CN107097656B - 一种增程式纯电动汽车的动力系统及控制方法 - Google Patents

一种增程式纯电动汽车的动力系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于纯电动汽车技术领域，具体为一种增程式纯电动汽车的动力系统和动力控制方法，本发明提供了多种混合能源，纯电力驱动的动力系统，本系统能够根据汽车行驶情况智能为电池组充电，智能分配能源，以及对电池组进行养护。本发明提供的方案能够延长电动车的行驶里程，燃油效率，以及电池组的工作寿命。

Description

一种增程式纯电动汽车的动力系统及控制方法
技术领域
本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及一种增程式纯电动汽车的动力系统及控制方法。
背景技术
在未来国家和地方对新能源补贴减少的情况下，纯电动汽车具有以下明显优势。1、家用乘用车80％使用为上下班，接送孩子上学，城郊游，这个过程可全部使用纯电驱动，做到零排放。2、在未来充电设施完善的情况下，80％行程可以用动力电池和外插电源。3、城市物流车，物流距离一般不超过100km，在充电设施完善后的未来，几乎80％的行使过程使用外插电源充电。4、轻型客车，公司的通勤车，行使里程单程一般不大于100km，有足够的时间可以充电。5、中大型客车，如果用于通勤班车，可满足市内通勤。目前电动汽车受电池容量的限制，基本局限于短途，续航里程难以得到提高，因此，迫切需要开发这一种能够弥补由于电池容量限制而导致续驶里程短的电动汽车。
发明内容
本发明针对上述问题，提出了一种续航能力长，充电速度快，能够适应长途运行的增程式纯电动汽车的动力系统及控制方法。
具体方案：
一种增程式纯电动汽车的动力系统，所述系统包括：动力电池组(1)、发动机(4)、为所述发动机(4)提供燃料的燃料箱(2)、将发动机的动能转化为电能的发电机(5)、功率分配控制器(8)、以及驱动汽车行驶的驱动电机(6)，所述动力电池组(1)、所述发电机(5)和所述驱动电机(6)均与功率分配控制器(8)电连接，所述动力电池组(1)和发电机(5)提供的电力通过功率分配控制器(8)供应给驱动电机(6)；当动力电池组(1)的电量不足时，所述发动机(4)启动，带动发电机(5)发电，并将发电机(5)产生的电能给驱动电机供电，并给动力电池组(1)充电。
进一步的，所述系统还包括整车控制器(8)和发动机控制器(3)，所述动力电池组(1)、驱动电机(6)、发动机控制器(3)以及功率分配控制器(8)均通过CAN总线与所述整车控制器(8)连接，当所述整车控制器(8)检测到所述动力电池组(1)的电量不足时，开启发动机(4)，为驱动电机(6)提供电力，并监控驱动电机(6)的功耗，当所述功耗大于预定值时，采用第一充电模式为所述动力电池组(1)充电；当所述功耗不大于预定值时，采用第二充电模式为所述动力电池组(1)充电；所述第一充电模式为限流脉冲充电，所述第二充电模式为恒压充电。
进一步的，其特征在于，所述整车控制器(8)中预置有m个电压阈值，从第1个电压阈值到第m个电压阈值依次增高，所述整车控制器(8)根据所述动力电池组(1)的累计的充电次数从预置的电压阈值中从1至m依次循环选择其中一个阈值，作为判断电池组电量是否不足的电压阈值，当所述电池组(1)的平均电池电压低于所述电压阈值时，判断所述动力电池组(1)的电量不足。
进一步的，当所述整车控制器(8)选择第m个电压阈值时，启动对所述电池组的激活程序，所述激活程序包括以下步骤：
(1)限制所述驱动电机(6)的功耗，使其不大于预定值；
(2)对所述电池组中的单体电池进行放电，放电至过放电截止电压，所述过放电截止电压低于第1个电压阈值；
(3)将放电至过放电截止电压的电池组，在所述过放电截止电压附近进行正负交替脉冲电流循环3-10次，所述脉冲电流为0.1-0.2C，脉冲作用时间为10-60s，间隔0-20s；
(4)恒流充电至充电截止电压，在所述充电截止电压附近进行正负交替脉冲电流循环3-10次，所述脉冲电流为0.1-0.2C，脉冲作用时间为10-60s，间隔0-20s。
进一步的，所述燃料箱(2)内的燃料可以为汽油，柴油，天然气、醇醚或其组合。
进一步的，所述动力电池组(1)上设置有两个外插充电口，两个外插充电口分别用来连接380V快速充电桩或者利用车载充电机在220V普通电源充电。
进一步的，所述系统具有太阳能电池板(11)，所述太阳能板(11)与所述功率分配控制器(8)电连接；当所述汽车运行时，所述太阳能电池板(11)为所述驱动电机(6)提供辅助电力；当所述汽车停止或怠速时，所述太阳能电池板(11)为动力电池组(1)充电。
一种上述的增程式纯电动汽车的动力系统的控制方法，包括：
当动力电池组(1)的电量充足时，发动机(4)不工作，采用动力电池组(1)给所述汽车提供动力；
当动力电池组(1)的电量不足时，整车控制器(8)发送指令给发动机控制器(3)，使发动机(4)运行带动发电机(5)发电，发电机(5)产生的电能给动力电池组(1)发电，为驱动电机供电，并为动力电池组(1)充电。
进一步的，所述系统具有太阳能电池板(11)，所述太阳能板(11)与所述功率分配控制器(8)电连接；当所述汽车运行时，所述太阳能电池板(11)为所述驱动电机(6)提供辅助电力；当所述汽车停止或怠速时，所述太阳能电池板(11)为动力电池组(1)充电。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、避免为了提高续驶里程，而增加电池容量而导致的电池重量与整车重量占比过大。
2、电气混合动力汽车或电油混合动力汽车需要两套驱动系统，而本发明的纯电动汽车只需要一套驱动系统即可，节省了汽车的生产成本，减轻了电动汽车的整体重量；
3、使用发动机带动发电机发电，通过功率分配控制器为汽车供电和为动力电池组充电，能够控制发动机始终处于恒功率运行，提高燃油的利用效率。
4、监控车辆功率需求，根据功率需求确定对电池的充电模式；限流脉冲充电模式在防止电池组出现过放点的情况下优先保证行车里程；恒压充电模式在电池组电量低时具有较高的充电速度，迅速为电池组恢复电量，而后充电速度随着电池组电压升高而降低，合理分配能源，同时保证发动机的恒功率运行。
5、对于电池开始充电的阈值电压设定若干个不同的数值，避免电池始终在同一个阈值电压开始充电，防止电池产生记忆效应。
6、经过预定个数的循环周期，启动对电池的激活模式，消除极化延长电池的使用寿命。
7、激活模式中，通过在过放电电位下脉冲循环，从而将不可逆嵌入负极的锂(部分SEI膜中的锂)激活，将部分SEI膜中的锂盐溶解，使其能够重新进入电池的充放电循环中，恢复电池容量；并且在充电截止电压附近脉冲循环，从而重新形成稳定的SEI膜，提高电池的循环寿命；
8、使用太阳能板，充分利用自然能量，根据车辆行驶情况智能分配电量；优先采用太阳能电池板给动力电池组充电，减小发动机通过燃烧燃料发电的时间，以减少污染气体的排放。
9、在汽车的顶棚设置太阳能电池板，在夏天太阳能电池板将吸收的热量用来发电的同时降低了车内被晒导致的温度升高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例1的增程式纯电动汽车的动力系统的示意图；
图2是本发明实施例2的增程式纯电动汽车的动力系统的示意图。
其中：1、动力电池组，2、燃料箱，3、发动机控制器，4、发动机，5、发电机，6、驱动电机，7、功率分配控制器，8、整车控制器，9、充电装置，10、太阳能电池控制器，11、太阳能电池板。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1所示的增程式纯电动汽车的动力系统，所述系统包括：动力电池组(1)、发动机(4)、为所述发动机(4)提供燃料的燃料箱(2)、将发动机的动能转化为电能的发电机(5)、功率分配控制器(8)、驱动汽车行驶的驱动电机(6)、整车控制器(8)和发动机控制器(3)；所述燃料箱(2)内的燃料为汽油。所述动力电池组(1)上设置有两个外插充电口，分别用来连接380V快速充电站和220V普通电源。所述动力电池组采用的单体电池为钛酸锂电池。
所述动力电池组(1)、所述发电机(5)和所述驱动电机(6)均与功率分配控制器(8)电连接，所述动力电池组(1)和发电机(5)提供的电力通过功率分配控制器(8)供应给驱动电机(6)；所述动力电池组(1)、驱动电机(6)、发动机控制器(3)以及功率分配控制器(8)均通过CAN总线与所述整车控制器(8)连接。
所述整车控制器(8)中预置有5个电压阈值，从第1个电压阈值到第5个电压阈值依次增高，所述整车控制器(8)根据所述动力电池组(1)的累计的充电次数从预置的电压阈值中从1至5依次循环选择其中一个阈值，作为判断电池组电量是否不足的电压阈值，当所述电池组(1)的平均电池电压低于所述电压阈值时，判断所述动力电池组(1)的电量为不足。
当所述整车控制器(8)检测到所述动力电池组(1)的电量不足时，开启发动机(4)，为驱动电机(6)提供电力，并监控驱动电机(6)的功耗，当所述功耗大于预定值时，采用第一充电模式为所述动力电池组(1)充电；当所述功耗不大于预定值时，采用第二充电模式为所述动力电池组(1)充电；所述第一充电模式为限流脉冲充电，所述第二充电模式为恒压充电；所述预定值根据实际发动机的功率以及发电机的效率确定。
当所述整车控制器(8)选择所述第5个电压阈值时，启动对所述电池组的激活程序，所述激活程序包括以下步骤：
(1)控制所述驱动电机(6)的功耗，使其不大于预定值；
(2)对所述电池组中的单体电池进行放电，放电至过放电截止电压，所述过放电截止电压低于第1个电压阈值；
(3)将放电至过放电截止电压的电池组，在所述过放电截止电压附近进行正负交替脉冲电流循环3次，所述脉冲电流为0.1C，脉冲作用时间为10s，间隔0s；
(4)恒流充电至充电截止电压，在所述充电截止电压附近进行正负交替脉冲电流循环3次，所述脉冲电流为0.1C，脉冲作用时间为10s，间隔0s。
实施例2
实施例2在实施例1的基础上还增加了太阳能电池板(12)，设置在纯电动汽车的顶棚上；
所述激活过程中的步骤3)、4)为：
(3)将放电至过放电截止电压的电池组，在所述过放电截止电压附近进行正负交替脉冲电流循环10次，所述脉冲电流为0.2C，脉冲作用时间为60s，间隔20s；
(4)恒流充电至充电截止电压，在所述充电截止电压附近进行正负交替脉冲电流循环10次，所述脉冲电流为0.2C，脉冲作用时间为60s，间隔20s。
应当理解，以上所描述的具体实施案例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种增程式纯电动汽车的动力系统，其特征在于，所述系统包括：动力电池组(1)、发动机(4)、为所述发动机(4)提供燃料的燃料箱(2)、将发动机的动能转化为电能的发电机(5)、功率分配控制器(7)、以及驱动汽车行驶的驱动电机(6)，所述动力电池组(1)、所述发电机(5)和所述驱动电机(6)均与功率分配控制器(7)电连接，所述动力电池组(1)和发电机(5)提供的电力通过功率分配控制器(7)供应给驱动电机(6)；当动力电池组(1)的电量不足时，所述发动机(4)启动，带动发电机(5)发电，并将发电机(5)产生的电能给驱动电机供电，并给动力电池组(1)充电；所述系统还包括整车控制器(8)和发动机控制器(3)，所述动力电池组(1)、驱动电机(6)、发动机控制器(3)以及功率分配控制器(7)均通过CAN总线与所述整车控制器(8)连接，所述整车控制器(8)中预置有m个电压阈值，从第1个电压阈值到第m个电压阈值依次增高，所述整车控制器(8)根据所述动力电池组(1)的累计的充电次数从预置的电压阈值中从1至m依次循环选择其中一个阈值，作为判断电池组电量是否不足的电压阈值，当所述电池组(1)的平均电池电压低于所述电压阈值时，判断所述动力电池组(1)的电量不足；当所述整车控制器(8)检测到所述动力电池组(1)的电量不足时，开启发动机(4)，为驱动电机(6)提供电力，并监控驱动电机(6)的功耗，当所述功耗大于预定值时，采用第一充电模式为所述动力电池组(1)充电；当所述功耗不大于预定值时，采用第二充电模式为所述动力电池组(1)充电；所述第一充电模式为限流脉冲充电，所述第二充电模式为恒压充电；当所述整车控制器(8)选择第m个电压阈值时，启动对所述电池组的激活程序，所述激活程序包括以下步骤：
(1)限制所述驱动电机(6)的功耗，使其不大于预定值；
(2)对所述电池组中的单体电池进行放电，放电至过放电截止电压，所述过放电截止电压低于第1个电压阈值；
(3)将放电至过放电截止电压的电池组，在所述过放电截止电压附近进行正负交替脉冲电流循环；循环3-10次，所述脉冲电流为0.1-0.2C，脉冲作用时间为10-60s，间隔0-20s；
(4)恒流充电至充电截止电压，在所述充电截止电压附近进行正负交替脉冲电流循环；循环3-10次，所述脉冲电流为0.1-0.2C，脉冲作用时间为10-60s，间隔0-20s。
2.根据权利要求1所述的增程式纯电动汽车的动力系统，所述燃料箱(2)内的燃料为汽油，柴油，天然气、醇醚或其组合。
3.根据权利要求1所述的增程式纯电动汽车的动力系统，所述动力电池组(1)上设置有两个外插充电口，两个外插充电口分别用来连接380V快速充电桩或者利用车载充电机在220V普通电源充电。
4.根据权利要求1所述的增程式纯电动汽车的动力系统，所述系统具有太阳能电池板(11)，所述太阳能板(11)与所述功率分配控制器(7)电连接；当所述汽车运行时，所述太阳能电池板(11)为所述驱动电机(6)提供辅助电力；当所述汽车停止或怠速时，所述太阳能电池板(11)为动力电池组(1)充电。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的增程式纯电动汽车的动力系统的控制方法，其特征在于，
当动力电池组(1)的电量充足时，发动机(4)不工作，采用动力电池组(1)给所述汽车提供动力；
当动力电池组(1)的电量不足时，整车控制器(8)发送指令给发动机控制器(3)，使发动机(4)运行带动发电机(5)发电，发电机(5)产生的电能给动力电池组(1)发电，为驱动电机供电，并为动力电池组(1)充电。
6.根据权利要求5所述的控制方法，所述系统具有太阳能电池板(11)，所述太阳能板(11)与所述功率分配控制器(7)电连接；当所述汽车运行时，所述太阳能电池板(11)为所述驱动电机(6)提供辅助电力；当所述汽车停止或怠速时，所述太阳能电池板(11)为动力电池组(1)充电。
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