CN108569276B - 以无线充电为辅助动力单元的串联混合动力汽车控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以无线充电为辅助动力单元的串联混合动力汽车控制方法，属于新能源汽车领域及电力电子系统控制技术领域。本发明方法在控制周期的开始时刻，对串联混合动力汽车工作状态进行判断，并根据判断结果，使串联混合动力汽车进入制动能量回收模式、纯电动驱动模式、停车充电模式和联合工作模式，实现对串联混合动力汽车的控制。本发明首次将动态无线充电系统与串联混合动力的能量管理策略结合，利用简单有效的能量管理策略，明显改善系统整体效率，同时减少动力电池深度充放电，提高动力电池寿命。

Description

以无线充电为辅助动力单元的串联混合动力汽车控制方法
技术领域
本发明涉及一种以无线充电为辅助动力单元的串联混合动力汽车控制方法，尤其涉及一种以动态无线充电为辅助动力单元的串联混合动力汽车控制方法，属于新能源汽车领域及电力电子系统控制技术领域。
背景技术
汽车的串联混合动力是指系统中为车辆提供驱动力的通路只有驱动电机一条，没有分支。在已有串联混合动力技术中，驱动电机前的发电单元，即辅助动力单元(auxiliarypower unit,以下简称APU)可以是燃油发动机+发电机的组合，或燃料电池发动机等。串联混合动力构型可以实现发动机到车轮间完全的机械解耦，从而使发动机不受道路情况影响保持高效率运行。另外，串联混合动力构型还具有制动能量回收等多种工作模式，有效提高汽车整体行驶效率，因而成为新能源汽车领域的一种重要技术。
汽车无线充电技术是指不借助导线，利用电磁感应原理或者其他相关交流感应技术，为汽车动力电池传动电能。无线充电所具有的使用便利性、充电安全性、车-网电能传输灵活性、无人驾驶电动车辆适用性等独特优点，使得无线充电技术具有较为广阔的发展空间。汽车无线充电的应用可分为静态无线充电和动态无线充电两种。后者是指在汽车道路行驶过程中为汽车提供电能，从另一个角度也可以看作驱动电机前的发电单元，即一种APU。
发明内容
本发明的目的是提出将动态无线充电技术与串联混合动力技术结合，将动态无线充电系统作为APU，并提出一系列适用于该系统的能量管理策略，从而满足汽车行驶过程中的需求功率，并提高系统整体效率。
本发明提出的以无线充电为辅助动力单元的串联混合动力汽车控制方法，包括以下步骤：
(1)设定一个控制周期T；
(2)在控制周期T的开始时刻，对串联混合动力汽车的驱动电机的状态进行判断，若串联混合动力汽车的驱动电机为制动状态，则启动制动能量回收模式，驱动电机回收制动能量，并将回收的电能对串联混合动力汽车的动力电池进行充电，使驱动电机的制动功率PM_Brake与动力电池的充电功率PBat_Charge相等，维持制动能量回收模式，直到控制周期T的结束时刻，若串联混合动力汽车的驱动电机为驱动状态，则进入步骤(3)；
(3)串联混合动力汽车的无线充电由无线充电系统完成，无线充电系统由地面无线能量发射系统和车载无线能量接收系统组成，对无线充电系统中的地面无线能量发射系统进行判断，若车辆行驶的道路上不存在地面无线能量发射系统，则启动纯电动驱动模式，使无线充电系统停机，车辆驱动能量由动力电池提供，使电机需求功率PM与动力电池的放电功率PBat_Discharge相等，维持纯电动驱动模式，直到控制周期T的结束时刻，若车辆行驶的道路上存在地面无线能量发射系统，则进入步骤(4)；
(4)对串联混合动力汽车的运行状态进行判断，若串联混合动力汽车处于停车状态，则启动停车充电模式，无线充电系统为串联混合动力汽车的动力电池充电，使无线充电系统的可供给功率PAPU与动力电池的充电功率PBat_Charge相等，维持停车充电模式，直到控制周期T的结束时刻，若串联混合动力汽车处于行驶状态，则进入步骤(5)；
(5)通过串联混合动力汽车的整车控制与通讯模块获取串联混合动力汽车的驱动电机的需求功率PM和无线充电系统可供给功率PAPU，对PM和PAPU进行判断，若PM>PAPU，则启动第一种联合工作模式，使动力电池放电，以使电机需求功率PM与APU系统可供给功率PAPU和动力电池放电功率PBat_Discharge之和相等，维持第一种联合工作模式，直到控制周期T的结束时刻，若PM<PAPU，则启动第二种联合工作模式，使动力电池处于充电状态，以使无线充电系统的可供给功率PAPU和电机需求功率PM的差与动力电池充电功率PBat_Charge相等，维持第二种联合工作模式模式，直到控制周期T的结束时刻，若PM＝PAPU，则启动第三种联合工作模式，使动力电池停止充放电，以使驱动电机需求功率PM与无线充电系统可供给功率PAPU相等，维持第三种联合工作模式模式，直到控制周期T的结束时刻；
(6)在一个控制周期T的结束时刻，返回上述步骤(2),开始下一个控制周期T。
本发明提出的以无线充电为辅助动力单元的串联混合动力汽车控制方法，其优点是：
本发明首次将动态无线充电系统与串联混合动力的能量管理策略结合，在不改变具有动态无线充电功能汽车结构的前提下，利用简单有效的能量管理策略，明显改善系统整体效率，同时可以减少动力电池深度充放电，提高动力电池寿命。
附图说明
图1是本发明提出的以无线充电为辅助动力单元的串联混合动力汽车控制方法的流程框图。
图2是本发明方法中涉及的以动态无线充电系统作为APU的串联混合动力系统的结构框图。
图3是以动态无线充电系统作为APU的串联混合动力系统的详细结构图。
图4是串联混合动力汽车的制动能量回收模式示意图。
图5是串联混合动力汽车的纯电动驱动模式示意图。
图6是串联混合动力汽车的停车充电模式示意图。
图7是串联混合动力汽车的第一种联合工作模式示意图。
图8是串联混合动力汽车的第二种联合工作模式示意图。
图9是串联混合动力汽车的第三种联合工作模式示意图。
具体实施方式
本发明提出的以无线充电为辅助动力单元的串联混合动力汽车控制方法，其流程框图如图1所示，包括以下步骤：
本发明的以无线充电为辅助动力单元的串联混合动力汽车，其结构框图如图2所示，其中的无线充电由无线充电系统完成，无线充电系统由地面无线能量发射系统和车载无线能量接收系统组成，如图3中所示，其中的地面无线能量发射系统存在于车辆行驶的道路上。
(1)设定一个控制周期T；
(2)在控制周期T的开始时刻，对串联混合动力汽车的驱动电机的状态进行判断，若串联混合动力汽车的驱动电机为制动状态，则启动制动能量回收模式，如图4所示，驱动电机回收制动能量，并将回收的电能对串联混合动力汽车的动力电池进行充电，使驱动电机的制动功率PM_Brake与动力电池的充电功率PBat_Charge相等，维持制动能量回收模式，直到控制周期T的结束时刻，若串联混合动力汽车的驱动电机为驱动状态，则进入步骤(3)；
(3)串联混合动力汽车的无线充电由无线充电系统完成，无线充电系统由地面无线能量发射系统和车载无线能量接收系统组成，对无线充电系统中的地面无线能量发射系统进行判断，若车辆行驶的道路上不存在地面无线能量发射系统，则启动纯电动驱动模式，如图5所示，使无线充电系统停机，车辆驱动能量由动力电池提供，使电机需求功率PM与动力电池的放电功率PBat_Discharge相等，维持纯电动驱动模式，直到控制周期T的结束时刻，若车辆行驶的道路上存在地面无线能量发射系统，则进入步骤(4)；
(4)对串联混合动力汽车的运行状态进行判断，若串联混合动力汽车处于停车状态，则启动停车充电模式，如图6所示，无线充电系统为串联混合动力汽车的动力电池充电，使无线充电系统的可供给功率PAPU与动力电池的充电功率PBat_Charge相等，维持停车充电模式，直到控制周期T的结束时刻，若串联混合动力汽车处于行驶状态，则进入步骤(5)；
(5)通过串联混合动力汽车的整车控制与通讯模块(如图3所示)获取串联混合动力汽车的驱动电机的需求功率PM和无线充电系统可供给功率PAPU，对PM和PAPU进行判断，若PM>PAPU，则启动第一种联合工作模式，如图7所示，使动力电池放电，以使电机需求功率PM与APU系统可供给功率PAPU和动力电池放电功率PBat_Discharge之和相等，维持第一种联合工作模式模式，直到控制周期T的结束时刻，若PM<PAPU，则启动第二种联合工作模式，如图8所示，使动力电池处于充电状态，以使无线充电系统的可供给功率PAPU和电机需求功率PM的差与动力电池充电功率PBat_Charge相等，维持第二种联合工作模式模式，直到控制周期T的结束时刻，若PM＝PAPU，则启动第三种联合工作模式，如图9所示，使动力电池停止充放电，以使驱动电机需求功率PM与无线充电系统可供给功率PAPU相等，维持第三种联合工作模式模式，直到控制周期T的结束时刻；
(6)在一个控制周期T的结束时刻，返回上述步骤(2),开始下一个控制周期T。
本发明提出了以无线充电为辅助动力单元的串联混合动力汽车控制方法，该方法涉及的硬件系统包括辅助动力单元(APU)，动力电池，驱动电机，变速箱，车轮等部分，其中以无线充电系统作为辅助动力单元，其中的无线充电系统包括地面无线能量发射系统和车载无线能量接收系统，如图3中所示。地面无线能量发射系统包括地面发射线圈机构，地面电能变换设备，地面控制与通讯三部分。其中的地面发射线圈机构包括发射线圈及补偿电路，用于发射来自电网的电能；地面电能变换设备与电网相连，将工频交流电转变为满足要求的电路高频交流电并提供给地面发射线圈机构；地面控制与通讯根据车辆需求和工控变化对地面电能变换设备进行动态调整。其中的车载无线能量接收系统包括车载接收线圈机构和整流器两部分。其中车载接收线圈机构包括接收线圈及补偿电路，用于接收来自地面发射线圈机构的电能；整流器用于将车载接收线圈机构中的高频交流电转变为直流电，并可将电能提供给动力电池，驱动电机和其他存在于汽车上的低压电器设备。
硬件系统中的驱动电机包括电机，电机逆变器和电机控制器。其中电机逆变器将直流电转换为电机所需交流电，电机通过变速箱和车轮为车辆提供动力，电机控制器对电机逆变器进行控制。
硬件系统中的动力电池包括电池模块和电池管理系统(BMS)。其中电池模块存储能量，可以进行充电和放电，电池管理系统(BMS)对电池模块充放电进行管理。
硬件系统中还包括整车控制与通讯模块，与地面控制与通讯相互配合，共同实现系统的能量控制功能。

Claims (1)

1.一种以无线充电为辅助动力单元的串联混合动力汽车控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)设定一个控制周期T；
(2)在控制周期T的开始时刻，对串联混合动力汽车的驱动电机的状态进行判断，若串联混合动力汽车的驱动电机为制动状态，则启动制动能量回收模式，驱动电机回收制动能量，并将回收的电能对串联混合动力汽车的动力电池进行充电，使驱动电机的制动功率PM_Brake与动力电池的充电功率PBat_Charge相等，维持制动能量回收模式，直到控制周期T的结束时刻，若串联混合动力汽车的驱动电机为驱动状态，则进入步骤(3)；
(3)串联混合动力汽车的无线充电由无线充电系统完成，无线充电系统由地面无线能量发射系统和车载无线能量接收系统组成，对无线充电系统中的地面无线能量发射系统进行判断，若车辆行驶的道路上不存在地面无线能量发射系统，则启动纯电动驱动模式，使无线充电系统停机，车辆驱动能量由动力电池提供，使电机需求功率PM与动力电池的放电功率PBat_Discharge相等，维持纯电动驱动模式，直到控制周期T的结束时刻，若车辆行驶的道路上存在地面无线能量发射系统，则进入步骤(4)；
(4)对串联混合动力汽车的运行状态进行判断，若串联混合动力汽车处于停车状态，则启动停车充电模式，无线充电系统为串联混合动力汽车的动力电池充电，使无线充电系统的可供给功率PAPU与动力电池的充电功率PBat_Charge相等，维持停车充电模式，直到控制周期T的结束时刻，若串联混合动力汽车处于行驶状态，则进入步骤(5)；
(5)通过串联混合动力汽车的整车控制与通讯模块获取串联混合动力汽车的驱动电机的需求功率PM和无线充电系统可供给功率PAPU，对PM和PAPU进行判断，若PM>PAPU，则启动第一种联合工作模式，使动力电池放电，以使电机需求功率PM与APU系统可供给功率PAPU和动力电池放电功率PBat_Discharge之和相等，维持第一种联合工作模式模式，直到控制周期T的结束时刻，若PM<PAPU，则启动第二种联合工作模式，使动力电池处于充电状态，以使无线充电系统的可供给功率PAPU和电机需求功率PM的差与动力电池充电功率PBat_Charge相等，维持第二种联合工作模式模式，直到控制周期T的结束时刻，若PM＝PAPU，则启动第三种联合工作模式，使动力电池停止充放电，以使驱动电机需求功率PM与无线充电系统可供给功率PAPU相等，维持第三种联合工作模式模式，直到控制周期T的结束时刻；
(6)在一个控制周期T的结束时刻，返回上述步骤(2),开始下一个控制周期T。
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