CN111660812B - 增程式车辆的供电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增程式车辆的供电系统及其控制方法，系统包括：高压供电装置、低压供电装置和双向逆变器。将双向逆变器的一端连接高压供电装置，另一端连接低压供电装置，仅通过双向逆变器就可以实现在低压供电装置的电压过低时，高压供电装置的电压可以供给至低压供电装置；而当高压供电装置的电压过低时，低压供电装置的电压可以供给至高压供电装置。高压供电装置的多余的电能通过双向逆变器存至低压供电装置中，并在高压供电装置故障的情况下供给至高压供电装置，由此，解决了因动力电池包发生故障，与高压供电装置断开，从而造成的电压波动，及高压负载无法正常工作的问题。

Description

增程式车辆的供电系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种增程式车辆的供电系统及其控制方法。

背景技术

现有车辆在转向和制动时主要采用两种方案，第一种是车辆靠机械结构来进行转向和制动，第二种就是车辆靠各个车轮上分布式驱动电机驱动力矩的差异来实现制动和转向。我们把采用第二种制动和转向方法的车辆称为增程式车辆。

增程式车辆主要指采用增程器的车辆，增程器具体指发动机和发电机，发动机驱动发电机发电，发动机不直接驱动车轮。车轮的驱动力来自于驱动电机。驱动电机的电能来自于发电机和动力电池包。发电机提供的电能既可以给驱动电机提供电能，也可以给动力电池包充电。

当动力电池包出现故障时，发电系统正常工作。在这种情况下，发电系统由发动机驱动发电机发电，单独提供电能，供驱动电机驱动车辆。由于发电机系统功率响应速度远低于驱动电机的响应速度，提供驱动电机的电能，因此会发生动力电池包损坏，不能及时供给电能的问题。这也将导致高压供电装置(连接动力电池、驱动电机及其他高压负载)上的电压将无法正常维持，驱动电机无法正常工作，会影响车辆转向，在某些工况下，将产生严重的安全后果。

因此，需要提出一种能够在动力电池包发生故障时，稳定高压供电装置的电压的供电系统。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中动力电池包发生故障时，高压供电装置的电压不稳定的问题。本发明提供了一种增程式车辆的供电系统，可用于在动力电池包发生故障时，稳定高压供电装置的电压。

为解决上述技术问题，本发明实施方式公开了一种增程式车辆的供电系统，包括：

高压供电装置，与高压负载连接，以为所述高压负载提供电能；

低压供电装置，与低压负载连接，以为所述低压负载提供电能；

双向逆变器，所述双向逆变器的一端与所述高压供电装置连接，另一端与所述低压供电装置连接，并控制所述高压供电装置产生的电能流向所述低压供电装置，以增大所述低压供电装置的电压；和/或，

控制所述低压供电装置产生的电能流向所述高压供电装置，以增大所述高压供电装置的电压。

采用上述技术方案，将双向逆变器的一端连接高压供电装置，另一端连接低压供电装置，仅通过双向逆变器就可以实现在低压供电装置的电压过低时，高压供电装置的电压可以供给至低压供电装置，从而使低压供电装置维持正常的工作状态；而当高压供电装置的电压过低时，低压供电装置的电压可以供给至高压供电装置，从而使高压供电装置能够维持正常的工作状态。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的增程式车辆的供电系统，所述高压供电装置包括增程器和动力电池包，且所述增程器与所述动力电池包并联。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的增程式车辆的供电系统，当所述低压供电装置的电压低于第一阈值时，所述双向逆变器停止控制所述低压供电装置产生的电能流向所述高压供电装置；

当所述低压供电装置的电压高于第二阈值时，所述双向逆变器停止控制所述高压供电装置产生的电能流向所述低压供电装置。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的增程式车辆的供电系统，所述第一阈值的范围为10V至12V；所述第二阈值的范围为14V至16V。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的增程式车辆的供电系统，所述低压供电装置为蓄电池。

本发明的实施方式还公开了一种增程式车辆供电系统的控制方法，所述增程式车辆供电系统包括双向逆变器；包括以下步骤：

判断所述增程式车辆供电系统的高压供电装置的动力电池包是否发生故障；

若是，则所述双向逆变器控制所述增程式车辆供电系统中的低压供电装置产生的电能流向所述高压供电装置，并维持所述高压供电装置的第一目标电压；

若否，则所述双向逆变器控制所述增程式车辆供电系统中的高压供电装置产生的电能流向所述低压供电装置，并维持所述低压供电装置的第二目标电压。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的增程式车辆供电系统的控制方法，所述第一目标电压的范围为340V至360V，所述第二目标电压的范围为10V至16V。

采用上述方案，在低压供电装置的电压过低时，高压供电装置的电压可以供给至低压供电装置，从而使低压供电装置维持正常的工作状态；而当高压供电装置的电压过低时，低压供电装置的电压可以供给至高压供电装置，从而使高压供电装置能够维持正常的工作状态。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的增程式车辆供电系统的控制方法，当所述低压供电装置的电压值在所述第二目标电压值的范围外时，所述双向逆变器停止控制所述低压供电装置产生的电能流向所述高压供电装置；和/或，

停止控制所述高压供电装置产生的电能流向所述低压供电装置。

采用上述方案，能够防止因低压供电装置接收过多高压供电装置传输的电能或向高压供电装置传输过多的电能而造成损伤。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的增程式车辆供电系统的控制方法，所述维持所述高压供电装置的第一目标电压包括：

通过控制所述高压供电装置的增程器的输出功率维持所述高压供电装置的所述第一目标电压；

且所述通过控制所述高压供电装置的增程器的输出功率维持所述高压供电装置的所述第一目标电压分为第一阶段和第二阶段。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的增程式车辆供电系统的控制方法，所述增程式车辆供电系统还包括整车控制器；

所述第一阶段的控制方法包括：

所述整车控制器设定所述动力电池包的电流为零；

根据所述动力电池包的实际电流参考值与所述动力电池包的电压值计算所述动力电池包的功率；

将所述动力电池包的功率与增程式车辆的驱动电机的需求功率相加，以得到增程器的输出功率；

所述第二阶段的控制方法包括：

所述整车控制器设定所述高压供电装置的电压为第一目标电压；

根据所述第一目标电压与所述动力电池包母线电压的差值计算参考电压值，并根据所述参考电压值与所述动力电池包的实际电流计算所述动力电池包的功率；

将所述动力电池包的功率与所述增程式车辆的驱动电机的需求功率相加，以得到所述增程器的输出功率。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种增程式车辆的供电系统及其控制方法，将双向逆变器的一端连接高压供电装置，另一端连接低压供电装置，仅通过双向逆变器就可以实现在低压供电装置的电压过低时，高压供电装置的电压可以供给至低压供电装置，从而使低压供电装置维持正常的工作状态；而当高压供电装置的电压过低时，低压供电装置的电压可以供给至高压供电装置，从而使高压供电装置能够维持正常的工作状态。本发明通过双向逆变器，将高压供电装置的多余的电能存至低压供电装置中，这部分电能可以在高压供电装置故障的情况下，供给至高压供电装置，由此，解决了因动力电池包发生故障，与高压供电装置断开，从而造成的电压波动，进一步使得高压负载无法正常工作的问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的增程式车辆的供电系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的增程式车辆的供电系统的电连接示意图；

图3为本发明实施例提供的增程式车辆供电系统的控制方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的增程式车辆供电系统的控制方法的控制流程图；

图5为本发明实施例提供的增程式车辆供电系统的控制方法中第一阶段的控制流程图；

图6为本发明实施例提供的增程式车辆供电系统的控制方法中第二阶段的控制流程图；

图7为本发明实施例提供的增程式车辆的整体控制方法示意图。

附图标记说明：

1.高压供电装置；2.高压负载；3.低压供电装置；4.低压负载；5.双向逆变器；6.增程器；7.动力电池包。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实施例中的具体含义。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

为解决现有技术中动力电池包发生故障时，高压供电装置的电压不稳定的问题，本实施例提供了一种增程式车辆的供电系统，具体的，如图1至图2所示。

本实施例提供的增程式车辆的供电系统具体包括高压供电装置1。高压供电装置1与高压负载2连接，并为高压负载2提供电能。高压负载2为车辆中常见的需要加高压以维持其工作状态的装置，本实施例不做具体限定。

本实施例提供的增程式车辆的供电系统还包括低压供电装置3，低压供电装置3与低压负载4连接，并为低压负载4提供电能。低压负载4为车辆中常见的仅施加低压即可维持其工作状态的装置，本实施例不做具体限定。

特别地，本实施例提供的增程式车辆的供电系统还包括双向逆变器5，双向逆变器5的一端与高压供电装置1连接，另一端与低压供电装置3连接。

具体的，该双向逆变器5能够控制高压供电装置1产生的电能流向低压供电装置3，以增大低压供电装置3的电压；且该双向逆变器5能够控制低压供电装置3产生的电能流向高压供电装置1，从而增大高压供电装置1的电压。

由此，通过双向逆变器5就可以实现在低压供电装置3的电压过低时，高压供电装置1的电压可以供给至低压供电装置3，从而使低压供电装置3维持正常的工作状态；而当高压供电装置1的电压过低时，低压供电装置3的电压可以供给至高压供电装置1，从而使高压供电装置1能够维持正常的工作状态。

进一步，本实施例中，高压供电装置1包括增程器6和动力电池包7，且增程器6与动力电池包7并联。也就是说，本实施例中，增程器6和动力电池包7并联后，共同构成了高压供电装置1，以为高压负载2提供电能。

更进一步，本实施例中低压供电装置3为蓄电池，即车辆的电瓶。该蓄电池具体可以是铅酸电池、锂电池，还可以是其他类型的蓄电池，本实施例对此不作具体限定。

本实施例中，为了保证低压供电装置3的因使用不当而造成的损坏，当低压供电装置3的电压低于第一阈值时，双向逆变器5就会停止控制低压供电装置3产生的电能流向高压供电装置1；且当低压供电装置3的电压高于第二阈值时，双向逆变器5就会停止控制高压供电装置1产生的电能流向低压供电装置3。

优选的，第一阈值的范围为10V至12V；第二阈值的范围为14V至16V。其中，第一阈值可以是10、11或12，第二阈值可以是14、15或16。

下面以第一阈值为12V，第二阈值为14V为例进行说明。本实施例中，第一阈值是指低压供电装置3能够承受的最低电压，第二阈值是指电压供电装置3能够承受的最高电压。低于该第一阈值或高于第二阈值，都将会使得低压供电装置3受到损坏。

当高压供电装置1正常工作的时候，双线逆变器5以维持低压供电装置3的电压在第一阈值与第二阈值，即12V至14V之间为控制目标。可以理解为，在高压供电装置1的电压范围处于合理的电压范围内，如果低压供电装置3的电压较低，则双向逆变器5控制高压供电装置1为低压供电装置3提供一部分电能；而如果低压供电装置3的电压较高，则双向逆变器5控制低压供电装置3将多余出的电能传输至高压供电装置1，由此，低压供电装置3的工作电压范围就可以始终维持在12V至14V。

而在高压供电装置1出现故障时，此时双向逆变器5的控制目标就是确保高压供电装置1的电压维持在正常范围内。也就是说，当高压供电装置1的电压较高，双向逆变器5就需要控制该高压供电装置1的多余的电能传输至低压供电装置3。但是低压供电装置3的电压如果超过14V时，为了保证不对低压供电装置3造成损伤，即使高压供电装置1的多余的电能还没有完全传输给低压供电装置3，也不能再向低压供电装置3传输电能了。

同理，当高压供电装置1的电压较低，双向逆变器5就需要控制低压供电装置3的电能传输至高压供电装置1。但是当低压供电装置3的电压低于12V时，为了保证不对低压供电装置3造成损伤，即使高压供电装置1的的电能还不到其正常工作的电压，低压供电装置3也不能再向高压供电装置1输电能了。

本发明提供了一种增程式车辆的供电系统，将双向逆变器的一端连接高压供电装置，另一端连接低压供电装置，仅通过双向逆变器就可以实现在低压供电装置的电压过低时，高压供电装置的电压可以供给至低压供电装置，从而使低压供电装置维持正常的工作状态；而当高压供电装置的电压过低时，低压供电装置的电压可以供给至高压供电装置，从而使高压供电装置能够维持正常的工作状态。本发明通过双向逆变器，将高压供电装置的多余的电能存至低压供电装置中，这部分电能可以在高压供电装置故障的情况下，供给至高压供电装置，由此，解决了因动力电池包发生故障，与高压供电装置断开，从而造成的电压波动，进一步使得高压负载无法正常工作的问题。

实施例2

根据实施例1提供的一种增程式车辆的供电系统，本实施例提供了一种增程式车辆供电系统的控制方法，如图3至图7所示。

本实施例提供的增程式车辆供电系统的控制方法中，增程式车辆的供电系统包括实施例1中的双向逆变器5，且该控制方法具体包括以下步骤：

首先，判断增程式车辆供电系统的高压供电装置的动力电池包是否发生了故障。

若是，则双向逆变器控制增程式车辆供电系统中的低压供电装置产生的电能流向高压供电装置，并维持高压供电装置的第一目标电压；

若否，则双向逆变器控制增程式车辆供电系统中的高压供电装置产生的电能流向低压供电装置，并维持低压供电装置的第二目标电压。

也就是说，如果在第一步骤中判断结果为增程式车辆的高压供电装置的动力电池包发生了故障，则双向逆变器就需要控制低压供电装置产生的电能流向高压供电装置，从而维持高压供电装置的正常工作电压。

如果在第一步骤中判断结果为增程式车辆的高压供电装置的动力电池包并没有发生故障，则双向逆变器仅仅控制高压供电装置的电能流向低压供电装置，从而维持低压供电装置的正常工作电压即可。

本实施例中，第一目标电压的范围为340V至360V，第二目标电压的范围为10V至16V。也就是说，高压供电装置的正常工作电压约为340V至360V，低压供电装置的正常工作电压约为10V至16V。其中，第一目标电压值可以是340、345、350、355或360，第二目标电压值可以是10、11、12、13、14、15或16。

当低压供电装置的电压值在第二目标电压值的范围外时，双向逆变器停止控制低压供电装置产生的电能流向高压供电装置，或双向逆变器停止控制高压供电装置产生的电能流向低压供电装置。也可以是双向逆变器停止控制低压供电装置产生的电能流向高压供电装置，且停止控制高压供电装置产生的电能流向低压供电装置。

具体的，如图4所示的增程式车辆供电系统的控制方法的控制流程图中，示出了增程式车辆的高压供电装置的动力电池包发生了故障时，以高压供电装置的电压为控制目标的示意图。其中，通过PID调节和双向逆变器的电压调节，使得高压供电装置的实际电压与设定的电压逐渐相等。

进一步地，维持高压供电装置的第一目标电压的方法为：通过控制高压供电装置的增程器的输出功率，以维持高压供电装置的第一目标电压。

需要说明的是，通过控制高压供电装置的增程器的输出功率维持高压供电装置的第一目标电压分为第一阶段和第二阶段。此外，增程式车辆供电系统还包括整车控制器。

该第一阶段的控制方法包括以下步骤：

整车控制器设定动力电池包的电流为零；

根据动力电池包的实际电流参考值与动力电池包的电压值计算动力电池包的功率；

将动力电池包的功率与增程式车辆的驱动电机的需求功率相加，以得到增程器的输出功率；具体参考图5。第一阶段主要是动力电池包在刚出现故障时，高压供电装置需要下高压电。此时需要先将高压负载零功率，经过一定的时间，如0.1秒或其他时间，再断开动力电池包。

该第二阶段的控制方法包括以下步骤：

整车控制器设定高压供电装置的电压为第一目标电压；

根据第一目标电压与动力电池包母线电压的差值计算参考电压值，并根据参考电压值与动力电池包的实际电流计算动力电池包的功率；

将动力电池包的功率与增程式车辆的驱动电机的需求功率相加，以得到增程器的输出功率；具体参考图6。第二阶段主要是指稳定阶段。即动力电池包断开后采取的控制方案。在第二阶段中，动力电池包的设定电压需要与高压供电装置的第一目标电压保持一致。

需要说明的是，如图7所示，整车控制器与增程器、动力电池包和双向逆变器连接，且能够传输控制信号。整车控制器还与驱动电机和高压负载连接，且传输控制信号。

也就是说，在本实施例中，整车控制器能够协调控制各高压负载，并接收和发送信息。具体的，整车控制器能够接收和发送的信息有，当动力电池包发生故障时，整车控制器会接收到动力电池包故障的信息；此外，整车控制器还能够向双向逆变器发送第一目标电压和第二目标电压；更进一步，整车控制器还能够向增程器和高压负载发送功率的目标值。

本发明提供了一种增程式车辆供电系统的控制方法，在低压供电装置的电压过低时，高压供电装置的电压可以供给至低压供电装置，从而使低压供电装置维持正常的工作状态；而当高压供电装置的电压过低时，低压供电装置的电压可以供给至高压供电装置，从而使高压供电装置能够维持正常的工作状态。本发明通过双向逆变器，将高压供电装置的多余的电能存至低压供电装置中，这部分电能可以在高压供电装置故障的情况下，供给至高压供电装置，由此，解决了因动力电池包发生故障，与高压供电装置断开，从而造成的电压波动，进一步使得高压负载无法正常工作的问题。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变，包括做出若干简单推演或替换，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种增程式车辆的供电系统，其特征在于，包括：

高压供电装置，与高压负载连接，以为所述高压负载提供电能；

低压供电装置，与低压负载连接，以为所述低压负载提供电能；

双向逆变器，所述双向逆变器的一端与所述高压供电装置连接，另一端与所述低压供电装置连接，并控制所述高压供电装置产生的电能流向所述低压供电装置，以增大所述低压供电装置的电压；和/或，

控制所述低压供电装置产生的电能流向所述高压供电装置，以增大所述高压供电装置的电压，并通过控制所述高压供电装置的增程器的输出功率维持所述高压供电装置的第一目标电压，且所述通过控制所述高压供电装置的增程器的输出功率维持所述高压供电装置的所述第一目标电压分为第一阶段和第二阶段；

整车控制器；

所述第一阶段的控制方法包括：

所述整车控制器设定动力电池包的电流为零；

根据所述动力电池包的实际电流参考值与所述动力电池包的电压值计算所述动力电池包的功率；

将所述动力电池包的功率与增程式车辆的驱动电机的需求功率相加，以得到增程器的输出功率；

所述第二阶段的控制方法包括：

所述整车控制器设定所述高压供电装置的电压为第一目标电压；

根据所述第一目标电压与所述动力电池包母线电压的差值计算参考电压值，并根据所述参考电压值与所述动力电池包的实际电流计算所述动力电池包的功率；

将所述动力电池包的功率与所述增程式车辆的驱动电机的需求功率相加，以得到所述增程器的输出功率。

2.如权利要求1所述的增程式车辆的供电系统，其特征在于，所述高压供电装置包括增程器和动力电池包，且所述增程器与所述动力电池包并联。

3.如权利要求2所述的增程式车辆的供电系统，其特征在于，当所述低压供电装置的电压低于第一阈值时，所述双向逆变器停止控制所述低压供电装置产生的电能流向所述高压供电装置；

当所述低压供电装置的电压高于第二阈值时，所述双向逆变器停止控制所述高压供电装置产生的电能流向所述低压供电装置。

4.如权利要求3所述的增程式车辆的供电系统，其特征在于，所述第一阈值的范围为10V至12V；所述第二阈值的范围为14V至16V。

5.如权利要求4所述的增程式车辆的供电系统，其特征在于，所述低压供电装置为蓄电池。

6.一种增程式车辆供电系统的控制方法，其特征在于，所述增程式车辆供电系统包括双向逆变器和整车控制器；包括以下步骤：

判断所述增程式车辆供电系统的高压供电装置的动力电池包是否发生故障；

若是，则所述双向逆变器控制所述增程式车辆供电系统中的低压供电装置产生的电能流向所述高压供电装置，并通过控制所述高压供电装置的增程器的输出功率维持所述高压供电装置的第一目标电压，且所述通过控制所述高压供电装置的增程器的输出功率维持所述高压供电装置的所述第一目标电压分为第一阶段和第二阶段；

所述第一阶段的控制方法包括：

所述整车控制器设定所述动力电池包的电流为零；

根据所述动力电池包的实际电流参考值与所述动力电池包的电压值计算所述动力电池包的功率；

将所述动力电池包的功率与增程式车辆的驱动电机的需求功率相加，以得到增程器的输出功率；

所述第二阶段的控制方法包括：

所述整车控制器设定所述高压供电装置的电压为第一目标电压；

根据所述第一目标电压与所述动力电池包母线电压的差值计算参考电压值，并根据所述参考电压值与所述动力电池包的实际电流计算所述动力电池包的功率；

将所述动力电池包的功率与所述增程式车辆的驱动电机的需求功率相加，以得到所述增程器的输出功率；

若否，则所述双向逆变器控制所述增程式车辆供电系统中的高压供电装置产生的电能流向所述低压供电装置，并维持所述低压供电装置的第二目标电压。

7.如权利要求6所述的增程式车辆供电系统的控制方法，其特征在于，所述第一目标电压的范围为340V至360V，所述第二目标电压的范围为10V至16V。

8.如权利要求7所述的增程式车辆供电系统的控制方法，其特征在于，当所述低压供电装置的电压值在所述第二目标电压值的范围外时，所述双向逆变器停止控制所述低压供电装置产生的电能流向所述高压供电装置；和/或，

停止控制所述高压供电装置产生的电能流向所述低压供电装置。

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