CN113291165B - 用于增程式汽车的功率跟随实时控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于增程式汽车的功率跟随实时控制方法，包括如下步骤，将整车运行工况分为正常运行工况和极端工况然后通过正常工况功率跟随控制方法尽量保证增程器发电量直接用于负载需求、减少电池的充放电，减少能量传递过程中的损失，提升系统效率，节约油耗，同时，采用极端工况功率跟随控制方法，实现没有电池作为缓冲，增程器发电功率需实时跟随负载需求进行变化，同时兼顾功率点调节的速度，提升NVH性能及驾驶舒适性。本发明根据电池电量状态、负载需求功率动态调节增程器发电功率，保证增程器系统工作在最佳效率区间，并兼顾功率点切换的平顺性，实现节油的同时提升驾驶舒适性。同时考虑特殊工况下增程器的功率跟随运行情况。

Description

用于增程式汽车的功率跟随实时控制方法

技术领域

本发明涉及增程汽车控制技术领域，尤其涉及用于增程式汽车的功率跟随实时控制方法。

背景技术

以目前纯电动汽车的发展状况，续航问题一直是令客户焦虑的问题，无法完全满足消费者需求，这意味着在一定时期内，还需要过渡方案。而增程式电动汽车有接近穿电动汽车的特性，又能解决消费者里程焦虑问题，同时能够满足消费者大多数出行场景，是一个较好的过渡方案。

以发动机+发电机配合运转为核心特征的增程式汽车通过优化增程器、动力电池和电机硬件性能及控制方案，可以实现较好节油控制、并很好地兼容纯电平台。

目前，增程控制系统控制策略不管是基于功率点控制还是功率跟随控制，均是基于电池系统状态良好的情况下，电池系统可以吸收增程器发出的多余电量，也在增程器提供的功率不足时补充功率，因此对于增程器发电功率调节的实时性要求不高。

增程器的运行功率，以及增程器工作状态的切换未充分考虑到整车的实时工况，仅依据增程器本身的工作特性来决定是否工作、工作的功率值。在増程器工作过程中，如果没有一个控制系统来根据实车的电池状态、驾驶员需求、驱动系统可用功率等实时条件来计算増程器的运行功率，就可能会造成整车油耗过大、动力电池过充等问题。尤其是当电池在极低温条件下或者严重故障情况下无法充放电或者允许充放电电流很小，此时若使车辆行驶，需要增程系统实时调节发电功率以满足负载的波动变化，此时对功率调节的实时性要求极高。而且，如果在行车过程中遇到电池故障或者极低温环境下车辆启动阶段，电池不具备正常充放电能力，此时车辆仍然需要低速行驶脱困，此时如果增程系统发电功率大于负载需求，会导致多余电量对电池进行充电，如果过流会导致电池不可逆破坏，同时可能会对高压系统产生破坏；如果发电功率小于负载，可能导致车辆不能正常行驶。因此需要一种控制方法有效调节增程系统发电功率值得大小，以满足车辆行驶。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于增程式汽车的功率跟随实时控制方法，采用自适应功率跟随控制算法确定增程式汽车在电池异常充放电情况下增程控制系统的发电功率值。

 本发明采用的技术方案为：

用于增程式汽车的功率跟随实时控制系统，包括以下步骤

首先，确定工况情况是否正常，具体判定方法为：当电池SOC大于10%且无三级及三级以上故障报出时，认为是正常工况；电池SOC<10%或者电池报三级及三级以上故障时时为非正常工况；当工况为正常工况时，具体包括如下步骤：

步骤1，当电池实际电量SOC小于最大设定值SOCmax，且驱动功率Pdrv、附件消耗功率P附件、电池当前可充电功率Pbatchg之和大于等于增程器最小发电功率PgenMin时，判断SOC值与设定值SOCmin的大小，如果SOC小于最大设定值SOCmin进入步骤2，反之进入步骤3；

步骤2，VCU发送增程器启动指令启动增程器，增程器启动成功后，VCU请求的发电功率Pgen为增程器最佳工况点功率Pbest，此时调整负载功率（Pdrv+P附件）为最小值，保证电池快速充电，将电池电量快速提升至最小设定值SOCmin；

步骤3，当电池电量达到设定范围SOCmin<SOC<SOCmax时，在当前电量基础上设定2kWh可用电量，折算出相对的SOC1，相对SOC1=（设定电量-消耗电量）/设定电量；当电池电量SOC≥SOCmax时，进入步骤4，当电池电量SOC＜SOCmin时，进入步骤2；

保持电池相对电量在一定范围内，即SOC1<SOC1max时，进行增程器功率点控制；

步骤4，当系统最大可吸收功率即Pdrv+P附件+Pbatchg，小于增程器最小发电功率PgenMin，或者当电池相对电量SOC1大于最大设定值SOC1max时，进入增程器停机控制，VCU控制增程器停机。

所述步骤3中增程器功率点控制具体包括如下步骤：

首先，启动增程器后增程器以最小发电功率运行，VCU请求发电功率Pgen=PgenMin，其次VCU根据负载消耗向增程器APU发送功率请求，发电功率请求值Pgen要小于增程器的最大可用发电功率PgenMax；

当负载需求功率即Pdrv+P附件小于增程器最佳效率功率点Pbest时,增程器以最佳功率点运行即Pgen=Pbest；

当负载需求功率即Pdrv+P附件大于增程器最佳效率功率点Pbest，且相对SOC1大于等于相对电量最小设定值SOC1min时，增程器仍以最佳功率点运行即Pgen=Pbest；

当负载需求功率Pdrv+P附件大于增程器最佳效率功率点Pbest，且相对SOC1小于相对电量最小设定值SOC1min时，增程器发电功率值取最佳功率点附件相对最佳点进行工作，且增程器发电功率请求值Pgen应该增程器最大可用发电功率值PgenMax和系统最大可吸收功率Pdrv+P附件+Pbatchg之间取最小

当工况为非正常时，具体当电池严重故障，无法正常充放电时，具体步骤如下：

首先，极端工况考虑，增程式电动汽车在行驶过程中，电池出现三级以上故障或者恶劣环境而不能正常充放电时，控制启动增程器，切断电池高压，增程器控制系统根据负载波动实时调节增程器发电功率值。

其次，车辆启动成功后，VCU判断电池是否有三级及三级以上严重故障，若有则发送切断高压电池包指令给BMS，BMS切断电池包高压继电器，断开电池包和车辆其他高压系统的连接；

最后，VCU根据负载功率需求Pdrv+P附件实时请求增程系统发电功率值Pgen：根据发电功率Pgen和负载Pdrv+P附件的差值，以1kw/s速率进行发电功率值调节，确保功率Pgen和负载功率Pdrv+P附件差值小于等于1kw。

所述的V CU根据负载功率需求Pdrv+P附件实时请求增程系统发电功率值Pgen，具体包括如下步骤：

Pgen-Pdrv-P附件<-1kw时，增程器控制系统请求发电功率按照1kw/s进行增加；

-1kw<Pgen-Pdrv-P附件<1kw时，增程器控制系统请求发电功率当前值进行请求；

Pgen-Pdrv-P附件>1kw时，增程器控制系统请求发电功率按照1kw/s进行降低。

本发明将增程器控制策略集成于整车控制器（VCU）中，VCU承担整车上下电控制、驾驶员意图解析、扭矩控制、能量管理、整车故障管理、增程器控制策略，根据电池电量（SOC）状态、负载需求功率动态调节增程器发电功率，尽量保证增程器系统工作在最佳效率区间，并兼顾功率点切换的平顺性，实现节油的同时提升驾驶舒适性。同时考虑特殊工况下增程器的功率跟随运行情况。本发明将整车运行工况分为正常运行工况和极端工况（电池严重故障，不能正常充放电情况，并针对不同个工况提供对应的跟随方法使增程系统发电功率值得大小得到有效调节，满足车辆行驶需求。

附图说明

图1为本发明正常驾驶工况下功率跟随控制策略流程图；

图2为本发明极端工况下功率跟随控制功率调节策略图；

图3位本发明的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、2和3所示，本发明包括以下步骤

首先，确定工况情况是否正常，具体判定方法为：当电池SOC大于10%且无三级及三级以上故障报出时，认为是正常工况；电池SOC<10%或者电池报三级及三级以上故障时时为非正常工况；

当工况为正常工况时，具体包括如下步骤：

步骤1、如图1所示，当电池实际电量SOC小于最大设定值SOCmax，且驱动功率Pdrv、附件消耗功率P附件、电池当前可充电功率Pbatchg之和大于等于增程器最小发电功率PgenMin时，判断SOC值与设定值SOCmin的大小，如果SOC小于最大设定值SOCmin进入步骤2，反之进入步骤3；

步骤2，VCU发送增程器启动指令启动增程器，增程器启动成功后，VCU请求的发电功率Pgen为增程器最佳工况点功率Pbest，此时调整负载功率（Pdrv+P附件）为最小值，保证电池快速充电，将电池电量快速提升至最小设定值SOCmin；

步骤3，当电池电量达到设定范围SOCmin≤SOC<SOCmax时，在当前电量基础上设定2kWh可用电量，折算出相对的SOC1，相对SOC1=（设定电量-消耗电量）/设定电量，当电池电量SOC≥SOCmax时，进入步骤4，当电池电量SOC＜SOCmin时，进入步骤2；

保持电池相对电量在一定范围内，即SOC1<SOC1max时，进行增程器功率点控制；首先，启动增程器后增程器以最小发电功率运行，VCU请求发电功率Pgen=PgenMin，其次VCU根据负载消耗向增程器APU发送功率请求，发电功率请求值Pgen要小于增程器的最大可用发电功率PgenMax；

当负载需求功率即Pdrv+P附件小于增程器最佳效率功率点Pbest时,增程器以最佳功率点运行即Pgen=Pbest；

当负载需求功率即Pdrv+P附件大于增程器最佳效率功率点Pbest，且相对SOC1大于等于相对电量最小设定值SOC1min时，增程器仍以最佳功率点运行即Pgen=Pbest；

当负载需求功率（Pdrv+P附件）大于增程器最佳效率功率点Pbest，且相对SOC1小于相对电量最小设定值SOC1min时，增程器发电功率值取最佳功率点附件相对最佳点进行工作，且增程器发电功率请求值Pgen应该增程器最大可用发电功率值PgenMax和系统最大可吸收功率（Pdrv+P附件+Pbatchg）之间取最小。

步骤4，当系统最大可吸收功率即Pdrv+P附件+Pbatchg，小于增程器最小发电功率PgenMin，或者当电池相对电量SOC1大于最大设定值SOC1max时，进入增程器停机控制，VCU控制增程器停机。

还包括如下步骤，当电池严重故障，无法正常充放电时，具体步骤如下：

首先，极端工况考虑，增程式电动汽车在行驶过程中，电池出现三级以上故障或者恶劣环境而不能正常充放电时，控制启动增程器，切断电池高压，增程器控制系统根据负载波动实时调节增程器发电功率值。

其次，车辆启动成功后，VCU判断电池是否有三级及三级以上严重故障，若有则发送切断高压电池包指令（若是启动阶段则发送禁止高压上电指令）给BMS，BMS切断电池包高压继电器，断开电池包和车辆其他高压系统的连接；

最后，VCU根据负载功率需求Pdrv+P附件实时请求增程系统发电功率值Pgen：根据发电功率Pgen和负载Pdrv+P附件的差值，以1kw/s速率进行发电功率值调节，确保功率Pgen和负载功率Pdrv+P附件差值小于等于1kw。

VCU根据负载功率需求Pdrv+P附件实时请求增程系统发电功率值Pgen，具体包括如下步骤：

Pgen-Pdrv-P附件<-1kw时，增程器控制系统请求发电功率按照1kw/s进行增加；

-1kw<Pgen-Pdrv-P附件<1kw时，增程器控制系统请求发电功率当前值进行请求；

Pgen-Pdrv-P附件>1kw时，增程器控制系统请求发电功率按照1kw/s进行降低。

本发明在正常工况下的功率跟随实时控制和极端工况下功率跟随实时控制策略。极端工况考虑，增程式电动汽车在行驶过程中，电池出现三级以上故障或者恶劣环境而不能正常充放电时，控制启动增程器，切断电池高压，增程器控制系统根据负载波动实时调节增程器发电功率值。

本发明将增程器控制策略集成于整车控制器（VCU）中，VCU承担整车上下电控制、驾驶员意图解析、扭矩控制、能量管理、整车故障管理、增程器控制策略。VCU根据电池管理系统（BMS）反馈的电池状态、及驱动电机（MCU）反馈电机负载状态，计算增程器的发电功率值，VCU根据增程器发电功率值对应的转速和扭矩值向发动机控制器（ECU）发送扭矩请求、向发电机控制器（GCU）发送转速请求。

本发明所述“功率跟随实时控制系统”主要在于根据电池电量（SOC）状态、负载需求功率动态调节增程器发电功率，尽量保证增程器系统工作在最佳效率区间，并兼顾功率点切换的平顺性，实现节油的同时提升驾驶舒适性。同时考虑特殊工况下增程器的功率跟随运行情况。

功率根据的具体实现方案为：将整车运行工况分为正常运行工况和极端工况（电池严重故障，不能正常充放电情况）。

正常工况功率跟随控制方法：

VCU根据负载及电池电量状态SOC判断增程器是否启动，增程器启动后首先将电池SOC拉入电池最佳工作状态范围（SOCmin<SOC<SOCmax），此时增程器可以最佳功率点Pbest运行。

据上述1）策略，当电池电量进入电池最佳工作区间时，在当前电量基础上设定2kW可用电量，并根据2kw的可用电量折算出相对的SOC（SOC1）,VCU根据SOC1状态及负载需求功率计算增程器发电功率Pgen，此控制策略目的尽量保证增程器发电量直接用于负载需求、减少电池的充放电，减少能量传递过程中的损失，提升系统效率，节约油耗。

极端工况功率跟随控制方法：

增程式电动汽车在行驶过程中，电池出现三级以上故障或者恶劣环境而不能正常充放电时，控制启动增程器，切断电池高压，增程器控制系统根据负载波动实时调节增程器发电功率值。此时没有电池作为缓冲，增程器发电功率需实时跟随负载需求进行变化，同时兼顾功率点调节的速度，提升NVH性能及驾驶舒适性。

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“ 中心”，“ 横向”、“ 纵向”、“ 长度”、“ 宽度”、“ 厚度”、“ 上”、“ 下”、“ 前”、“ 后”、“ 左”、“ 右”、 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”、“ 内”、“ 外”、“ 顺时针”、“ 逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙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、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“ 第一”、“ 第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“ 包括”和“ 具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行较详细的说明，但本发明不限于这里所述的特定实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等有效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (3)

1.用于增程式汽车的功率跟随实时控制方法，其特征在于：包括以下步骤，

首先，确定工况情况是否正常，具体判定方法为：当电池SOC大于10%且无三级及三级以上故障报出时，认为是正常工况；电池SOC<10%或者电池报三级及三级以上故障时为非正常工况；当工况为正常工况时，具体包括如下步骤：

步骤1，当电池SOC小于最大设定值SOCmax，且驱动功率Pdrv、附件消耗功率P附件、电池当前可充电功率Pbatchg之和大于等于增程器最小发电功率PgenMin时，判断电池SOC与最小设定值SOCmin的大小，如果电池SOC小于最小设定值SOCmin进入步骤2，反之进入步骤3；

步骤2，VCU发送增程器启动指令启动增程器，增程器启动成功后，VCU请求的发电功率值Pgen为增程器最佳效率功率点Pbest，此时调整负载功率Pdrv+P附件为最小值，保证电池快速充电，将电池电量快速提升至最小设定值SOCmin；

步骤3，当电池电量达到设定范围SOCmin<SOC<SOCmax时，在当前电量基础上设定2kWh可用电量，折算出相对的SOC1，相对SOC1=（设定电量-消耗电量）/设定电量；当电池SOC≥SOCmax时，进入步骤4，当电池SOC＜SOCmin时，进入步骤2；

保持电池相对电量在一定范围内，即SOC1<SOC1max时，进行增程器功率点控制；所述步骤3中增程器功率点控制具体包括如下步骤：

首先，启动增程器后增程器以最小发电功率运行，VCU请求发电功率值Pgen=PgenMin，其次VCU根据负载消耗向增程器APU发送功率请求，发电功率值Pgen要小于增程器的最大可用发电功率PgenMax；

当负载需求功率即Pdrv+P附件小于增程器最佳效率功率点Pbest时,增程器以最佳功率点运行即Pgen=Pbest；

当负载需求功率即Pdrv+P附件大于增程器最佳效率功率点Pbest，且相对SOC1大于等于相对电量最小设定值SOC1min时，增程器仍以最佳功率点运行即Pgen=Pbest；

当负载需求功率Pdrv+P附件大于增程器最佳效率功率点Pbest，且相对SOC1小于相对电量最小设定值SOC1min时，增程器发电功率值取最佳功率点附近相对最佳点进行工作，且增程器请求发电功率值Pgen在增程器最大可用发电功率PgenMax和系统最大可吸收功率Pdrv+P附件+Pbatchg之间取最小 ；

步骤4，当系统最大可吸收功率即Pdrv+P附件+Pbatchg，小于增程器最小发电功率PgenMin，或者当电池相对电量SOC1大于最大设定值SOC1max时，进入增程器停机控制，VCU控制增程器停机。

2.根据权利要求1所述的用于增程式汽车的功率跟随实时控制方法，其特征在于：当工况为非正常时，具体当电池严重故障，无法正常充放电时，具体步骤如下：

首先，增程式电动汽车在行驶过程中，电池出现三级以上故障而不能正常充放电时，控制启动增程器，切断电池高压，增程器控制系统根据负载波动实时调节增程器发电功率值；

其次，车辆启动成功后，VCU判断电池是否有三级及三级以上严重故障，若有则发送切断高压电池包指令给BMS，BMS切断电池包高压继电器，断开电池包和车辆高压系统的连接；

最后，VCU根据负载功率需求Pdrv+P附件实时请求增程系统发电功率值Pgen：根据发电功率值Pgen和负载Pdrv+P附件的差值，以1kw/s速率进行发电功率值调节，确保发电功率值Pgen和负载功率Pdrv+P附件差值小于等于1kw。

3.根据权利要求2所述的用于增程式汽车的功率跟随实时控制方法，其特征在于：所述的VCU根据负载功率需求Pdrv+P附件实时请求增程系统发电功率值Pgen，具体包括如下步骤：

Pgen-Pdrv-P附件<-1kw时，增程器控制系统请求发电功率按照1kw/s进行增加；

-1kw<Pgen-Pdrv-P附件<1kw时，增程器控制系统请求发电功率当前值进行请求；

Pgen-Pdrv-P附件>1kw时，增程器控制系统请求发电功率按照1kw/s进行降低。

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