消耗的能量记为P_s。控制策略的主要的目的就是计算出min(P_sm1,P_sm2,P_tc,P_sc)。

在本实施例中，如图6所示为本发明的控制策略的流程图，当车在停止状态时，行星齿轮是处于转矩耦合模式，以便提供大转矩来驱动汽车。

在本实施例中，如图3所示，要确定在单电机SM1、SM2模式下所需的电机的功率，首先计算电机SM1(SM2)在当前转速下所能提供的最大转矩T_max，再与需求转矩T_req进行比较，当大于需求转矩T_req时，则说明电机可以单独驱动，否则即结束。

在本实施例中，如图4所示，要确定在双电机TC(转矩耦合)模式下所需要的电机功率，首先要确定电机的需求转速n_req是否大于SM1、SM2的最大转速n_max，若大于则结束，否则计算在SM1和SM2当前转速下的最大转矩T_max，进而确定SM1、SM2的电功率，通过找当前模式下的最优工作点来确定TC模式下所需的最小电功率。

在本实施例中，如图5所示，要确定在双电机SC(转速耦合)模式下所需要的电机功率，首先要确定电机的需求转矩是否大于SM1、SM2的最大转矩T_max，若大于则结束，否则计算在SM1和SM2当前转矩下的最大转速n_max，进而确定SM1、SM2的电功率，通过找当前模式下的最优工作点来确定SC模式下所需的最小电功率。

在本实施例中，确定出在各模式下电机所需要的功率，再根据电池放电效率图，则所需电池的功率可通过如下方式获取：

其中，P_sm1,P_sm2,P_tc,P_sc分别是电动汽车在SM1、SM2、TC、SC模式下所需功率，P_m1、P_m2是M1(第一单电机)、M2(第二单电机)所需功率，η_{pg_sm1},η_{pg_sm2},η_{pg_tc},η_{pg_sc}是行星齿轮的传动效率，η_b是电池的放电效率。

在本实施例中，在计算瞬时能量消耗最小的时候，由于汽车附件如空调、灯等所消耗的能量是必不可少并且不可改变的，因此将这部分消耗的能量记为P_s。

在本实施例中，在计算能量消耗最小的时候有一些约束条件如下：

所需要的电机转矩以及转速不能超过电机的最大限值，并且电池所需要的功率不能超过电池最大放电功率。

即：

T_{m1_req}＜T_{m1_max}；n_{m1_req}＜n_{m1_max}；

T_{m2_req}＜T_{m2_max}；n_{m2_req}＜n_{m2_max}；

P_{bat_req}＜P_{bat_max}

其中，T_{m1_req}、n_{m1_req}是第一单电机所需的转矩与转速，T_{m1_max}、n_{m1_max}是第一单电机最大的转矩与转速；T_{m2_req}、n_{m2_req}是第二单电机所需的转矩与转速，T_{m2_max}、n_{m2_max}是第二单电机最大的转矩与转速；P_{bat_req}是电池所需功率，P_{bat_max}是电池最大放电功率。

进一步的，在本实施例中，如图3，模式改变的时间间隔t_g应该比设置的阈值T_s要大，如果模式改变的太频繁，机械磨损增大，并且在模式改变的过程中功率损耗加大。

进一步的，在本实施例中，如图3，当汽车处于急加速状态，模式不改变，目的是为了避免功率损耗。同时当汽车制动时，模式也不改变，其目的则是为了行驶安全性。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于瞬时能量消耗最小的双电机纯电动汽车能量管理方法，其特征在于：包括如下步骤，

S1：电动汽车启动阶段，让行星齿轮处于转矩耦合模式下进行启动；

S2：当电动汽车行驶的过程中，根据电动汽车在第一单电机模式、第二单电机模式、转矩耦合模式、转速耦合模式四种模式下的转矩T_req及转速n_req，再依据驱动电机效率图以及电池放电效率图来计算在四种模式下各自所需功率，并比较得出四种模式下所需功率中的最小功率P_min；

S3：判定计算出来的最小功率P_min是否大于当前模式下所需功率P_curren，当P_min＞P_curren，则返回当前模式，即继续保持电动汽车在转矩耦合模式行驶，否则执行步骤S4；

S4：若行星齿轮模式改变的时间间隔t_g小于设置的时间阈值T_s，则返回当前模式，即继续保持转矩耦合模式行驶，否则执行步骤S5；

S5：若在这时刻电动汽车正处于急刹车阶段，则返回当前模式，即继续保持转矩耦合模式行驶，否则设置所需功率中的最小功率P_min的模式为当前模式。

2.根据权利要求1所述的基于瞬时能量消耗最小的双电机纯电动汽车能量管理方法，其特征在于：在所述的步骤S2中，在计算瞬时能量消耗最小，即计算四种模式下所需功率中的最小功率P_min的约束条件如下：

所需的电机转矩以及转速不能超过电机的最大限值，并且电池所需的功率不能超过电池最大放电功率，即：

T_{m1_req}＜T_{m1_max}；n_{m1_req}＜n_{m1_max}；

T_{m2_req}＜T_{m2_max}；n_{m2_req}＜n_{m2_max}；

P_{bat_req}＜P_{bat_max}

其中，T_{m1_req}、n_{m1_req}是第一单电机所需的转矩与转速，T_{m1_max}、n_{m1_max}是第一单电机最大的转矩与转速；T_{m2_req}、n_{m2_req}是第二单电机所需的转矩与转速，T_{m2_max}、n_{m2_max}是第二单电机最大的转矩与转速；P_{bat_req}是电池所需功率，P_{bat_max}是电池最大放电功率。