CN109795473A - 混合动力汽车以及电池电量均衡控制方法和控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混合动力汽车以及电池电量均衡控制方法和控制系统，混合动力汽车在运行过程中，当电池电量降低到低设定阈值时，增大发电机的发电功率，由于驱动电机的输出功率维持不变，或者仅在一个较小范围内浮动，那么，发电机的发电功率与驱动电机的输出功率就有一定的差值，就会有电量节余，这些电量用于回充电池，当电池的电量增加到高设定阈值时，控制发电机的发电功率切换到提升之前的数值，实现输入输出一致性，保证电池的电量稳定在平衡状态，因此，动态协调控制发电机的发电量及驱动电机的耗电量，能够实现各类工况下电量平衡，避免出现电池欠压及过压等电量不能均衡的情况，提升电池的使用寿命。

Description

混合动力汽车以及电池电量均衡控制方法和控制系统

技术领域

本发明涉及混合动力汽车以及电池电量均衡控制方法和控制系统，属于混合动力汽车的电池电量均衡控制技术领域。

背景技术

混合动力汽车在运行过程中电池的电量保持平衡十分关键。车辆在运行过程中既要满足工况要求，同时又要实时满足电池的要求，保持电池电量均衡，控制电池在可用电量范围内，防止出现欠压及过压情况。如果整车能够保证电池的电量均衡，电池寿命将会大大提升，因此，实现对电池的电量均衡成为亟待解决的问题。

当前混合动力车辆在使用过程中存在电池出现欠压及过压等电量不能均衡的情况，特别是在爬长坡工况，电池电量持续降低，很容易出现电池欠压情况从而影响其寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合动力汽车电池电量均衡控制方法，用以防止电池欠压的问题。本发明同时提供一种混合动力汽车电池电量均衡控制系统以及一种混合动力汽车。

为实现上述目的，本发明的方案包括：一种混合动力汽车电池电量均衡控制方法，其特征在于，混合动力汽车在运行过程中，当电池电量降低到一个低设定阈值时，提升发电机的发电功率，发电功率与驱动电机的输出功率的功率差用于为电池充电，以提高电池电量，当电池电量增加到一个高设定阈值时，将发电机的发电功率切换到提升之前的数值。

混合动力汽车在运行过程中，当电池电量降低到低设定阈值时，表示电池的电量较低，为了增大电池电量，此时增大发电机的发电功率，由于驱动电机的输出功率维持不变，或者仅在一个较小范围内浮动，那么，发电机的发电功率与驱动电机的输出功率就有一定的差值，就会有电量节余，这些电量用于回充电池，使电池的电量增加，当电池的电量增加到高设定阈值时，表示此时电池的电量处于一个较高水平，控制发电机的发电功率切换到提升之前的数值，这时发电机的发电功率与驱动电机的输出功率相差无几，实现输入输出一致性，保证电池的电量稳定在平衡状态，因此，动态协调控制发电机的发电量及驱动电机的耗电量，能够实现各类工况下电量平衡，避免出现电池欠压及过压等电量不能均衡的情况，提升电池的使用寿命。

当实际车速大于设定车速时，设定车辆的需求功率与发电机的发电功率之和为发动机的目标功率，发动机以目标功率输出，发电机以相应的发电功率进行发电，驱动电机的输出功率与发电机的发电功率相等，并随着发电机的发电功率的变化而变化。控制发动机的输出功率及发电机的发电量，并且，根据发电机的发电量对驱动电机的耗电量进行实时调整，进一步维持电池电量均衡。

当需求功率大于发动机的最大输出功率时，驱动电机的输出功率置为零。

本发明还提供一种混合动力汽车电池电量均衡控制系统，包括用于执行以下控制策略的控制模块：混合动力汽车在运行过程中，当电池电量降低到一个低设定阈值时，提升发电机的发电功率，发电功率与驱动电机的输出功率的功率差用于为电池充电，以提高电池电量，当电池电量增加到一个高设定阈值时，将发电机的发电功率切换到提升之前的数值。

当实际车速大于设定车速时，设定车辆的需求功率与发电机的发电功率之和为发动机的目标功率，发动机以目标功率输出，发电机以相应的发电功率进行发电，驱动电机的输出功率与发电机的发电功率相等，并随着发电机的发电功率的变化而变化。

当需求功率大于发动机的最大输出功率时，驱动电机的输出功率置为零。

本发明还提供一种混合动力汽车，包括控制模块和动力系统，所述动力系统包括发动机、前行星排、后行星排、第一电机、第二电机和系统输出轴，所述前行星排中的前太阳轮、前行星架和前齿圈中有一个是前第一端，一个是前第二端，一个是前第三端，所述后行星排中的后太阳轮、后行星架和后齿圈中有一个是后第一端，一个是后第二端，一个是后第三端，所述发动机的输出轴连接所述前第二端，所述第一电机连接所述前第一端，所述前第三端连接所述后第二端和系统输出轴，所述后第一端连接第二电机，所述后第三端连接壳体，所述控制模块执行有以下控制策略：混合动力汽车在运行过程中，当电池电量降低到一个低设定阈值时，提升发电机的发电功率，发电功率与驱动电机的输出功率的功率差用于为电池充电，以提高电池电量，当电池电量增加到一个高设定阈值时，将发电机的发电功率切换到提升之前的数值。

当实际车速大于设定车速时，设定车辆的需求功率与发电机的发电功率之和为发动机的目标功率，发动机以目标功率输出，发电机以相应的发电功率进行发电，驱动电机的输出功率与发电机的发电功率相等，并随着发电机的发电功率的变化而变化。

当需求功率大于发动机的最大输出功率时，驱动电机的输出功率置为零。

所述前第一端为前太阳轮，前第二端为前行星架，前第三端为前齿圈，所述后第一端为后太阳轮，后第二端为后行星架，后第三端为后齿圈。

附图说明

图1是混合动力系统的一种具体实施方式的结构图；

图2是电池电量均衡控制方法的一种具体实施方式的流程图。

具体实施方式

混合动力汽车实施例

本实施例提供一种混合动力汽车，包括控制模块和动力系统，当然，除此之外，还包括其他的组成部分，但是，这些其他的组成部分不是本发明的发明点，因此，本实施例就不再具体说明，以下重点对控制模块、动力系统以及控制模块中的控制策略进行详细描述。

控制模块可以是专门设置的、用于电池电量均衡控制的控制芯片，也可以是整车控制器，整车控制器是混合动力汽车的核心控制部件，负责采集加速踏板信号、制动踏板信号、电量信号、车辆状态等信号经逻辑计算后输出指令给各部件控制器以控制各部件的动作。本实施例中，控制模块为整车控制器。

动力系统为混合动力汽车的核心动力机构，本实施例给出一种具体的结构，本实施例中，该动力系统为一种基于行星齿轮系统的机构，该动力系统包括发动机、前行星排、后行星排、第一电机、第二电机和系统输出轴，其中，第一电机通常情况下为发电机(比如ISG电机)，第二电机通常情况下为驱动电机，因此，以下将第一电机称为发电机，将第二电机称为驱动电机。

前行星排包括三个端，分别称为前第一端、前第二端和前第三端，由于前行星排的三个端分别是前太阳轮、前行星架和前齿圈，因此，前第一端、前第二端和前第三端分别与前太阳轮、前行星架和前齿圈中的其中一个一一对应。同理，后行星排包括三个端，分别称为后第一端、后第二端和后第三端，由于后行星排的三个端分别是后太阳轮、后行星架和后齿圈，因此，后第一端、后第二端和后第三端分别与后太阳轮、后行星架和后齿圈中的其中一个一一对应。发动机的输出轴连接前第二端，第一电机连接前第一端，前第三端连接后第二端和系统输出轴，后第一端连接第二电机，后第三端连接壳体。

其中，前第一端、前第二端和前第三端与前太阳轮、前行星架和前齿圈的对应关系并不唯一，原则上总共有六种对应关系，不同的对应关系代表机械传动变比不同，因此，在满足运行要求的前提下，具体的对应关系可以根据实际需要进行设定，本实施例中，给出一种具体的对应关系：前第一端为前太阳轮，前第二端为前行星架，前第三端为前齿圈。同理，后第一端、后第二端和后第三端与后太阳轮、后行星架和后齿圈的对应关系并不唯一，原则上总共有六种对应关系，不同的对应关系代表机械传动变比不同，因此，在满足运行要求的前提下，具体的对应关系可以根据实际需要进行设定，本实施例中，给出一种具体的对应关系：后第一端为后太阳轮，后第二端为后行星架，后第三端为后齿圈。那么，如图1所示，发动机1的输出轴连接前行星架5，发电机3连接前太阳轮4，前齿圈6连接后行星架9和系统输出轴11，后太阳轮8连接驱动电机7，后齿圈10连接壳体。另外，通常情况下，发动机1通过扭转减震器2输出连接发动机输出轴。

整车控制器实现动力系统的动力控制，尤其是对电池电量的均衡控制，因此，本发明的发明点并非在于动力系统的硬件结构，而是在于整车控制器中加载的、以软件程序存在的电池电量均衡控制策略。

电池电量均衡控制策略的基本技术方案是：混合动力汽车在运行过程中，当电池电量降低到一个低设定阈值时，提升发电机的发电功率，发电功率与驱动电机的输出功率的功率差为电池充电，以提高电池电量，当电池电量增加到一个高设定阈值时，将发电机的发电功率切换到原始值，即切换到提升之前的数值。以下给出一种具体的控制流程。

根据车速判定是否进入动态协调控制模式，设定车速M与电池电量SOC成线性关系，电池电量SOC越高，设定车速M越高，那么，每一个SOC就对应有一个设定车速。当某一个SOC下，如果实际车速大于该SOC对应的设定车速，那么，车速进入动态协调控制模式，控制发电机启动发动机，并且，计算当前工况下车辆需求功率，设定以下关系：需求功率与发电功率之和为发动机目标功率，那么，控制发动机以其目标功率Pe_e输出，发电机以相应的发电功率Pe_s发电(该发电功率Pe_s可以根据实际情况，比如根据此时的SOC进行设定)，而且，为了实现发电机发电量与驱动电机耗电量实时一致，整车控制驱动电机以功率Pe_s为目标功率输出，也就是说，驱动电机的输出功率与发电机的发电功率相等，且驱动电机的输出功率随着发电功率Pe_s变化而变化，保证发电机发电量与驱动电机耗电量实时一致。当然，作为其他的实施方式，驱动电机的输出功率与发电机的发电功率并非严格一致，两者的误差在一个允许范围之内也认定为一致。另外，上述判断中，如果实际车速小于等于该SOC对应的设定车速，驱动电机实现车辆的驱动，也就是纯电动驱动。

在运行过程中，电池的电量会有降低的情况，那么，当电池电量降低到一个低设定阈值，即设定阈值x时，表示电池的电量较低，为了防止低电量亏电，整车控制提升发电机的发电功率，提升的幅度根据实际情况具体设置，比如：根据电池电量降低速度的快慢，而且，由于需求功率与发电功率之和为发动机目标功率，那么，可以通过提升发动机输出功率实现提升发电功率的目的，而驱动电机的输出功率维持不变或者仅在一个较小范围内浮动，那么，发电机的发电功率就大于驱动电机的输出功率，两者之间就有一定的差值，也就会有一定的电量节余，这些电量用于回充电池。电池在充电过程中，电池的电量逐渐增加，当电池的电量增加到一个高设定阈值，即设定阈值y时，表示此时电池的电量处于一个较高水平，那么，控制发电机的发电功率切换到原始值，即上述发电功率在因电池电量降低到设定阈值x时而提升之前的数值。

因此，上述控制过程：发动机以其目标功率Pe_e输出，发电机以相应的发电功率Pe_s发电，驱动电机以Pe_s为目标功率输出，驱动电机的输出功率随着发电功率Pe_s变化而变化，这一控制过程对应的状态可以认为是正常状态，如果结合电池电量的话，该正常状态对应的就是电池的电量大于或者等于设定阈值y的情况，这种情况下发电机的发电功率不用调整。

另外，当需求功率大于发动机最大输出功率时，驱动电机的输出功率置为零，进一步地，发动机输出功率为外特性对应功率，且外特性对应功率为发动机最大输出功率。

整个控制逻辑如图2所示。

由于图1所示的动力系统中涉及行星齿轮系统，那么，利用行星齿轮可以实现功率分流，所以，结合图1所示的动力系统以及上述控制策略，以下给出控制策略中相关功率的计算公式：

Pe_e＝Pe_dem+Pe_add

Tr_e＝Pe_e/ne＝(Pe_dem+Pe_add)/ne

Tr_s＝1/(1+k)Tr_e

Pe_s＝n_s*Tr_s＝n_s/(1+k)Tr_e

Tr_r＝Pe_s/n2＝n_s/(1+k)Tr_e*n2

其中：Pe_e、Tr_e为发动机输出功率、扭矩；Pe_dem为整车需求功率；Pe_add为发电功率；Pe_s、Tr_s为发电机输出功率、扭矩；Tr_r为驱动电机输出扭矩；k为变速箱速比；n_s为太阳轮转速；n2为驱动电机转速。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于电池电量均衡控制策略，并不局限于控制策略适用的动力系统，除了上述实施例提供的动力系统的结构之外，控制策略还适用于其他类型的动力结构。

电池电量均衡控制方法实施例

本实施例提供一种电池电量均衡控制方法，由于该控制方法在上述混合动力汽车实施例中已给出了详细地描述，本实施例就不再具体说明。

电池电量均衡控制系统实施例

本实施例提供一种电池电量均衡控制系统，该控制系统的核心在于一种加载有电池电量均衡控制策略的控制模块，该控制模块运行电池电量均衡控制策略，所以，该控制系统的发明点仍旧在于电池电量均衡控制策略，由于电池电量均衡控制策略在上述混合动力汽车实施例中已给出了详细地描述，本实施例就不再具体说明。

Claims (10)

1.一种混合动力汽车电池电量均衡控制方法，其特征在于，混合动力汽车在运行过程中，当电池电量降低到一个低设定阈值时，提升发电机的发电功率，发电功率与驱动电机的输出功率的功率差用于为电池充电，以提高电池电量，当电池电量增加到一个高设定阈值时，将发电机的发电功率切换到提升之前的数值。

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车电池电量均衡控制方法，其特征在于，当实际车速大于设定车速时，设定车辆的需求功率与发电机的发电功率之和为发动机的目标功率，发动机以目标功率输出，发电机以相应的发电功率进行发电，驱动电机的输出功率与发电机的发电功率相等，并随着发电机的发电功率的变化而变化。

3.根据权利要求2所述的混合动力汽车电池电量均衡控制方法，其特征在于，当需求功率大于发动机的最大输出功率时，驱动电机的输出功率置为零。

4.一种混合动力汽车电池电量均衡控制系统，其特征在于，包括用于执行以下控制策略的控制模块：混合动力汽车在运行过程中，当电池电量降低到一个低设定阈值时，提升发电机的发电功率，发电功率与驱动电机的输出功率的功率差用于为电池充电，以提高电池电量，当电池电量增加到一个高设定阈值时，将发电机的发电功率切换到提升之前的数值。

5.根据权利要求4所述的混合动力汽车电池电量均衡控制系统，其特征在于，当实际车速大于设定车速时，设定车辆的需求功率与发电机的发电功率之和为发动机的目标功率，发动机以目标功率输出，发电机以相应的发电功率进行发电，驱动电机的输出功率与发电机的发电功率相等，并随着发电机的发电功率的变化而变化。

6.根据权利要求5所述的混合动力汽车电池电量均衡控制系统，其特征在于，当需求功率大于发动机的最大输出功率时，驱动电机的输出功率置为零。

7.一种混合动力汽车，包括控制模块和动力系统，所述动力系统包括发动机、前行星排、后行星排、第一电机、第二电机和系统输出轴，所述前行星排中的前太阳轮、前行星架和前齿圈中有一个是前第一端，一个是前第二端，一个是前第三端，所述后行星排中的后太阳轮、后行星架和后齿圈中有一个是后第一端，一个是后第二端，一个是后第三端，所述发动机的输出轴连接所述前第二端，所述第一电机连接所述前第一端，所述前第三端连接所述后第二端和系统输出轴，所述后第一端连接第二电机，所述后第三端连接壳体，其特征在于，所述控制模块执行有以下控制策略：混合动力汽车在运行过程中，当电池电量降低到一个低设定阈值时，提升发电机的发电功率，发电功率与驱动电机的输出功率的功率差用于为电池充电，以提高电池电量，当电池电量增加到一个高设定阈值时，将发电机的发电功率切换到提升之前的数值。

8.根据权利要求7所述的混合动力汽车，其特征在于，当实际车速大于设定车速时，设定车辆的需求功率与发电机的发电功率之和为发动机的目标功率，发动机以目标功率输出，发电机以相应的发电功率进行发电，驱动电机的输出功率与发电机的发电功率相等，并随着发电机的发电功率的变化而变化。

9.根据权利要求8所述的混合动力汽车，其特征在于，当需求功率大于发动机的最大输出功率时，驱动电机的输出功率置为零。

10.根据权利要求7或8或9所述的混合动力汽车，其特征在于，所述前第一端为前太阳轮，前第二端为前行星架，前第三端为前齿圈，所述后第一端为后太阳轮，后第二端为后行星架，后第三端为后齿圈。