CN107813708A - 一种增程式电动汽车动力系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增程式电动汽车动力系统及控制方法。适用于将増程器作为第二动力源的纯电动汽车，本发明属于新能源汽车动力技术领域。本发明在传统的増程器动力系统结构上增加了由超级电容和DC/DC变换器构成的功率调节器。功率调节器能够提供和吸收瞬态功率，对动力电池起到缓冲保护的作用。控制系统根据车辆运行状态来控制功率调节器：车辆加速时，功率调节器能够提供高阶暂态功率分量，满足整车功率需求；车辆制动减速时，功率调节器能够吸收功率冲击分量，防止电池受到冲击，使动力电池一直工作在平滑、稳定状态，避免了动力电池频繁的充放电，提高了电池寿命。

Description

一种增程式电动汽车动力系统及其控制方法

技术领域

本发明属于新能源电动汽车技术领域，具体涉及一种增程式电动汽车动力系统及控制方法。

技术背景

面对日益严峻的气候和能源形势，电动汽车以其节能环保的巨大优势受到各国政府越来越多的重视。其中，增程式电动汽车作为纯电动汽车的过渡车型，以其效率高、电池容量小、续驶里程长等优点受到了广泛的关注。

增程式电动汽车工作在功率跟随模式时，车辆的主要能量来源于增程器。车辆运行过程中，随着行驶工况不断变化，整车的需求功率也在不断的变化。变化的需求功率通常包括一些混沌和高频暂态分量，由于发动机和发电机自身特性的限制，增程器几乎不可能准确的及时响应这些功率需求分量，此时需要动力电池响应功率需求中的高频暂态成分，起到增程器负荷调节的作用。但是，这样以来，动力电池处于频繁的充放电状态，还会受到高频暂态分量的冲击作用，动力电池的寿命就会降低，使用次数减少，整车成本也会提高。图1是锂电池循环寿命与放电深度关系图。

发明内容

本发明提供了一种增程式电动汽车动力系统功率调节器及其控制方法，用于解决现有电动汽车増程器功率不能完全跟随、动力电池寿命降低的问题。其结构如图2所示，由动力电池系统、功率调节器和増程器三部分构成，共同并联在直流母线上，具体结构特征如下：

(1)动力电池系统包括车载充电装置、电池管理系统和动力电池。车载充电器通过外部电源给电池充电，电池管理系统监控电池的健康状态和电荷状态，动力电池连接到直流母线上。

(2)増程器包括发动机、发动机ECU(电子控制单元)、ISG(汽车起动发电一体机)电机、ISG电机控制器。在本动力系统中，増程器的发动机选用小功率汽油发动机，ISG电机选用永磁同步电机，发动机去掉飞轮和ISG电机同轴刚性连接；ISG电机控制器既可以工作于逆变模式，控制电机拖动发动机启动，又可以工作于整流模式，控制电机发电。

(3)功率调节器包括超级电容和DC/DC变换器。超级电容和DC/DC变换器串联连接，接到直流母线上。功率调节器在动力系统中既可以提供瞬态功率满足功率跟随需求，又可以吸收瞬时大电流防止动力电池受冲击，起到功率阻尼调节作用。DC/DC变换器是超级电容与功率母线之间的一种周期性通断的开关控制装置，它的作用是改变供给超级电容的电压。可以使动力电池和超级电容的端电压不同，也可以通过功率变换器使动力电池的输出电流限定在安全可靠的范围。

本发明同时提供了一种增程式电动汽车动力系统控制方法，流程如图3所示。其特征在于：车辆开始处于纯电动行驶状态，当电池SOC下降到某限值时，动力电池停止供电，増程器启动，増程器按照功率跟随策略提供整车功率需求。控制系统根据车辆运行状态来控制功率调节器，功率调节器能实现3种控制方式：控制规则1，控制规则2，控制规则3；当车辆行驶结束后，増程器关闭。

功率调节器的3种控制方式：

(1)车辆加速、爬坡工况：当车辆加速爬坡前，超级电容的能量处于充盈状态，车辆行驶能量由増程器和功率调节器共同提供。増程器提供平均功率，功率调节器提供高频暂态瞬时功率。通过功率调节器的作用避免了动力电池大电流放电。

(2)车辆匀速行驶工况：当车辆正常匀速行驶时，整车需求功率稳定，没有瞬态分量，増程器可以完全跟随整车功率需求，功率调节器停止工作。

(3)下坡减速、制动工况：当车辆在制动前，超级电容有足够的空余容量，以接收突然制动所产生的再生制动能量中的高频分量。这样有效避免了大的冲击电流对电池的损害，起到缓冲保护作用。

本发明有如下有益效果：

本发明在传统的增程式电动汽车动力系统结构上增加了功率调节器，可以实现多工况下功率调节作用。当整车需求功率急速增加时，功率调节器替代电池来补充増程器功率差值；当车辆制动时，功率调节器能够先吸收电流，防止瞬态大电流对电池的冲击，使电池功率输出和吸收尽可能保持恒定或平滑。减少了电池的频繁充放电的工作状态，提高了动力电池的使用寿命。

附图说明

图1是锂电池循环寿命与电池放电深度关系图；

图2是本发明提供的增程式电动汽车动力系统结构示意图；

图3是本发明提供的增程式电动汽车动力系统控制方法流程图；

实施方案

结合附图和实施例对本发明进一步描述，本发明提供的增程式电动汽车动力系统及其控制方法如图2和图3所示。

图2示意了本发明实施例的组成结构。本实施例包含増程器、功率调节器、动力电池系统、直流母线、驱动电机控制器、驱动电机和车轮。

増程器包含发动机、发动机ECU、ISG电机、ISG电机控制器。发动机选用1.6L汽油发动机，ISG电机选用额定功率为30KW的永磁同步电机。ISG电机和发动机同轴刚性连接，増程器工作时，ISG电机先用作电动机拖动发动机启动，然后发动机驱动ISG电机发电，电流输送到直流母线。

功率调节器包含超级电容和DC/DC变换器，超级电容和DC/DC变换器串联连接，接到直流母线上。超级电容在车辆正常行驶时不工作，当车辆进行加速和上坡时，超级电容通过DC/DC变换器的控制提供瞬时大电流；当车辆制动时，超级电容通过DC/DC变换器的控制吸收瞬时大电流。DC/DC变换器是超级电容与功率母线之间的一种周期性通断的开关控制装置，它的作用是改变供给超级电容的电压，即当超级电容的电压低于母线电压时，DC/DC变换器通过工作电路抬升输出电压，使超级电容满足工作条件。同时，当超级电容的容量不足时，直流母线会向超级电容充电，经过DC/DC变换器的降压电路使得超级电容达到能量饱和状态。

超级电容的保有电量和保有空余容量是通过车载卫星地理导航系统获得当前车辆位置海拔高度，对比即将行驶路线上的最低和最高海拔点，计算势能差，并考虑车辆运行状态，依次为电容进行充放电操作，使电容保持适度的电量来满足下一行程的需求。

动力电池系统包含车载充电装置、电池管理系统和动力电池。

图3示意了本发明控制方法实施流程。

控制方法流程如下：

step1 车辆启动，动力电池单独供电，车辆以纯电动模式行驶。

step2 当电池SOC降到0.3时，动力电池停止供电，増程器启动，进入增程模式。

step3 増程器跟随整车功率需求，并维持动力电池SOC在0.3左右。

step4 根据车辆的实时运行状态，通过以下控制规则调节功率调节器：

控制规则1：当车辆急加速时，瞬时需求功率很大，功率调节器提供瞬时功率，和増程器一起满足整车功率需求。

控制规则2：当车辆匀速行驶时，整车功率变化不大，増程器能够完全跟随功率需求，动力电池和功率调节器都不工作。

控制规则3：当车辆减速制动时，产生再生制动能量。当制动能量瞬时电流很大时，功率调节器吸收瞬时大电流，其余稳态部分由动力电池吸收。

step5 行程结束，关闭増程器。

通过功率调节器的调节作用，不仅使増程器能够满足整车功率跟随，而且可以减少动力电池的频繁充放电次数,从而提高动力电池的使用寿命。

Claims (5)

1.一种增程式电动汽车动力系统，包括：动力电池系统，増程器和功率调节器。当前已有的增程式电动汽车动力系统主要包括动力电池系统和増程器，本发明与现有系统不同的是增加了功率调节器，由超级电容和DC/DC变换器构成。所有这些设备按照相应工况进行协调工作。

2.如权利要求1所述的一种增程式电动汽车动力系统，其特征是超级电容用来给车辆提供高阶瞬态功率补偿，同时也用来吸收车辆制动能量中的瞬态冲击。

3.如权利要求1所述的一种增程式电动汽车动力系统，其特征是DC/DC变换器用来调整线路电压，使动力电池和超级电容端电压不同，也可以通过功率变换器使动力电池的输出电流限定到安全可靠的范围。

4.一种增程式电动汽车动力系统的控制方法，其特征是：车辆开始纯电动行驶，当电池SOC下降到某限值时，动力电池停止供电，増程器启动，増程器按照功率跟随策略提供整车功率需求。功率调节器根据车辆实时工况，调整控制方式来补偿或吸收车辆高阶暂态能量。当车辆行驶结束后，増程器关闭。

5.如权利要求4所述的一种增程式电动汽车动力系统的控制方法，其特征是功率调节器根据车辆实时运行工况实现3种控制方式，分别为：

控制规则1：当车辆急加速时，瞬时需求功率很大，功率调节器提供瞬时功率，和増程器一起满足整车功率需求。

控制规则2：当车辆匀速行驶时，整车功率变化不大，増程器能够完全跟随功率需求，动力电池和功率调节器都不工作。

控制规则3：当车辆减速制动时，产生再生制动能量。当制动能量瞬时电流很大时，功率调节器吸收瞬时大电流，其余稳态部分由动力电池吸收。