CN112622649B - 用于串联增程式新能源车的发电控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于串联增程式新能源车的发电控制系统及方法，发电控制系统包括用电单元、发电单元和控制单元，用电单元和发电单元分别与控制单元连接；其中控制单元获取用电单元的当前电力需求信息，并根据当前电力需求信息确定发电单元需要发出的目标发电功率；控制单元根据目标发电功率控制发电单元输出目标发电功率为用电单元供电。还提供一种用于串联增程式新能源车的发电控制方法。通过获取用电单元的整车电力需求使发电单元发电，使发电单元发出的电功率刚好是用电单元的整车电力需求，达到发电单元的发电功率跟随需求发电的效果，减少车载电池充放电次数提供车载电池使用寿命。

Description

用于串联增程式新能源车的发电控制系统及方法

技术领域

本发明涉及汽车领域，具体是一种用于串联增程式新能源车的发电控制系统及方法。

背景技术

串联增程式新能源车上是使用发动机发电，并用电动机驱动电动车、用车载电池辅助电动车驱动的新型车型。

目前市场上大多是档位控制内燃机发电系统，一般是三挡，低/中/高三档，但是驱动电机根据工况不同所需要的电功率是不同的，低/中/高三档只是3个发电工况点，不能跟随驱动电机复杂多变的功率需求工况，那么导致车载电池要么在充电，要么在放电，这样增加了车载电池充放电的次数或需要增加车载电池的电量，减少了车载电池的使用寿命，增加了使用成本。

发明内容

本发明的目的在于解决增程式新能源车电池的使用成本高的问题。通过获取用电单元的整车电力需求使发电单元发电，使发电单元发出的电功率刚好是用电单元的整车电力需求，达到发电单元的发电功率跟随需求发电的效果，减少车载电池充放电次数提供车载电池使用寿命。

本发明提供一种用于串联增程式新能源车的发电控制系统，包括用电单元、发电单元和控制单元，用电单元和发电单元分别与控制单元连接；其中控制单元获取用电单元的当前电力需求信息，并根据当前电力需求信息确定发电单元需要发出的目标发电功率；控制单元根据目标发电功率控制发电单元输出目标发电功率为用电单元供电。

采用上述方案，发电单元发出的电功率刚好是用电单元的整车电力需求，达到发电单元的发电功率跟随需求发电的效果，车载电池不需要充电放电。也就是说，本实施方式中的跟随发电控制系统代替了现有技术中的串联档位控制系统，发电单元直接根据电力需求发电避免了现有技术中通过设置档位导致电力需求和发电功率不匹配，而使车载电池一直处于充电放电的状态。本控制系统的优点在于使用的车载电池的电量更少，充放电次数更低，而电池的电量和成本成正比关系，充放电次数就是电池的使用寿命，因此本实施方式用在串联增程式新能源车上，可以降低车载电池的使用成本，延长车载电池的使用寿命。

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一种用于串联增程式新能源车的发电控制系统，发电控制系统还包括电池管理单元和车载电池，电池管理单元分别与控制单元连接和车载电池连接，并控制车载电池分别与用电单元、发电单元连接；其中，控制单元获取发电单元的当前发电功率。若当前发电功率大于目标发电功率，控制单元控制发电单元将过剩电能输送并储存在车载电池内，和/或控制发电单元降低发电功率直至与目标发电功率相等。若当前发电功率小于目标发电功率，控制单元控制电池管理单元使车载电池给用电单元补充供电，电池管理单元获取车载电池的电池输出功率，控制单元根据电池输出功率控制发电单元提高发电功率直至与目标发电功率相等。若当前发电功率等于目标发电功率时，控制单元控制电池管理单元使车载电池停止放电。

采用上述方案，通过车载电池吸收和补充用电单元的电功率，以解决用电单元功率需求时间响应比发电单元快的问题，同时车载电池仅仅是功率辅助的作用，主要的电功率由发电单元提供，在电池管理单元控制车载电池补充放电后，发电单元及时根据车载电池的发电功率补充提高发电功率，从而使得车载电池减少放电工作次数和时间，反之也可以减少充电次数和时间。并且采用了电池电功率信号作为发电机功率调节因子，在车载电路里形成一个闭环控制，从而达到发电单元的发电功率与驱动电机和车载元件消耗的电功率相等，让车载电池不参与电功率输出为目的的功率跟随效果。

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一种用于串联增程式新能源车的发电控制系统，用电单元包括驱动电机组件和车载元件组件，驱动电机组件包括驱动电机和驱动电机管理模块，车载元件模块包括车载元件和车载元件管理模块。其中，驱动电机管理模块根据预设的采样周期获取驱动电机的电力需求信息，并将驱动电机的电力需求信息发给控制单元。车载元件管理模块根据预设的采样周期同步获取车载元件的电力需求信息，并将车载元件的电力需求信息发给控制单元；控制单元根据驱动电机的电力需求信息和车载元件的电力需求信息得到当前电力需求信息。

采用上述方案，引入采样时间可以使发电单元稳定的进行功率调整，充分考虑到了发电单元的响应时间，也使得发电单元给车载电池充放电的过程更加稳定，避免频繁改变充放电过程。

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一种用于串联增程式新能源车的发电控制系统，发电单元包括内燃机组件和发电机组件，内燃机组件发电的需求净功率等于发电单元发电时的能耗损失和目标发电功率之和。并且，控制单元根据内燃机组件的最佳燃油消耗曲线确定需求净功率对应的初始转速。控制单元对初始转速进行可响应校正处理，以获得内燃机组件做功可响应跟随的目标转速，并根据目标转速计算得到内燃机组件做功可响应跟随的目标扭矩，控制单元控制内燃机组件根据目标扭矩和目标转速带动发电机组件发电。

采用上述方案，内燃机组件始终工作在最佳燃油消耗曲线上，也就是内燃机组件始终工作在高效曲线上，利用高效曲线节省了燃油。同时提供了如何解决将驱动电机无规则的电功率需求转化为内燃机组件能响应功率跟随的问题的方法。即先确定内燃机组件需求净功率，然后该根据内燃机的最佳燃油消耗曲线查出对应的转速，然后将该无规则的转速转换为可响应跟随的目标转速，该目标转速同时也是发电机的目标转速，再根据目标转速、功率和扭矩的函数关系获取内燃机组件发电的目标扭矩，发电机组件的扭矩等于内燃机组件的扭矩，这时候发电机的发电功率就是内燃机的发电的机械功率。

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一种用于串联增程式新能源车的发电控制系统，控控制单元对初始转速进行可响应校正处理的方法包括：将初始转速随时间变化的波形处理为方波信号得到方波转速信号，波形处理的方法为根据发电机所有的工作转速的数值范围划分为若干个转速区间、并将落入同一个转速区间内的所有的转速定义为同一定义值。将方波转速信号进行稳定延迟处理得到可响应时间转速信号，稳定延迟处理的方法为每采集到一个方波转速信号，即保持方波转速信号在可响应最小周期时间内不变。将可响应时间转速信号进行比例积分微分控制处理得到目标转速。

采用上述方案，整车控制单元需要对内燃机的转速进行可响应校正处理，主要是对转速与时间的波形进行处理，该信号在通过本实施方式提供的方法进行处理后将因用电单元实时变化的用电需求导致的无规则的转速随时间变化的信号，变为内燃机可以跟随的目标转速，解决了因当前技术限制发电机无法准确跟随用电需求发电的问题，使发电过程更加稳定可靠。

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一种用于串联增程式新能源车的发电控制系统，发电机所有的工作转速的数值范围划分为50-150个转速区间，每个转速区间的定义值为转速区间内的中间值；可响应最小周期时间为3-7秒；目标转速与可响应时间转速信号满足关系y＝a*x+(1-a)y；其中y是目标转速，x是可响应时间转速信号，a常数的区间为[0，1]。

采用上述方案，可以校正现有市面上绝大多数的发电机内燃机组，校正效果较好。

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一种用于串联增程式新能源车的发电控制系统，控制单元从电池管理单元获取车载电池的电量，并根据电量校正发电单元的发电功率；并且若电量小于预设的电量阀值，控制单元根据目标转速和发动机外特性曲线确定内燃机组件的最大扭矩，并且控制内燃机组件以目标转速和最大扭矩带动发电机组件以最大功率发电。若电量大于预设的电量阀值，内燃机组件以目标转速在最佳燃油消耗曲线对应的功率发电。

采用上述方案，可以保护电池电量，避免因发电功率误差导致的车载电池损耗使电池电量处于过低的状态。

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一种用于串联增程式新能源车的发电控制系统，控制单元给内燃机组件设置最小净功率阀值，若需求净功率小于最小净功率阀值，控制单元控制内燃机组件以最小净功率阀值工作。

采用上述方案，有些内燃机低功率时的热效率较低，为了避免这个问题，在控制单元计算的需求净功率的程序中，可以设置内燃机组件的输出净功率最小值以避免热效率过低。也就是说，只要内燃机组件带动发电机组件发电，则内燃机的输出功率不能小于设置的最小净功率阀值。

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一种用于串联增程式新能源车的发电控制系统，还包括操作汽车加速或刹车的操作组件，若驾驶员通过控制操作组件刹车，操作组件发送刹车信号给控制单元，控制单元从电池管理单元获取车载电池的电量，并根据电量判断是否能量回收。当进行能量回收时，控制单元控制驱动电机管理模块，让驱动电机管理模块发出负扭矩信号使驱动电机发电，并通过驱动电机管理模块将电量输送到车载电池储存，并且若驱动电机负扭矩达不到制动目标，则控制单元将计算剩余的负扭矩，通过控制电子刹车泵进行机械制动补偿制动目标。当不进行能量回收时，控制单元控制电子刹车泵进行机械制动。

采用上述方案，可以进行能量回收，将刹车时的电机负扭矩转化为电能储存，节约能源降低使用成本。

本发明还提供一种用于串联增程式新能源车的发电控制方法，该方法应用于发电控制系统，发电控制系统包括用电单元、发电单元和控制单元，用电单元和发电单元分别与控制单元连接；其中控制单元获取用电单元的当前电力需求信息，并根据当前电力需求信息确定发电单元需要发出的目标发电功率；控制单元根据目标发电功率控制发电单元输出目标发电功率为用电单元供电。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种用于串联增程式新能源车的发电控制系统和方法，发电单元发出的电功率刚好是用电单元的整车电力需求，达到发电单元的发电功率跟随需求发电的效果，车载电池不需要充电放电。也就是说，本实施方式中的跟随发电控制系统代替了现有技术中的串联档位控制系统，发电单元直接根据电力需求发电避免了现有技术中通过设置档位导致电力需求和发电功率不匹配，而使车载电池一直处于充电放电的状态。本控制系统的优点在于使用的车载电池的电量更少，充放电次数更低，而电池的电量和成本成正比关系，充放电次数就是电池的使用寿命，因此本实施方式用在串联增程式新能源车上，可以降低车载电池的使用成本，延长车载电池的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施方式中的用于串联增程式新能源车的发电控制系统的控制流程方框示意图；

图2为本发明实施方式中的用于串联增程式新能源车的发电控制系统的控制原理方框示意图；

图3为本发明实施方式中的用于串联增程式新能源车的发电控制系统的控制流程方框示意图；

图4为本发明实施方式中的用于串联增程式新能源车的发电控制系统的控制原理方框示意图；

图5为本发明实施方式中的用于串联增程式新能源车的发电控制系统的可响应校正处理流程的方框示意图；

图6为本发明实施方式中的用于串联增程式新能源车的发电控制系统的控制原理方框示意图。

附图说明：

10：发电单元；

11：内燃机组件；12：发电机组件；

20：控制单元；

30：用电单元；

31：驱动电机组件；32：车载元件组件；

40：电池管路单元；

41：车载电池；

50：操作组件。

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

本实施例提供一种用于串联增程式新能源车的发电控制系统，如图1和图2所示，包括用电单元30、发电单元10和控制单元20，用电单元30和发电单元10分别与控制单元20连接；其中控制单元20获取用电单元30的当前电力需求信息，并根据当前电力需求信息确定发电单元10需要发出的目标发电功率；控制单元20根据目标发电功率控制发电单元10输出目标发电功率为用电单元30供电。

具体地，本实施方式中的用电单元30可以包括用电单元30可以是用电设备(例如驱动电机和车载元件)和控制、监测用电设备的传感器和控制器，例如，用电单元30包括驱动电电机和控制驱动电机的而使用直流电压转换器。控制单元20可以是整车控制器或者额外设置的发电控制器。

具体当前电力需求信息的获取方式，本领域技术人员可根据实际需要进行设计，只要能反应整车用电设备的用电需求即可。

例如，可以将用电设备的当前耗电功率作为当前电力需求信息。或者，现有的电动车用电设备主要是驱动电机，在一些车型中，由于车载元件的功耗较低也可以将当前电力需求信息视为驱动电机电功率信号和某一经计算得到的电功率常数信号。或者，在发电机不做功的情况下，给用电设备的电力全部来自车载电池41，此时将车载电池41与用电设备整体视作用电单元30，则可直接将车载电池41的输出功率信号作为当前电力需求信息，待发电机发电满足整车电力需求车载电池41则可不再发电。

采用上述方案，发电单元10发出的电功率刚好是用电单元30的整车电力需求，达到发电单元10的发电功率跟随需求发电的效果，车载电池41不需要充电放电。也就是说，本实施方式中的跟随发电控制系统代替了现有技术中的串联档位控制系统，发电单元10直接根据电力需求发电避免了现有技术中通过设置档位导致电力需求和发电功率不匹配，而使车载电池41一直处于充电放电的状态。本控制系统的优点在于使用的车载电池41的电量更少，充放电次数更低，而电池的电量和成本成正比关系，充放电次数就是电池的使用寿命，因此本实施方式用在串联增程式新能源车上，可以降低车载电池41的使用成本，延长车载电池41的使用寿命。

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一种用于串联增程式新能源车的发电控制系统，如图3和图4所示，发电控制系统还包括电池管理单元40和车载电池41，电池管理单元40分别与控制单元20连接和车载电池41连接，并控制车载电池41分别与用电单元30、发电单元10连接；其中，控制单元20获取发电单元10的当前发电功率。

具体地，若当前发电功率大于目标发电功率，控制单元20控制发电单元10将过剩电能输送并储存在车载电池41内，和/或控制发电单元10降低发电功率直至与目标发电功率相等。若当前发电功率小于目标发电功率，控制单元20控制电池管理单元40使车载电池41给用电单元30补充供电，电池管理单元40获取车载电池41的电池输出功率，控制单元20根据电池输出功率控制发电单元10提高发电功率直至与目标发电功率相等。若当前发电功率等于目标发电功率时，控制单元20控制电池管理单元40使车载电池41停止放电。

更具体地，现有技术中的一些发电单元10响应时间比用电设备(例如驱动电机)需求功率响应时间慢。在这种情况下通过车载电池41吸收和补充用电设备的电功率，以解决用电设备功率需求时间响应比发电单元10快的问题，同时车载电池41仅仅是功率辅助的作用，主要的电功率由发电单元10提供。

例如，当发电单元10发出的电功率大于驱动电机与车载元件需求功率时候，有部分电能输送并储存在车载电池41里面，当发电机发出的电功率小于驱动电机与车载元件需求功率时候，发电机没有及时响应发电补充短缺的功率，而此时车载电池41供电补充了短缺部分电功率，车载电池41和发电机一起供给驱动电机和车载元件提供电，直至发电单元10的发电功率满足驱动电机与车载元件的需求功率，此时发动机发出的电功率等于驱动电机与车载元件需求的电功率，车载电池41不需要充放电。

需要理解的是，在一些实验车型或者在可预期的技术进步下，发电机的响应时间与用电设备需求功率响应时间的差距会极大缩小，直至忽略不记。在此情况下，发电单元10发出的电功率实时等于用电单元30的整车电力需求的方案也在本发明的保护范围内。

为方便理解，以下以驱动电机和空调(空调为耗电的主要车载元件)作为用电单元30的电动车在刚启动行进的阶段为例介绍控制过程：

电动车在刚启动行进的阶段，将驱动电机和空调的电功率之和作为发电单元10的初始基本输出功率，初始基本输出功率为该阶段的目标发电功率。在继续行进过程中，因为用电需求发生变化(如电动车加速、开启车载娱乐系统等)或者发电单元10发电效率变化等因素，发电单元10实际发出的当前发电功率小于整车需要的目标发电功率，此时需要引入发电机净功率调节因子调节发电单元10改变发电功率，由于在当前发电功率小于目标发电功率时，车载电池41补充供电，则可以将车载电池41的输出功率作为发电机净功率调节因子。这时候发电单元10需要发出的目标发电功率为初始基本输出功率与发电机净功率调节因子之和。如再继续行进，下一阶段的目标发电功率为当前目标发电功率与发电机净功率调节因子之和。直至当前发电功率等于目标发电功率，此时车载电池41不需要输出功率，当前发电功率与目标发电功率达到平衡。

采用上述方案，通过车载电池41吸收和补充用电单元30的电功率，以解决用电单元30功率需求时间响应比发电单元10快的问题，同时车载电池41仅仅是功率辅助的作用，主要的电功率由发电单元10提供，在电池管理单元40控制车载电池41补充放电后，发电单元10及时根据车载电池41的发电功率补充提高发电功率，从而使得车载电池41减少放电工作次数和时间，反之也可以减少充电次数和时间。并且采用了电池电功率信号作为发电机功率调节因子，在车载电路里形成一个闭环控制，从而达到发电单元10的发电功率与驱动电机和车载元件消耗的电功率相等，让车载电池41不参与电功率输出为目的的功率跟随效果。

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一种用于串联增程式新能源车的发电控制系统，如图4所示，用电单元30包括驱动电机组件31和车载元件组件32，驱动电机组件31包括驱动电机和驱动电机管理模块，车载元件模块包括车载元件和车载元件管理模块。其中，驱动电机管理模块根据预设的采样周期获取驱动电机的电力需求信息，并将驱动电机的电力需求信息发给控制单元20。车载元件管理模块根据预设的采样周期同步获取车载元件的电力需求信息，并将车载元件的电力需求信息发给控制单元20；控制单元20根据驱动电机的电力需求信息和车载元件的电力需求信息得到当前电力需求信息。

具体地，车载元件可以是例如空调、车灯、车载娱乐系统、雨刮等常见的车载用电电器。每过经过采用周期的采样时间获取驱动电机和车载元件所需要的电功率信号，作为发电单元10需要发出的电功率的输入信号。

需要理解的是，采样时间可以根据设计需要和发电单元10的性能进行选择，如设定驱动电机管理模块和车载元件管理模块每5秒采集一次用电需求。

采用上述方案，引入采样时间可以使发电单元10稳定的进行功率调整，充分考虑到了发电单元10的响应时间，也使得发电单元10给车载电池41充放电的过程更加稳定，避免频繁改变充放电过程。

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一种用于串联增程式新能源车的发电控制系统，发电单元10包括内燃机组件11和发电机组件12，内燃机组件11发电的需求净功率等于发电单元10发电时的能耗损失和目标发电功率之和。

并且，控制单元20根据内燃机组件11的最佳燃油消耗曲线确定需求净功率对应的初始转速。控制单元20对初始转速进行可响应校正处理，以获得内燃机组件11做功可响应跟随的目标转速，并根据目标转速计算得到内燃机组件11做功可响应跟随的目标扭矩，控制单元20控制内燃机组件11根据目标扭矩和目标转速带动发电机组件12发电。

具体地，内燃机组件11包括了内燃机和内燃机控制器，发电机组件12包括了发电机和发电机控制器。内燃机将热能转化为动能，并将动能传递给发电机发电。由于内燃机与发电机是机械连接，内燃机的实际转速就是发电机的实际转速。也就是说，由控制单元20给发电单元10一个目标转速，内燃机会给发电机一个实际转速，为了达到平衡，那么发电机的发电扭矩也等于内燃机的净输出扭矩，也就是说在不考虑发电机与内燃机之间的机械损失，发电机是以内燃机实际扭矩相等的一个发电扭矩发电。发电机的发电功率就是内燃机的发电的机械功率。由于在计算内燃机的需求净功率时，已经考虑到由内燃机机械功率转化为发电机电功率的能耗损失，需求净功率等于发电单元10发电时的能耗损失和目标发电功率之和，所以驱动电机和车载元件消耗的电功率(目标发电功率)小于内燃机发出的机械功率。

需要理解的是，发电单元10发电时的能耗损失包括了发电机的机械和热损失，其中本实施方式中电动机与内燃机之间的传动机械损失可忽略不记。

最佳燃油消耗曲线也称BSFC，为本领域技术人员根据内燃机效率试验检测得出，有时也作为内燃机出厂指标记载在出厂说明中。在内燃机最佳燃油消耗曲线中，净功率对应的转速，该转速就是理论上内燃机需要发出来的转速。同时由于工况是复杂多变的，那么内燃机功率也是复杂多变的，导致给内燃机组件11的转速是无规则的信号，由于内燃机的转速是需要时间响应的，也就是某一转速内燃机需要一定的时间才能跟上，所以控制单元20需要对内燃机组件11的转速进行可响应校正处理。

目标转速N，内燃机发电的净功率P，以及内燃机发电的目标扭矩T满足关系，T＝9550P/N，根据该关系可以根据目标转速和净功率得到目标扭矩。

内燃机的扭矩和转速带动发电机发电的电功率是根据不依靠车载电池41充放电功率为目标、并满足驱动电机和车载元件消耗功率的要求得到的。通过对功率信号的处理可以用较小的车载电池41电量作为辅助充放电来帮助内燃机和发电机进行发电响应。

采用上述方案，内燃机组件11始终工作在最佳燃油消耗曲线上，也就是内燃机组件11始终工作在高效曲线上，利用高效曲线节省了燃油。同时提供了如何解决将驱动电机无规则的电功率需求转化为内燃机组件11能响应功率跟随的问题的方法。即先确定内燃机组件11需求净功率，然后该根据内燃机的最佳燃油消耗曲线查出对应的转速，然后将该无规则的转速转换为可响应跟随的目标转速，该目标转速同时也是发电机的目标转速，再根据目标转速、功率和扭矩的函数关系获取内燃机组件11发电的目标扭矩，发电机组件12的扭矩等于内燃机组件11的扭矩，这时候发电机的发电功率就是内燃机的发电的机械功率。

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一种用于串联增程式新能源车的发电控制系统，如图5所示，控控制单元20对初始转速进行可响应校正处理的方法包括：

一、将初始转速随时间变化的波形处理为方波信号得到方波转速信号，波形处理的方法为根据发电机所有的工作转速的数值范围划分为若干个转速区间、并将落入同一个转速区间内的所有的转速定义为同一定义值。

具体地，划分多少个转速区间，定义值如何取值本领域技术可根据设计需要选择。

例如，将转速为1000-6000rpm内燃机均分为50个区间，则第一个转速区间的范围就是1000-1100rpm，选择转速区间内的最大值作为定义值，在1000-1100rpm的转速区间内的转速均视为1100rpm，这时候初始转速稳定成了1100rpm，也就是说，内燃机的转速在1000-1100rpm时候，转速稳定输出为1050rpm。如果均分成100个区间，那么在1000-1100rpm范围内，可得到两个转速区间，分别是1000-1050rpm和1050-1100rpm，那么对应有2个稳定输出转速，分别为1050rpm和1100rpm。

需要理解的是，从上述举例可知，分成100个转速区间比划分50个转速区间得到的输出转速多，从而使得分100个区间比分50个区间的功率跟随要精确。也就是说，内燃机的转速区间划分越小，那么内燃机稳定的转速就越多。在可预期的技术进步及性能可满足的情况下，本领域技术人员可在可行设计的前提下尽可能多的划分区间。

二、将方波转速信号进行稳定延迟处理得到可响应时间转速信号，稳定延迟处理的方法为每采集到一个方波转速信号，即保持方波转速信号在可响应最小周期时间内不变。

具体地，由于该方波信号变化的时间比较短，内燃机还是无法在短时间内跟随，因此还需进行转速信号稳定延迟处理。本领域技术人员可根据可响应最小周期可根据设计需要选择，本实施方式不作具体规定，在性能可满足的情况下可响应最小周期甚至可以趋向于0。为方便理解例举说明如下：

本实施方式中设定可响应最小周期5秒，即转速信号稳定延迟5秒。也就是说每采集到有一个方波转速信号，即稳定5秒钟，在这5秒钟内，内燃机的转速不随用需求净功率的变化而变化，如此可以使内燃机以某一转速最少有5秒的稳定时间。

三、将可响应时间转速信号进行比例积分微分控制处理得到目标转速。

具体地，由于内燃机不能进行方波型转速的跳跃运转，因此需要进行类似PID信号控制的处理，即根据给定值和实际输出值构成控制偏差，将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。

需要理解的是，本领域技术人员也可以根据设计需要，在满足性能的基础上任选以上三种校正处理方法中的任意一种或几种进行校正，例如是进行方波处理和延迟处理，或只进行延迟处理，上述可组合得到的技术方案均在本发明的保护范围内。此外，在上述三种方法之外，本领域技术人员也可以选择其他校正方法处理转速，只要可以使发电单元10与用电单元30可相互响应即可。在可预期的技术进步下，若发电机可跟随用电需求发电，则校正过程可进一步简化。

采用上述方案，整车控制单元20需要对内燃机的转速进行可响应校正处理，主要是对转速与时间的波形进行处理，该信号在通过本实施方式提供的方法进行处理后将因用电单元30实时变化的用电需求导致的无规则的转速随时间变化的信号，变为内燃机可以跟随的目标转速，解决了因当前技术限制发电机无法准确跟随用电需求发电的问题，使发电过程更加稳定可靠。

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一种用于串联增程式新能源车的发电控制系统，发电机所有的工作转速的数值范围划分为50-150个转速区间，每个转速区间的定义值为转速区间内的中间值；可响应最小周期时间为3-7秒；目标转速与可响应时间转速信号满足关系y＝a*x+(1-a)y；其中y是目标转速，x是可响应时间转速信号，a常数的区间为[0，1]。

具体地，例如内燃机工作转速为1000-6000rpm，划分为50个区间，每个转速区间的定义值为转速区间内的中间值，那么第一个区间的转速就是1000-1100rpm，定义值是1050rpm。也就是说，内燃机的转速在1000-1100rpm时候，转速稳定输出为1050rpm。如果划分为100个区间，那么在1000-1100rpm时候，可得到两个转速区间，分别是1000-1050rpm和1050-1100rpm，那么对应有2个定义值分别为1025rpm和1075rpm。a常数的区间为[0,1]可以保证等式右侧两项为正数。

需要理解的是，本领域技术人员也可以根据最佳燃油消耗曲线查出的转速，进行另外的处理，让内燃机可以进行功率跟随。例如，本方案波形信号去转速跳跃函数为y＝a*x+(1-a)y，本领域技术人员也可以根据其他计算方式控制偏差去波角，

采用上述方案，可以校正现有市面上绝大多数的发电机内燃机组，校正效果较好。

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一种用于串联增程式新能源车的发电控制系统，控制单元20通过电池管理单元40获取车载电池41的电量，并根据电量校正发电单元10的发电功率；并且若电量小于预设的电量阀值，控制单元20根据目标转速和发动机外特性曲线确定内燃机组件11的最大扭矩，并且控制内燃机组件11以目标转速和最大扭矩带动发电机组件12以最大功率发电。若电量大于预设的电量阀值，内燃机组件11以目标转速在最佳燃油消耗曲线对应的功率发电。

具体地，由于内燃机实际转速与理论转速是经过控制单元20处理过的，有时会出现功率差消耗车载电池41电量，控制单元20获取车载电池41的电量进行电池电量控制。若电池电量小于一定的阀值，控制单元20根据目标转速找出发动机外特性最大扭矩，以内燃机目标转速对应的最大功率输出带动发电机发电。以目标转速在最佳燃油消耗曲线对应的功率发电，即是指本文上述根据内燃机组件11始终工作在最佳燃油消耗曲线上时对应的功率发电。

更具体地，发动机外特性曲线是内燃机出厂的必要参数，本领域技术人员可根据实际的内燃机信息查询，根据发动机外特性曲线当燃料供给机构位置达到最大时，所得到的是总功率特性，也称发动机外特性。

需要理解的是，预设的电量阀值本领域技术人员可根据设计需要选择，例如设定电量20％即进行上述控制以保证电池电量在一个安全的范围内。

此外还需要理解的是，在本方案中发电功率跟随需求的前提是内燃机组件11发出的净功率不能小于用电单元30的目标发电功率，不然车载电池41的电量将逐渐消耗掉。因为用电单元30响应时间小于发电单元10的响应时间，若出现程序错误或者设备老化，发电单元10的初始转速经过可响应校正处理后，发电单元10还是始终跟不上根据用电单元30需求得到的需求净功率，那么内燃机组件11将长时间在对应的最大功率上发电，而不是根据最佳燃油消耗曲线发电，造成油耗较大。若出现这个问题，在条件允许的情况下停车，以发电系统最佳工况(发电机发出一度电内燃机消耗最少的燃油时，内燃机所在的转速和扭矩)给车载电池41充电，待充电到车载电池41电量最大阀值，再驾驶车辆。

采用上述方案，可以保护电池电量，避免因发电功率误差导致的车载电池41损耗使电池电量处于过低的状态。

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一种用于串联增程式新能源车的发电控制系统，控制单元20给内燃机组件11设置最小净功率阀值，若需求净功率小于最小净功率阀值，控制单元20控制内燃机组件11以最小净功率阀值工作。

具体地，最小净功率阀值本领域技术人员可根据实际内燃机性能需要设置，本实施方式在此不作具体规定。

采用上述方案，有些内燃机低功率时的热效率较低，为了避免这个问题，在控制单元20计算的需求净功率的程序中，可以设置内燃机组件11的输出净功率最小值以避免热效率过低。也就是说，只要内燃机组件11带动发电机组件12发电，则内燃机的输出功率不能小于设置的最小净功率阀值。

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一种用于串联增程式新能源车的发电控制系统，如图6所示，还包括操作汽车加速或刹车的操作组件50，若驾驶员通过控制操作组件50刹车，操作组件50发送刹车信号给控制单元20，控制单元20从电池管理单元40获取车载电池41的电量，并根据电量判断是否能量回收。

并且，当进行能量回收时，控制单元20控制驱动电机管理模块，让驱动电机管理模块发出负扭矩信号使驱动电机发电，并通过驱动电机管理模块将电量输送到车载电池41储存，并且若驱动电机负扭矩达不到制动目标，则控制单元20将计算剩余的负扭矩，通过控制电子刹车泵进行机械制动补偿制动目标。当不进行能量回收时，控制单元20控制电子刹车泵进行机械制动。

具体地，根据电电量判断是否能量回收是指，当电量小于一定预设阀值，则开启能量回收，例如电池电量小于50％则开始回收刹车时产生的能量。

如图6所示，在本实施方式中操作组件50包括刹车踏板、加速踏板，电子刹车泵刹车通过机械制动带动刹车片实现。使用操作组件50加速时，在发电单元10还未及时发电的情况下，驾驶员操作加速踏板，加速踏板将电子信号传递给控制单元20，控制单元20根据电池管理单元40从车载电池41的获取的电功率，输出信号给驱动电机管理模块，驱动电机管理模块控制电流与三相电变频频率从而控制驱动电机的扭矩和转速。

需要理解的是，图6中单向箭头代表单向信号，如加速踏板和刹车踏板与控制单元20之间为单向信号传递；双向箭头代表双向信号，如电池管理单元40与控制单元20之间为双向信号传递；单实线代表电路，如车载电池41与驱动电机管路模块、驱动电机管路模块与驱动电机之间；双实线代表机械连接，如发电机与内燃机之间的连接。

采用上述方案，可以进行能量回收，将刹车时的电机负扭矩转化为电能储存，节约能源降低使用成本。

本实施例还提供一种用于串联增程式新能源车的发电控制方法，该方法应用于发电控制系统，发电控制系统包括用电单元30、发电单元10和控制单元20，用电单元30和发电单元10分别与控制单元20连接；其中控制单元20获取用电单元30的当前电力需求信息，并根据当前电力需求信息确定发电单元10需要发出的目标发电功率；控制单元20根据目标发电功率控制发电单元10输出目标发电功率为用电单元30供电。

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)

1.一种用于串联增程式新能源车的发电控制系统，其特征在于，包括用电单元、发电单元和控制单元，所述用电单元和所述发电单元分别与所述控制单元连接；其中

所述控制单元获取所述用电单元的当前电力需求信息，并根据所述当前电力需求信息确定所述发电单元需要发出的目标发电功率；

所述控制单元根据所述目标发电功率控制所述发电单元输出所述目标发电功率为所述用电单元供电；其中

所述发电单元包括内燃机组件和发电机组件，所述内燃机组件发电的需求净功率等于所述发电单元发电时的能耗损失和所述目标发电功率之和；并且

所述控制单元根据所述内燃机组件的最佳燃油消耗曲线确定所述需求净功率对应的初始转速；

所述控制单元对所述初始转速进行可响应校正处理，以获得所述内燃机组件做功可响应跟随的目标转速，并根据所述目标转速计算得到所述内燃机组件做功可响应跟随的目标扭矩，所述控制单元控制所述内燃机组件根据所述目标扭矩和所述目标转速带动所述发电机组件发电；并且

所述控制单元对所述初始转速进行可响应校正处理的方法包括：

将所述初始转速随时间变化的波形处理为方波信号得到方波转速信号，所述波形处理的方法为根据发电机所有的工作转速的数值范围划分为若干个转速区间、并将落入同一个所述转速区间内的所有的转速定义为同一定义值；

将所述方波转速信号进行稳定延迟处理得到可响应时间转速信号，所述稳定延迟处理的方法为每采集到一个所述方波转速信号，即保持所述方波转速信号在可响应最小周期时间内不变；

将所述可响应时间转速信号进行比例积分微分控制处理得到所述目标转速。

2.根据权利要求1所述的用于串联增程式新能源车的发电控制系统，其特征在于，所述发电控制系统还包括电池管理单元和车载电池，所述电池管理单元分别与所述控制单元连接和所述车载电池连接，并控制所述车载电池分别与所述用电单元、所述发电单元连接；其中，

所述控制单元获取所述发电单元的当前发电功率；

若所述当前发电功率大于所述目标发电功率，所述控制单元控制所述发电单元将过剩电能输送并储存在所述车载电池内，和/或控制所述发电单元降低发电功率直至与所述目标发电功率相等；

若所述当前发电功率小于所述目标发电功率，所述控制单元控制所述电池管理单元使所述车载电池给所述用电单元补充供电，所述电池管理单元获取所述车载电池的电池输出功率，所述控制单元根据所述电池输出功率控制所述发电单元提高发电功率直至与所述目标发电功率相等；

若所述当前发电功率等于所述目标发电功率时，所述控制单元控制所述电池管理单元使所述车载电池停止放电。

3.根据权利要求2所述的用于串联增程式新能源车的发电控制系统，其特征在于，所述用电单元包括驱动电机组件和车载元件组件，所述驱动电机组件包括驱动电机和驱动电机管理模块，所述车载元件模块包括车载元件和车载元件管理模块；其中，

所述驱动电机管理模块根据预设的采样周期获取所述驱动电机的电力需求信息，并将所述驱动电机的电力需求信息发给所述控制单元；

所述车载元件管理模块根据预设的所述采样周期同步获取所述车载元件的电力需求信息，并将所述车载元件的电力需求信息发给所述控制单元；

所述控制单元根据所述驱动电机的电力需求信息和所述车载元件的电力需求信息得到所述当前电力需求信息。

4.根据权利要求1所述的用于串联增程式新能源车的发电控制系统，其特征在于，

所述发电机所有的工作转速的数值范围划分为50-150个所述转速区间，每个所述转速区间的所述定义值为所述转速区间内的中间值；

所述可响应最小周期时间为3-7秒；

所述目标转速与所述可响应时间转速信号满足关系y＝a*x+(1-a)y；其中

y是所述目标转速，x是所述可响应时间转速信号，a常数的区间为[0,1]。

5. 根据权利要求2所述的用于串联增程式新能源车的发电控制系统，其特征在于，

所述控制单元通过所述电池管理单元获取所述车载电池的电量，并根据所述电量校正所述发电单元的发电功率；并且

若所述电量小于预设的电量阀值，所述控制单元根据所述目标转速和发动机外特性曲线确定所述内燃机组件的最大扭矩，并且控制所述内燃机组件以所述目标转速和所述最大扭矩带动所述发电机组件以最大功率发电；

若所述电量大于预设的所述电量阀值，所述内燃机组件以所述目标转速在最佳燃油消耗曲线对应的功率发电。

6.根据权利要求1所述的用于串联增程式新能源车的发电控制系统，其特征在于，

所述控制单元给所述内燃机组件设置最小净功率阀值，若所述需求净功率小于所述最小净功率阀值，所述控制单元控制所述内燃机组件以所述最小净功率阀值工作。

7.根据权利要求3所述的用于串联增程式新能源车的发电控制系统，其特征在于，还包括操作汽车加速或刹车的操作组件，若驾驶员通过控制所述操作组件刹车，所述操作组件发送刹车信号给所述控制单元，所述控制单元从所述电池管理单元获取所述车载电池的电量，并根据所述电量判断是否能量回收；

当进行能量回收时，所述控制单元控制所述驱动电机管理模块，让所述驱动电机管理模块发出负扭矩信号使所述驱动电机发电，并通过所述驱动电机管理模块将电量输送到所述车载电池储存，并且若所述驱动电机负扭矩达不到制动目标，则所述控制单元将计算剩余的负扭矩，通过控制电子刹车泵进行机械制动补偿制动目标；

当不进行能量回收时，所述控制单元控制电子刹车泵进行机械制动。

8.一种用于串联增程式新能源车的发电控制方法，其特征在于，应用于发电控制系统，所述发电控制系统包括用电单元、发电单元和控制单元，所述用电单元和所述发电单元分别与所述控制单元连接；其中

所述控制单元获取所述用电单元的当前电力需求信息，并根据所述当前电力需求信息确定所述发电单元需要发出的目标发电功率；

所述控制单元根据所述目标发电功率控制所述发电单元输出所述目标发电功率为所述用电单元供电；其中

所述发电单元包括内燃机组件和发电机组件，所述内燃机组件发电的需求净功率等于所述发电单元发电时的能耗损失和所述目标发电功率之和；并且

所述控制单元根据所述内燃机组件的最佳燃油消耗曲线确定所述需求净功率对应的初始转速；

所述控制单元对所述初始转速进行可响应校正处理，以获得所述内燃机组件做功可响应跟随的目标转速，并根据所述目标转速计算得到所述内燃机组件做功可响应跟随的目标扭矩，所述控制单元控制所述内燃机组件根据所述目标扭矩和所述目标转速带动所述发电机组件发电；并且

所述控制单元对所述初始转速进行可响应校正处理的方法包括：

将所述初始转速随时间变化的波形处理为方波信号得到方波转速信号，所述波形处理的方法为根据发电机所有的工作转速的数值范围划分为若干个转速区间、并将落入同一个所述转速区间内的所有的转速定义为同一定义值；

将所述方波转速信号进行稳定延迟处理得到可响应时间转速信号，所述稳定延迟处理的方法为每采集到一个所述方波转速信号，即保持所述方波转速信号在可响应最小周期时间内不变；

将所述可响应时间转速信号进行比例积分微分控制处理得到所述目标转速。

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