CN109795475B - 增程式混合动力功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机控制的技术领域，具体涉及一种增程式混合动力功率控制方法。确定若干个发动机工作定转速值，并根据所述发动机工作定转速值划分若干个增程器目标发电功率区间；根据Pbty、Pmot和Pcoun实时计算增程器目标发电功率Pr；实时比对增程器目标发电功率Pr与增程器目标发电功率区间，确定所述增程器目标发电功率Pr所属的增程器目标发电功率区间和对应的发动机工作定转速值；根据增程器目标发电功率Pr实时调整增程器的输出，使所述增程器工作在定转速、变扭矩的状态。本发明设定发动机工作定转速值，并根据所述发动机工作定转速值划分若干个增程器目标发电功率区间，使增程器工作在定转速、变扭矩的状态，实现功率平衡，增程器快速响应。

Description

增程式混合动力功率控制方法

技术领域

本发明涉及电机控制的技术领域，具体涉及一种增程式混合动力功率控制方法。

背景技术

目前对于增程式混合动力汽车，整车能量平衡的控制，主要集中在2种方法：如图1所示，恒温器法(发动机工作在单点，多点)；如图2所示，功率跟随法(发动机跟随电机请求功率，发动机永远处于最佳经济功率线，发动机的工作转速和扭矩满足负载需求，即转速和扭矩时刻在变化)。

恒温器工作缺点：发动机在单点或者多点运行，虽然发动机可以运行在最优工作点，但是增程器目标发电功率Pr为定值，而电机的工作功率Pmot随实车运行工况无规律波动，附件的工作功率Pcoun同样存在波动，这就导致电池的工作功率Pbty无规律波动，从而使充到电池的电流波动很大。有可能长时间电池充不到目标SOC，也有可能充电过流。

功率跟随缺点：増程器工作点就要跟随负载变化而变化，而负载变化是复杂的，导致发动机最佳经济曲线没有规律，当增程器目标发电功率Pr变化时，发动机的转速N、扭矩T和电流均是不受控的，从而导致电流波动巨大。同时，负载的变化是瞬间变化，对响应速度要求很高。就响应速度而言，虽然增程器的发电机可以快速响应，但由于发动机转速变化慢，增程器的发动机快速响应是比较难的。这就导致增程器要想做到全工况功率跟随很难达到，目前功率跟随的增程器效果并不好。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种克服恒温器工作缺点和功率跟随缺点，真正实现整车能量平衡的增程式混合动力功率控制方法。

本发明的技术方案如下：一种增程式混合动力功率控制方法，其特征在于：

确定若干个发动机工作定转速值，并根据所述发动机工作定转速值划分若干个增程器目标发电功率区间，所述增程器目标发电功率区间与所述发动机工作定转速值一一对应；

根据电池的工作功率Pbty、电机的工作功率Pmot和附件的工作功率Pcoun实时计算增程器目标发电功率Pr；

实时比对增程器目标发电功率Pr与增程器目标发电功率区间，确定所述增程器目标发电功率Pr所属的增程器目标发电功率区间和对应的发动机工作定转速值；

根据增程器目标发电功率Pr实时调整增程器的输出，使所述增程器工作在定转速、变扭矩的状态；所述定转速、变扭矩状态下

增程器的发动机转速为增程器目标发电功率Pr对应的发动机工作定转速值；

增程器的发动机工作扭矩根据增程器目标发电功率Pr线性调整。

较为优选的，发动机工作定转速值的确定方法为：

获取发动机的外特性和万有特性曲线；

根据所述外特性和万有特性曲线计算发动机的最佳经济区域；

在所述最佳经济区域中选取x个点，将选取的x个点作为发动机工作区间表中的发动机工作定转速值，所述发动机工作定转速值为N1～Nx，所述x为选取的点的个数。

较为优选的，所述增程器目标发电功率区间包括第一个增程器目标发电功率区间P11～P12、第二个增程器目标发电功率区间P21～P22……第x个增程器目标发电功率区间Px1～Px2，所述增程器目标发电功率区间的确定方法为：

在发动机工作定转速N1下，在所述外特性曲线和万有特性曲线上获取其对应的具备经济性的最小扭矩和最大扭矩；

根据所述最小扭矩计算第一个增程器目标发电功率区间的P11，根据所述最大扭矩计算第一个增程器目标发电功率区间的P12；

根据第一个增程器目标发电功率区间的P11和P12计算出P21、P22……Px1～Px2；

所述Px2为发动机工作定转速Nx下，发动机能提供的最大功率。

较为优选的，根据第一个增程器目标发电功率区间的P11和P12计算出P21、P22的方法为：

在P12上减去一个重叠量，得到P21，在发动机工作定转速N2下，在所述外特性曲线和万有特性曲线上获取其对应的最大扭矩，根据所述最大扭矩计算第二个增程器目标发电功率区间的P22；

其余增程器目标发电功率区间的计算方式均与P21和P22相同。

较为优选的，每个所述增程器目标发电功率区间均与相邻的增程器目标发电功率区间部分重叠；

初始计算时，若所得的增程器目标发电功率Pr处于相邻区间的重叠处，将所述增程器目标发电功率Pr划入较小的区间。

较为优选的，在所述增程器目标发电功率Pr变化的过程中；

若所述增程器目标发电功率Pr呈增大的趋势，当其增大至大于当前区间的最大值时，进入相邻的更大区间；

若所述增程器目标发电功率Pr呈减小的趋势，当其减小至小于当前区间的最小值时，进入相邻的更小区间。

较为优选的，所述增程器的发动机工作扭矩根据所述增程器目标发电功率Pr和所属增程器目标发电功率区间对应的发动机工作定转速值线性调整，所述线性调整的公式为发动机工作扭矩T＝m*Pr/Ni，所述m为线性相关参数，所述Ni为所述增程器目标发电功率Pr对应的发动机工作定转速值。

较为优选的，所述Pcoun＝sum(Ubty*I/1000)，所述Ubty为电池的母线电压，所述I为附件的工作电流。

较为优选的，所述Pbty＝Ubty*DisIbty_max*k/1000，所述Ubty电池的母线电压，所述DisIbty_max为当前SOC下面的电池可充电最大电流值，所述k为调整系数。

较为优选的，每个增程器目标发电功率区间的重叠量不同，所述重叠量随着区间的增大呈等差数列递增。

本发明的有益效果为：本发明设定发动机工作定转速值，并根据所述发动机工作定转速值划分若干个增程器目标发电功率区间，使增程器工作在定转速、变扭矩的状态，实现功率平衡，增程器快速响应。

1、由于发动机的电流和扭矩成正比，而增程器的发动机工作扭矩根据增程器目标发电功率Pr线性调整，从而使发动机的电流为线性变化，具有可控性。电池充电更稳定，既不会过充，也不会达不到目标SOC。

2、根据电池的工作功率Pbty、电机的工作功率Pmot和附件的工作功率Pcoun实时计算增程器目标发电功率Pr，使充电电流受控，不会过流，受控状态下既不会过充，也不会达不到目标SOC。

3、设定几组与增程器目标发电功率区间对应的发动机工作定转速值，发动机的转速既不会完全不变，又不至于变化剧烈，使发动机能够快速响应，从而保证增程器的快速响应。

4、在相邻的增程器目标发电功率区间之间设置部分重叠，形成滞回区间，有效防止震荡，保证供电的稳定性和安全性。

附图说明

图1为恒温器法的发动机工况曲线；

图2为功率跟随法的发动机工况曲线；

图3为本发明的发动机工况曲线；

图4为本发明工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图4所示，本发明的工作流程如下：

构建发动机工作参考表格，如下：

表格的构建过程主要包括：

确定发动机工作定转速值、确定功率区间(即增程器目标发电功率区间)

确定发动机工作定转速值：如图3所示，获取发动机的外特性和万有特性曲线，以及发动机最大转速nmax；根据所述外特性和万有特性曲线计算发动机的最佳经济区域，一般发动机转速在0.2nmax～0.6nmax之间，具体和其外特性和万有特性值相关。在所述最佳经济区域中选取x个点，本实施例在0.2nmax～0.6nmax中选取4个点，为N1，N2，N3，N4，可以平均分布将选取的4个点作为发动机工作区间表中的发动机工作定转速值。

确定增程器目标发电功率区间：增程器目标发电功率区间包括第一个增程器目标发电功率区间P11～P12、第二个增程器目标发电功率区间P21～P22……第三个增程器目标发电功率区间P31～P32和第四个增程器目标发电功率区间P41～P42，其中P42为当前转速N4下发动机能提供的最大功率。

在发动机工作定转速N1下，在所述外特性曲线和万有特性曲线上获取其对应的最小扭矩(要求这个扭矩值不能小于外特性N1转速下的最小扭矩值，且这个最小扭矩要满足经济性的要求，一般这个最大扭矩＝0.3当前转速下的最大扭矩值)和最大扭矩(要求这个扭矩值不能超过外特性N1转速下的最大扭矩值，且这个最大扭矩要满足经济性的要求，一般这个最大扭矩＝0.8当前转速下的最大扭矩值)；根据所述最小扭矩计算第一个增程器目标发电功率区间的P11，根据所述最大扭矩计算第一个增程器目标发电功率区间的P12；根据第一个增程器目标发电功率区间的P11和P12计算出P21、P22……Px1～Px2。

具体的，在P12上减去一个重叠量，得到P21。每个区间的重叠量不同，本实施例中随着区间的增大，重叠量递增，本实施例P21＝P12-2、P31＝P22-4、P41＝P32-6。在发动机工作定转速N2下，在所述外特性曲线和万有特性上获取其对应的最大扭矩，根据所述最大扭矩计算第二个增程器目标发电功率区间的P22；其余增程器目标发电功率区间的计算方式均与P21和P22相同。

以下，列举一个具体实施例进行说明：

取发动机工作转速为1250，1750，2300，3200等4个点。

计算出1250rpm(N1)发动机工作在最优工况区间的功率范围为P11～P12，同样计算出1750rpm(N2)发动机工作在最优工况区间的功率范围为P21～P22，同样计算出2300rpm(N 3)发动机工作在最优工况区间的功率范围为P31～P32，同样计算出3200rpm(N4)发动机工作在最优工况区间的功率范围为P41～P42。其中，P11～P42涵盖区间要宽，P11为最小值，涵盖发动机最佳经济性的最小功率点；P42为最大值，涵盖电机的常用驱动功率，如电机峰值功率为60kW，则P42需要到达至少50kW，这个值需要根据具体情况而定。

初始计算时，如果增程器目标发电功率Pr处于重叠区间，则默认为该增程器目标发电功率Pr位于重叠区间的小区间。但在实际计算过程中，若所述增程器目标发电功率Pr呈增大的趋势，当其增大至大于当前区间的最大值时，进入相邻的更大区间；若所述增程器目标发电功率Pr呈减小的趋势，当其减小至小于当前区间的最小值时，进入相邻的更小区间。

比如初始值Pr处于P1和P2的重叠区间，则初始区间为P1；Pr继续增大，当Pr>P12时候，就进入了P2区间；在P2区间工作，如果Pr减少，当Pr<P21才能进入P1区间。该重叠区间为滞回区间，若没有该2kw的滞回区间，即P12＝P21，当Pr在这个P12与P21之间震荡，那么实际工作区间就会震荡，不利于行车。

对于滞回区间，比如P12＝12；P21＝10当Pr＝10，则区间为P1，Pr增大，Pr＝11，仍在P1区间；Pr增大，当Pr＝12，则进入P2区间；若此时Pr减少，Pr＝11，则仍在P2区间；Pr继续减少，Pr＝10，则会退到P1区间。因此，P21＝P12-2kW中的2kW可以防止在P1和P2之间来回震荡。

构建表格后，根据电池的工作功率Pbty、电机的工作功率Pmot和附件的工作功率Pcoun实时计算增程器目标发电功率Pr。

本实施例中设定：

图3中，箭头指向高压配电系统P0的功率值为+；

箭头背离高压配电系统P0的功率值为-；

则増程器充电时候Pr为+；

电池放电Pbty为+，电池充电Pbty为-；

负载的工作功率Pcoun为-；

电机驱动是Pmot为-，电机制动时Pmot为+；

根据平衡方程为：Pr+Pbty+Pmot+Pcoun＝0可以计算出Pr；

其中，目标SOC下限SOCL，目标SOC上限SOCH。

当电池的实际SOC<SOCL时，开启充电；

当电池的实际SOC>SOCH时，关闭充电；

当SOC处于SOCL和SOCH时，维持上一状态。即，前一状态为充电，则当前需要充电；前一状态为不充电，纯电驱动，当前状态为纯电驱动。

当纯电驱动时，Pr＝0。无须计算增程器中发动机和发电机的工况。

Pbty＝Ubty*DisIbty_max*k/1000，所述Ubty电池的母线电压，所述DisIbty_max为当前SOC下面的电池可充电最大电流值，所述k为调整系数，本实施例取为0.8～1.2之间。

Pcoun＝sum(Ubty*I/1000)，所述Ubty为电池的母线电压，所述I为附件的工作电流。公式中，Pmot、Ubty均可以通过Pmot根据CAN线得到。

实时比对增程器目标发电功率Pr与增程器目标发电功率区间，确定所述增程器目标发电功率Pr所属的增程器目标发电功率区间和对应的发动机工作定转速值。根据增程器目标发电功率Pr实时调整增程器的输出，使所述增程器工作在定转速、变扭矩的状态；所述定转速、变扭矩状态下增程器的发动机转速为增程器目标发电功率Pr对应的发动机工作定转速值；增程器的发动机工作扭矩根据增程器目标发电功率Pr和所属增程器目标发电功率区间对应的发动机工作定转速值线性调整(即根据发动机工作参考表格进行计算)。

本实施例中，默认状态为P1。

当当前区间为P1时，有：当P12<Pr<P22时，进入P2；当P22<Pr<P32时，进入P3；当Pr>P32时，进入P4。Pr最大值为P42，超过这个值，且SOC低于报警值(比如10％)，增程器系统报故障，HCU限制MCU输出。

当当前区间为P2时，有：当P22<Pr<P32时，进入P3；当Pr>P32时，进入P4；当Pr<P21时，进入P1。

当当前区间为P3时，有：当Pr>P32时，进入P4；当P21<Pr<P31时，进入P2；当Pr<P21时，进入P1。

当当前区间为P4时，有：当P31<Pr<P41时，进入P3；当P21<Pr<P31时，进入P2；当Pr<P21时，进入P1。Pr最小值为P11，Pr＜P11时，Pr＝P11，为了避免此时给电池的充电电流＞当前电池的可充最大电流，这里P11要取值稍小，可以使P11处于经济区临界值。比如附图2中的P11取4kW。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种增程式混合动力功率控制方法，其特征在于：

确定若干个发动机工作定转速值，并根据所述发动机工作定转速值划分若干个增程器目标发电功率区间，所述增程器目标发电功率区间与所述发动机工作定转速值一一对应；

根据电池的工作功率Pbty、电机的工作功率Pmot和附件的工作功率Pcoun实时计算增程器目标发电功率Pr，其中，目标SOC下限为SOCL，目标SOC上限为SOCH，当电池的实际SOC<SOCL时，开启充电；当电池的实际SOC>SOCH时，关闭充电；当SOC处于SOCL和SOCH时，维持上一状态；

实时比对增程器目标发电功率Pr与增程器目标发电功率区间，确定所述增程器目标发电功率Pr所属的增程器目标发电功率区间和对应的发动机工作定转速值；

根据增程器目标发电功率Pr实时调整增程器的输出，使所述增程器工作在定转速、变扭矩的状态；所述定转速、变扭矩状态下

增程器的发动机转速为增程器目标发电功率Pr对应的发动机工作定转速值；

增程器的发动机工作扭矩根据增程器目标发电功率Pr线性调整；

所述增程器目标发电功率区间包括第一个增程器目标发电功率区间P11～P12、第二个增程器目标发电功率区间P21～P22……第x个增程器目标发电功率区间Px1～Px2，所述增程器目标发电功率区间的确定方法为：

在发动机工作定转速N1下，在发动机的外特性曲线和万有特性曲线上获取其对应的具备经济性的最小扭矩和最大扭矩；

根据所述最小扭矩计算第一个增程器目标发电功率区间的P11，根据所述最大扭矩计算第一个增程器目标发电功率区间的P12；

根据第一个增程器目标发电功率区间的P11和P12计算出P21、P22……Px1～Px2；

所述Px2为发动机工作定转速Nx下，发动机能提供的最大功率；

根据第一个增程器目标发电功率区间的P11和P12计算出P21、P22的方法为：

在P12上减去一个重叠量，得到P21，在发动机工作定转速N2下，在所述外特性曲线和万有特性曲线上获取其对应的最大扭矩，根据所述最大扭矩计算第二个增程器目标发电功率区间的P22；

其余增程器目标发电功率区间的计算方式均与P21和P22相同。

2.根据权利要求1所述的增程式混合动力功率控制方法，其特征在于：发动机工作定转速值的确定方法为：

获取发动机的外特性和万有特性曲线；

根据所述外特性和万有特性曲线计算发动机的最佳经济区域；

在所述最佳经济区域中选取x个点，将选取的x个点作为发动机工作区间表中的发动机工作定转速值，所述发动机工作定转速值为N1～Nx，所述x为选取的点的个数。

3.根据权利要求1所述的增程式混合动力功率控制方法，其特征在于：每个所述增程器目标发电功率区间均与相邻的增程器目标发电功率区间部分重叠；

初始计算时，若所得的增程器目标发电功率Pr处于相邻区间的重叠处，将所述增程器目标发电功率Pr划入较小的区间。

4.根据权利要求1所述的增程式混合动力功率控制方法，其特征在于：在所述增程器目标发电功率Pr变化的过程中；

若所述增程器目标发电功率Pr呈增大的趋势，当其增大至大于当前区间的最大值时，进入相邻的更大区间；

若所述增程器目标发电功率Pr呈减小的趋势，当其减小至小于当前区间的最小值时，进入相邻的更小区间。

5.根据权利要求1所述的增程式混合动力功率控制方法，其特征在于：所述增程器的发动机工作扭矩根据所述增程器目标发电功率Pr和所属增程器目标发电功率区间对应的发动机工作定转速值线性调整，所述线性调整的公式为发动机工作扭矩T＝m*Pr/Ni，所述m为线性相关参数，所述Ni为所述增程器目标发电功率Pr对应的发动机工作定转速值。

6.根据权利要求1所述的增程式混合动力功率控制方法，其特征在于：所述Pcoun＝sum(Ubty*I/1000)，所述Ubty为电池的母线电压，所述I为附件的工作电流。

7.根据权利要求1所述的增程式混合动力功率控制方法，其特征在于：所述Pbty＝Ubty*DisIbty_max*k/1000，所述Ubty为电池的母线电压，所述DisIbty_max为当前SOC下面的电池可充电最大电流值，所述k为调整系数。

8.根据权利要求4所述的增程式混合动力功率控制方法，其特征在于：每个增程器目标发电功率区间的重叠量不同，所述重叠量随着区间的增大呈等差数列递增。

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