CN1225317A - 在回收能量制动中有辅助能源递减充电功能的混合电动车 - Google Patents

Abstract

一种电动车辆,当电池处于部分充电与满充电间时,由辅助电源和动力制动对电池的充电量随充电状态倾斜变化。依充电状态,电池提供相应电量弥补电机所需与辅助源所提供能量间的差值,使电池近满充电时,差值全部弥补;在近耗尽时,电池不输出能量。近满充电与全放电间时,电池提供与充电状态单调相关的能量。在动力制动中,近满充电时,从辅助源向电池的充电将减小。对动力制动中返送能量的控制可通过控制电机能量转换效率完成。

Description

在回收能量制动中有辅助能 源递减充电功能的混合电动车

本发明涉及一种使混合电动车的运行和运行特性简单、有效的控制机构和控制方法。

混合电动车被公认为一种非常实用的低污染车辆。一部混合电动车包括一个能给一个电力牵引马达提供电能的动力电池组，再由该牵引马达驱动车轮运动。一部混合电动车的“混合”型式在于利用一个辅助或补充的电源在车辆行驶过程中给动力电池组充电。这种辅助电源可以是一太阳能电池板，一燃料电池，一个由内燃机驱动的发电机或者通常意义上的一些其他电源。当使用一个内燃机作为辅助电源时，它通常是一个消耗燃料相对较少并且产生较少污染的小型发动机。一个相应的优点是这样的一个小型发动机可以在一个限定的可靠性性能测量(RPM)范围内工作，以便能恰当地控制污染。用“基本”和“辅助”关系来描述电源仅仅是相对于在工作过程中能量的分配方式而言，并不是本发明很重要的基础。一部仅仅依靠电池组提供能量的简单的电力驱动车有这样的缺点，当车辆远离充电站时电池组将会用尽，以至于当这样的一部车在一天的使用后顺利返回车库时，电池组必须要充电。与一部简单的电力车相比，混合电动车的显著优点在于混合电动车在运行过程中给它本身的电池组充电，从而不再需要任何额外的电池为它充电。因而，混合电动车在使用时更象是一部普通的由内燃机供能的车辆，需要的仅仅是补充燃料。混合电动车的另一个主要优点是它的较低的每公里耗油量。在每公里耗油量方面的优点可以由制动产生的再生动力来获得，它至少可以在部分制动过程中将运动动能转化为电能，并且把这部分能量返回给电池组。数据表明，一辆在城市中运行的车辆，其在制动上损失的能量某些情况下会占到所有摩擦损失量的一半。这50％能量的回收并将其返回给电池组而得到更进一步的利用，与不利用能量回收动力制动相比，其所允许使用的辅助燃料发电机更小。相应地，更小的辅助电源使得单位时间或每公里的燃料消耗更少。混合电动车的另一个优点在于在许多情况下，能够被用来为车辆加速的能量是由电池提供的最大能量加上由辅助发电机产生的最大能量的总和。当发电机是一个柴油内燃机时，尽管每公里耗油量较低，但电池能量与内燃机能量结合所产生的总驱动力是十分显著的。

混合电动车在具有经济上和环保上优点的同时，为了得到广泛的接受，它们还必须稍微“简单”一点，也就是说它们必须在操作和操作灵敏度上具有与常规的内燃机驱动的车辆相似的优点。

依照本发明的一个实施例，一种控制一部混合电动车的方法，所述电动车至少能从动力电池组获得一部分牵引力的方法包括至少在该混合电动车的一个工作模式中从动力电池组提供能量给牵引马达的步骤，以及不时地对该车进行动态制动的步骤。该方法的步骤包括至少把一部分由动力制动产生的可利用的能量返还给电池组，以及在没有动态制动的时间间隔内由一个辅助电源给电池组充电，并且充电量保持在一个“适当”的量，该量值根据控制原理可以不同，以车辆能正常工作为宜。在本实施例中，在动态制动的时间间隔内，由辅助电源给电池组的充电量从“适当”量中以一定的速率递减。在本发明上述实施例的另一改进中，由辅助电源给电池组充电的步骤包括由发电机来为电池组充电的步骤，该发电机可以由柴油发动机驱动。也可以用一个燃料电池来代替组合发电机。

图1是依据本发明一个实施例的电动车的简化框图，包括一个与本发明相一致的执行控制功能的指令控制器，还包括一个能量控制器。

图2是对图1的指令控制器中的一些操作功能进行说明的简化框图。

图3a和3b分别是动力电池回收的能量相对于动力电池充电状态的简化曲线图和由回收提供的能量相对于电池充电状态的简化曲线图。

图4是表示图1和图2指令控制器中图3a和3b所示操作的简化逻辑流程图。

图5是动力电池组充电状态函数的简化曲线图，它表示向图1所示车辆牵引马达配给能量的情况。

图6是表示图1和图2指令控制器中图5所示操作的一个简化逻辑流程图。

图7a是一个马达或发电机的能量相对于转速的变化曲线图，而图7b则表示了马达/发动机的能量是如何被控制的。

图8是一个控制回路或控制线路的简化框图，表示根据动力电池组充电状态来控制辅助电源产生能量的多少。

在图1中，电动车10至少包括一个驱动轮和一个与之相联接的交流马达40，该马达在本发明的实施例中是一个三相交流马达。马达40最好是一个电动机发电机组，如大家所熟悉的那样，以便在动力制动过程中运动的动能可以转化为电能。能源控制器14通过调节功率大小的线路与牵引马达40、标记20表示的动力电池组，以及图中框16表示的辅助电源相联接。如图中框16所示，辅助电源可以包括一个由内燃机，比如柴油发动机，来驱动的发电机22，也可以包括一个燃料电池。图中用框50表示的指令控制器通过一信息通道与能源控制器14、辅助电源16以及牵引马达40相联接，并根据适当的控制原理来控制能源控制器14、辅助电源16以及牵引马达40。

一种包括常用的铅-酸电池在内的非常常用并且经济的电池，能够储蓄相对较高的能量。如果能够注意防止在电池组处于充满电状态时继续供给充电电流，防止电解液汽化和不必要的发热，并避免硫酸的盐化作用的话，这种类型的电池将非常适合在电动车中使用。

在图1中，车辆10的指示和操作部分由框30表示。图示的框30通过双向数据通道与指令控制器50相连，来给指令控制器50提供驱动指令，再由指令控制器50将其转换成适当的指令，用于不同的能源元件，比如能源控制器14，辅助电源16，以及牵引马达40。图示的框30还通过线路32与摩擦制动器36a和36b相连，由一个与制动器踏板联结的常用液压制动系统来直接控制摩擦制动器。

图2表示了图1中能源控制器14的一部分元件与图1中其它元件的连接关系。更具体地说，能源控制器14包括一个与辅助电源16相连接的整流装置26，用它将辅助电源输出的交流电转换为直流电(如果需要的话)。能源控制器14还包括一个双向控制系统，该系统又包括通过电源接线与电池组20、整流装置26以及牵引马达40连接的直流-交流转换器28。如前所述，转换器28、整流装置26和牵引马达40均由指令控制器50控制。需要指出的是，除了直流-交流转换器28之外，双向控制系统还包括电压和电流传感器，来检测马达/发电机，电池组以及辅助电源的不同的工作参数。

在图1和图2所示装置的基本工作中，指令控制器50用经过脉冲宽度调整过的指令来控制转换器28的某个开关(图中未示出)，使得与牵引马达40连接的转换器28中的接口28m处，产生一个有预定频率和大小的近似交变电压。在本发明的最佳实施例中，转换器是一个环境适应性控制(FOC)型的，而牵引马达也近似为一个环境适应性控制(FOC)的施感马达。驱动牵引马达40的受控交变电流的频率和大小已设定，从而驱动马达在设定的驱动电流作用下以设定的转速转动。通常，反电动势(EMF)随着马达转速提高而升高，因此转换器必须产生一个大小随着频率的升高而增大的交变电压，以保证牵引马达驱动电流的稳定(在指令控制器的控制下)。马达以与转换器输出的设定频率一致的频率转动。同样，在如图1和图2所示电动车的基本工作过程中，动力制动和摩擦制动都将被使用。当车辆减速时，因为车辆的运动能量要被作为发电机工作的牵引马达回收，所以动力制动被更多地使用。在动力制动发生的时间间隔内，图2中的直流-交流转换器28在辅助或回收状态下工作，将牵引马达40产生的交流电转换为给动力电池组20充电的直流电。另外，当电动车是一个混合电动车时，还包括辅助电源16，该辅助电源可以依照指令控制器50的指令在该车运行时给电池组充电和/或提供一部分动能。

前面已经介绍过，当一部电动车在正常的利用动力制动的模式下工作，并且电池组已被充满电时，动力制动有给已经充满电的电池组继续充电的趋势。铅酸电池的特性正是如此，在给一个处于充满电状态的电池组提供充电电流的情况下，电池组电压趋于明显升高，比如一个标称为12伏的电池组，从处于充满电状态的13伏饱和值，升高到接近16伏。从而给指令控制器提供一个表示过充电状态的信号。如果指令控制器将由动力制动产生的回收能量从电池组上断开，因为指令控制器必须能够保护电池组，电池组的电压将迅速降到充满电状态的饱和值。接着，允许动力制动控制器又一次给电池组提供能量，直到发生过压保护。这就导致了在一定脉冲频率下周期性应用动力制动，该脉冲频率由指令控制器回路特性所决定，并产生一个可感知的制动震颤，同时在部分脉冲间隔内对电池组有过度充电的趋势。过充电和震颤都是不希望存在的。

图3a和图3b共同表示了本发明一个实施例的控制原理，即在动力电池组充电状态小于额定充电量的那些时间间隔中，允许将从动力制动获得的能量全部回收或返回给电池组，该额定充电量小于充满电量，并且在动力电池组的充电量处于额定充电量和充满电量之间时，从动力制动获得的被回收能量以一种比例关系递减，这种关系是充电的瞬时状态相对于额定充电量和充满电量差额的一种回应或一个函数。在本发明的一个具体实施例中，它们之间的关系是单调的，也可能是线性的。在图3a中，曲线310表示遵照本发明一个实施例控制原理的能量回收量相对于动力电池组充电状态的函数关系。更具体地说，曲线310定义了一个动力制动能量回收值是定值的312部分，表示可能100％的或接近100％的能量被回收。而在充满电状态时，从动力制动获得并被回收的能量减小到接近于零或近似等于零。由曲线310表示的控制原理还包括另一部分314,314为一单调斜线，表示从被称为“初充电”的动力电池组额定充电状态的100％回收，到动力电池充满电状态时的零回收。图3b中的曲线320表示的是该车动能或制动能的回收效率相对于动力电池组充电状况的函数关系。在图3b中，曲线320包括第一部分322，该部分表示动力电池组从低充电状态到“初充电”状态的最大动能回收效率是一定值。曲线320的另一部分324表示回收的动能从“初充电”状态的100％单调下降到完全充满状态的0％。因为曲线310的314部分和曲线320的324部分分别被表示为斜直线，所以314部分和324部分的单调性足以满足控制目的。但这种动力制动的单调递减不应当为汽车司机所感知，所以从动力电池组充电状态慢慢变化起，回收的制动能量也要慢慢变化。相应地从回收的制动能量慢慢变化起，摩擦制动器就要逐渐弥补动力制动的力与所需制动力之间的不足。这样就相应地减少了在电池组被充满电时，仅为保护电池组不被过充电而单纯停止回收能量而造成的明显的震颤。

图4是一个简化流程框图，表示控制原理的400部分对图1的控制处理器50进行控制而得到如图3a和图3b所示特性曲线的方法。在图4中，逻辑运算由框410(START)开始，进而到框412，该框表示对动力电池组元件(如图1中20所示)中诸如温度、电压以及电流的监控，另外还提示时间等。这些参数的样品可以在频繁的采样间隔内得到，比如在每一次图4逻辑回路中的逻辑运算重复时。从框412出来，逻辑运算流入框414，该框表示一个对电池组充电状态的估测，该估测是由测出的已充入电池组的电量减去从电池组流出的电量而得到。充电量的单位用安培时来表示。一旦估测出动力电池组的充电状态，逻辑运算流入判断框416，在该框中将电流或当前时刻估测出的动力电池组充电状态，与由图3a和3b所示“初充电”状态的额定充电值相比较；如前所述，这时的“初充电”水平低于完全充满状态。如果判断框416发现估测出的动力电池组充电水平低于“初充电”水平，逻辑运算从判断框416的“是YES”输出端流出，进入另一个框418，该框表示所有被回收的制动能量可以被利用。框418的作用可以是，例如，在制动过程中调整牵引马达(以发电机方式工作)的励磁电流以便得到牵引马达的最大输出电能。需要指出的是有些类型的牵引马达/发动机没有明显的磁场绕组，也没有在一个线圈内有所需的感应电流或在另一个线圈内有由受控电流感应的电流的多元线圈。对于本发明的目的来说，励磁电流产生的方法是无关紧要的，只要产生了所需的电量就足够了。从框418出来，逻辑运算又流回到框312开始下一次沿着逻辑回路的重复。作为一种在这种情况下所驱动的混合电动车，动力电池组将常常处于充满电状态，这是因为有持续不断的能量(由辅助的内燃机/发电机产生的)被送入能量储存系统，该系统包括动力电池组和车辆运动机构。

最后，动力电池组的充电状态将超过在图3a和3b中所示的“初充电”水平。在那个时候，图1控制器50中沿前一次逻辑运算循环部分的重复将发生变化，前一次逻辑运算的循环部分由图4中逻辑回路400表示，此时逻辑运算不再被控制从框416的“是YES”端流出，而将被控制流向“否NO”端。从框416“否NO”端输出后，逻辑运算流入另一个框420，该框表示车辆动能中可被回收利用的能量值的减少量，与由图3a和3b所示当前时刻充电量相对于完全充满电和首次充电水平差额成反比关系。因此，如果现在的充电量占到完全充满电与首次充电水平差额的70％时，如图3a和3b中Cc所示，则允许回充给电池组的动能将是30％。而当目前的充电量达到100％时，允许的回充量是0％。如上所述，控制作为发电机使用的牵引马达与能量的藕合，可以仅仅靠调整环境适应性控制(FOC)的交流马达的预定驱动转矩来实现。在本发明的一个具体实施例中，为了控制返还给动力电池组的由作为发电机使用的牵引马达产生的能量，则转矩要相对于转速按比例减小。

如前所述，图4所示的逻辑运算控制着回收量与动力电池组充电状态保持一致。这意味着由作为发电机使用的牵引马达作用于车辆上的减速力在制动过程中将会减小。利用能量回收制动的电力车的一个优点是，不需要用摩擦制动器来完成整个制动过程，因此可以在设计和结构中利用较少使用摩擦制动的优点，从而在结构上可以做得更轻。如前面以及图4逻辑运算所述，动力制动在动力电池组的某些充电条件下是减小的。为了在能量回收制动减小的时候提供一个附加的制动，根据本发明的另外一个实施例，逻辑运算从图4的框420流入另一个框422，该框表示降低作为一个发电机使用的牵引马达的效率。这种作为一个发电机使用的牵引马达效率的降低，可以通过调节转差或调节励磁绕组中的电流来实现，也可以同时使用这两种方法。从图4的框422出来，逻辑运算返回到框412，开始又一次“沿着该回路”或沿着逻辑回路400的逻辑重复。

如前所述，为避免已处于完全充满状态的电池组额外充电，将使车辆产生震颤或性能不稳定。在用接近于过放电状态的电池组为车辆加速时也会有近似的影响发生。在图1车辆10加速的过程中，动力电池组20和辅助电源16(内燃机/发电机)都被作为牵引马达40的电源来利用。因此，牵引马达可以提供的能量，其大小是由动力电池组20能够得到的最大能量值与辅助电源16能够提供的最大能量值总和。这一点对于在突然加速时需要足够大能量的城市环境中运行是十分方便的。但是，在某些情况下，比如电池组的保护控制，在电池组达到一个被认为是过放电状态的充当状态时如果单纯地停止从电池组得到能量，也会导致震颤。如果车辆长时间的爬坡，比如穿越大陆分水岭，也会产生这种震颤。如果车辆沿着道路行驶中消耗的能量值不断增加超过了由辅助电源16供给的能量值，电池组将持续欠充电，最终导致充电状态处于“过放电”水平。如果在那个时候，动力电池组控制器只是单纯地将动力电池组从牵引马达电路中断开，牵引马达可利用的电流量将迅速减小到由辅助电源16提供能量的水平，导致牵引力的必然突变，并且车辆的速度突然降低。但是，移开动力电池组不给牵引马达供电，可使得电池组电压迅速升高到无负载电压。如果控制器分析电压升高表明电池组已有效充电，控制器将重新接通电池组和牵引马达，由此再次由电池组提供额外的牵引能量，但同时也引起电池组电压的下降。本领域普通技术人员将这种状态称为不稳定状态，当车辆在爬坡时，这种不稳定状态会引起交替喘熄。

应该指出的是，由于电池组应有较长的寿命，在某种意义上来说，所谓“完全”放电的电池仍然是具有充电能力的，这是因为如果电池过度地放电，电池的寿命将急剧下降；所以此处所讨论的电池是指一种处于接近完全放电状态，但仍保持充电能力的电池。在混合电动车中，辅助电源不断地输出能量，如果牵引所需能量低于辅助电源输出能量，辅助电源将向电池组充电。本控制原理允许辅助电源和电池组同时向电动车提供能量。当牵引所需能量超过辅助电源输出能量时，电池组将输出电流，从而引起电压的下降。如果电池组处于接近完全放电状态，由电池组电流的输出所引起的电压下降将触发电池组的安全保护，从而切断电流的输出。由于控制原理取消了电池电流的输出，结果会使得电动车完全由辅助电源驱动，并可使电池电压升高。当电池电压升高到控制原理不再认为电池处于放电状态时，电池组将被允许再次输出电流。这种电池组和牵引马达交替藕合、断开的过程就造成了控制系统的不稳定。这种不稳定会引起马达牵引力随控制系统的起浮而震颤，这种震颤对驾驶员来说可能是很明显的。

在本发明的另一实施例中，控制器50根据电池组的充电状态，来控制电池组输出能量的多少。利用这种方式可避免上述的不稳定状态，并且当电池充电减少时可使车辆的爬坡速度平稳地降低。图5给出了表示本实施例控制结果的曲线500。图5表示车辆可获得的牵引能量相对电池组充电状态而变化的曲线。曲线500包括曲线段510，它表示辅助电源的连续输出值，这个值相对较低。曲线段510的延伸范围是从正常充电状态以下到一个被定义的“低充电”点之间，这个被定义的“低充电”状态是指电池的额定放电状态。在由曲线段512表示的工作状态中，车辆可获得的牵引能量值相对最高，这个值表示电池组和辅助电源能量的总和。这个表示最高能量值的曲线段512的延伸范围是从一定义的“初充电”点到充满电状态之间。在“低充电”点和“初充电”点之间，牵引能量的多少由电池组的充电状态决定，如曲线段514所示。这种控制方式的作用是，在一段时间内允许用全部的牵引能量驱动马达，直到电池组部分放电到“初充电”状态。而当电池放电到恰好低于“初充电”状态时，牵引马达从电池组获得的能量将略微减少，我们希望此减少量不要太明显。这种现象在某种程度程度上降低了电池的放电速度，如图5所示。如果车辆在爬较长的坡时，电池组将进一步对外放电。如果电池在如图5所示的“低充电”点和“初充电”点之间进一步对外放电，牵引马达可获得的能量将相对减少，由此将导致车辆速度进一步降低。如果车辆所爬山坡很长时，电池组最终会到达“低充电”点，即所谓的额定放电状态。当电池到达这种状态后，电池组将不再向外输出能量，总之，电池组充电状态不可能低于“低充电”状态而进入曲线段510所表示的状态，除非电池组有其它方面的放电，例如当车和乘客处于很危险的状态时，电池组安全保护时的过载。如图5所示的控制线路，沿控制曲线上的任一点，牵引能量都没有发生突然地变化。当电池组恰好处于“低充电”点以上，并且正由辅助电源供电状态向全部能量供电状态转变时，电池组提供的能量已经很少了，而且这种转变对于司机而言应该是不可察觉的。

图6是一个简化流程图，描述了图1所示的控制器50的逻辑控制部分600，该部分提供了图5所示的曲线500的控制流程。在图6中，逻辑关系由“开始”框610开始，然后进入表示电池组特征数据的框612，该框与图4中框412很相似。从图5中框512开始，逻辑流程进入表示估测充电状态的框614，同样类似于图4所述。图6中判断框616判断当前充电状态是否高于图5中的“初充电”状态，如果当前充电状态高于“初充电”状态，逻辑流程将从判别框616输出“是YES”，并按逻辑进入表示以全部能量向牵引马达提供能量的框618。正如结合图7a和7b所述，这是通过取消能量限制而获得的，应注意，在转换器的控制软件中，辅助电源仅仅是一个供能器，至于电池组和马达/发电机是供能器还是耗能器，则决定于转换器的工作状态。从框618出发，逻辑关系返回框612，逻辑关系又开始另一次通过图6的重复。总之，一旦启动了一个接近充满电状态的电池，只要电池的充电状态高于图5所述“初充电”状态，逻辑关系将在框612,614,616和618之间循环。

如果车辆所爬山坡很长，电池组最终可能会下降到等于或小于图5所述“初充电”状态，在重复图6逻辑关系时，逻辑关系图6会通过判别框616输出“否NO”，进而进入框620。框620表示从电池组中减去牵引马达所需的能量，减少量的多少由当前电池充电状态决定，而当前电池充电状态与图5所述“初充电”和“低充电”状态之间的差别有关。例如，如果某时刻电池组充电状态位于“低充电”和“初充电”状态之间9/10的位置处时，控制器50将会控制电池组向牵引马达提供曲线段512所示的全部能量的90％。换一种方式来说，既然图5所示“当前充电”状态为由电池决定的全部能量的90％，那么电池组向牵引马达提供的能量将减少到电池组能量的90％。当然，我们并不要求曲线段514如图5所示那样线性增加，只要曲线段514至少是单调的，控制系统就可以加以简化。当逻辑关系从图6所示框620出发进入判断框622，判断框将对辅助电源与牵引马达所需能量进行比较。如果牵引马达所需能量超过辅助电源的能量，电池将被充电，判别框将输出指令“是YES”。指令“是YES”由逻辑关系进入表示将可利用的辅助电源能量增至最大的框624。进而进入判别框626。判别框626对当前电池充电状态和图5所示的“低充电”状态进行比较。如果当前电池充电状态低于“低充电”状态，表明为防止电池的损坏，应停止电池的放电，判断框626将输出指令“是YES”，并进入框628。框628给出了牵引马达的功率限制，通过指令控制(FOC)，我们可以很容易地由电压和电流的乘积得到辅助电源提供的功率的大小。从框628出发，逻辑关系经逻辑线路630返回到框612，通过图6逻辑关系又开始另一次重复。如果判别框626判定当前充电状态高于图5所示“低充电”点，判断框626将输出指令“否”，并通过线路630返回到框612，而不转换到框628。所以若电池组得到了显著而有效地充电，图6逻辑关系将允许电池组继续使用。在图6逻辑关系转换过程中，如果判别框622判定牵引功率不大于辅助电源16提供的功率时，判别框622将输出指令“否”，并经线路630进入框612，开始又一次重复；因此通过此线路可将辅助电源能量增至最大。

图7a描绘了马达(或发电机)功率相对于转速变化的简化参数图710a,710b,710c,..,710n。在图7a中，图710a,710b,710c,..,710n具有一个共同的斜线部分。马达或发电机的功率可以由转速和扭矩的乘积来得到。所以当转速为零时，无论扭矩为多少，功率都为零。当转速在恒定扭矩下增加时，功率也相应地增加，一直到转速为ω基本(ωbase)为止，如图7a斜线部分712所示。当转速在ω基本以上时，由理论上或其它方面的原因马达/发动机功率在设计时就不再增加了。其结果是，由转换器控制原理所限制，马达/发电机功率将保持在曲线710a所示位置。如果扭矩在某种程度上低于最大扭矩，最大功率将在略低于转速ω基本时出现，如曲线710b所示。曲线710c表示一个更低的扭矩时的情况，最低的曲线710n，表示控制系统能保持的最小扭矩时的情况。控制系统通过转速来限定马达扭矩的大小，以防止马达在最大额定功率限制以上工作。扭矩的限定值可简单的由最大功率除以当前转速来得到

扭矩限定值=功率最大/转速(torque limit=Pmax/speed)

并且所得到的扭矩限定值将导致功率限定到某一值，此值不大于由图7a中曲线710a和曲线段712给出的功率值。如果功率被限定小于Pmax，马达的工作曲线将相应地对应图7a中710b,710c,..,710n曲线。图7b是一个简化的流程图，描述了扭矩指令和功率限定框(power limiter)的关系。在图7b中，扭矩指令作用于限定框714，限定框714用来调整扭矩指令的大小(LimitedTorque command)，而扭矩指令到达指令控制(FOC)转换器28，以此来限定功率值处于曲线716以下。曲线716表示扭矩相对转速的变化曲线，而转速是通过选定或设定的功率P除以马达转速来获得的。因此根据马达转速，指令控制(FOC)转换器可以通过控制扭矩指令的大小来控制马达功率。此处所述扭矩可以是牵引力矩或驱动力矩，或者可以是制动力矩或刹车力矩。当控制器控制马达向电池组充电时，也就是马达在作为发电机工作时，适当的控制指令将触发限定器的工作。

在图8中，指定扭矩或设定扭矩由一电加速器(未表示)给出，并通过线路810由第一输入口进入乘法器812，乘法器812从传感器(未表示)接收感知的车辆速度信号(或者如果车辆装有转换齿轮的话，可以是牵引马达的转速)，此信号将进入第二输入口814。乘法器812对马达转速和设定扭矩进行乘法运算，以产生一个设定功率信号提供给牵引马达。框816设指定功率为一常数K，如果必要，并将之转换为以瓦特表示的牵引马达设定功率Pc。设定功率Pc将由框816进一步提供给框818，它表示用功率Pc除以电池组电压来得到一个牵引马达设定电流(Ic=P/E)。牵引马达电压可以换算为电池组电压，因为在系统中所有的电压都倾向于用电池组电压来表示。设定电流通过信道819提供给图1所示指令控制器50的某一部分，从而利用给出设定电流的方法来控制指令控制(FOC)转换器28和牵引马达40。设定电流IC通过计数电路框820从框818输出给误差信号发生器822。计数电路820的作用将在后面解释，但是它的作用结果是将马达设定电流IC转变为发电机设定电流IG。误差信号发生器通过从发电机设定电流IG中减去一个由信道824提供的反馈信号来产生一个误差信号，以此来表示感知的内燃机/发电机的输出电流。误差信号发生器822将误差信号提供给一个补偿过滤回路，此回路可以是一个简单的积分器，以此来产生一个表示辅助电源16的设定转速的信号，特别是针对内燃机18。内燃机18驱动发电机22产生交流电压，并通过功率传输器832提供给图1所示转换器28。一个如电路834所示的电流传感器藕合于功率传输器832上，用以测量发电机电流。图8中框822,826,18,22和824构成了一个反馈回路，目的在于通过向误差信号发生器提供控制信号IG使得发电机22的输出电流等于设定电流值。补偿过滤回路826用来防止内燃机转速变化太快，以避免不必要的增加污染物的排放。

正如前述，图8流程得到了一个信号IC，此信号对牵引马达的电流进行控制，进而控制车辆的运行，同时该流程还得到了一个控制辅助发电机22电流的信号IG。在图8中，一表示牵引电池设定充电状态(SOC)的信号从加法电路850的同相输入端输入。一表示当前充电状态的信号经由电池充电状态(SOC)控制框852从加法电路850的反相输入端输入。充电状态(SOC)控制框852接收表示电池电压、温度和电流状态的信号。总之，电池组充电状态是电流输入、输出净值对时间的积分。充电状态(SOC)控制框852将以安培表示的电流净值加以积分，得到了充电安时(amperehours)。加法电路850通过信道854产生一个误差信号，此误差信号表示电池的预定或设定充电状态与其实际充电状态的差值，由此来判断瞬时充电状态是过量还是不足。而后此误差信号进入一补偿过滤回路856，此回路将误差信号积分得到一积分值。此值是一个变化很慢的时间函数。并通过一限制器858作用于控制框820。特别地，当误差信号积分值进入比例放大器820后，需要选择一个比例常数，通过此比例常数将马达设定电流IC按比例转换为发电机设定电流。限制器仅仅对框856的误差信号积分值进行限制，以此将比例放大器的比例常数限制在1和0(单位)之间。这样，发电机设定电流IG就不可能大于牵引马达的设定电流IC了，但是，根据比例常数，IG是可以小于IC的，而且IG甚至可以低到等于零。

因为牵引电池组的设定充电状态是低于充满电状态的，所以我们就可以运用回收能量制动的方式向电池组充电，而不必担心过度充电损坏电池组。也就是说，牵引电池组充电状态(SOC)设定值是小于充满电状态的。图8工作流程可以总结如下，若补偿过滤回路856中积分器的一般输出值为0.5伏，恰好是限制器858允许的最大1.0伏和最小0.0伏的一半。误差信号积分值(为限制器858所限制)可以视为一个放大系数，比例放大器820通过此系数按比例控制牵引马达设定电流，所以，当误差信号积分值为1.0伏时，牵引马达设定电流IC将通过误差信号发生器822以最大幅值输出，而当误差信号积分值为0.5伏时，发电机设定电流IG将恰好为牵引马达设定电流IC幅值的一半。当车辆按图8流程工作时，如果牵引电池组充电状态大于设定充电状态，误差信号发生器850将从设定值中减去一表示高充电状态的大信号值，从而得到一差值或一与之极性相反的值。补偿过滤回路856中的积分器会将此负的差值积分，并从补偿过滤回路856的所谓“一般”输出值0.5伏中减去此积分净值，从而使得输出值下降，比如说下降到0.3伏。而又因为0.3伏是在限制器858允许的范围之内的，所以，我们可以通过控制比例放大器820将牵引马达设定电流IC乘上0.3来得到发电机设定电流IG，而不是乘上所谓“一般”的0.5。这样，当电池组充电状态高于设定状态时，发电机的平均输出将减少。同样的道理，如果牵引电池组充电状态低于设定状态时，由图8中的控制框852提供的，输入误差信号发生器反相端的信号将比表示充电状态(SOC)的设定值小，这样，误差信号发生器850将产生一个正的误差信号输出。而与补偿过滤回路相连的积分器将此正的误差信号积分得到一积分值，使此0.5伏值增加，例如增加到0.8伏。同样因为这个值是在限制器858允许的范围之内的，所以此0.8伏将完整的提供给比例放大器820。该放大器将牵引马达设定电流IC乘以0.8，这样发电机设定电流IG将大于前值。当牵引电池组充电状态处于设定状态以下而充电水平又开始下降时，发电机平均输出功率将增加，从而使得牵引电池组充电水平升高。本领域普通技术人员可以认为，所谓“一般”的误差信号积分值实际上是不存在的，此处引用不过是为了便于我们对控制系统的理解。

因此，根据本发明的一个实施例，一种至少能从电池组(20)获得一部分牵引力的混合电动车(10)的控制方法(图7a,7b,8)，包括以下步骤(512,514,618,620)，至少能以混合电动车的一种工作模式将能量从电池组(20)提供给牵引马达(40)，并且不时地动力制动所述电动车(322,324,418,420)。该方法还包括以下步骤(312,314)，将至少一部分由动力制动所产生的能量返还给电池组(20)，并且在动力制动不工作期间，从一辅助电源(16)向电池组(20)充电，所述充电充电量为一“正常”值，所谓正常值根据控制原理可以是不同的，只要适合电动车(10)的正常工作即可。在此实施例中，在动力制动工作期间，辅助电源(16)向电池组(20)充电，充电量的多少以一定比率从“一般”充电量中减少。本发明的进一步改进，在辅助电源(16)向电池组(20)充电的步骤中，还包括通过一由一内燃机(18)驱动的发电机(22)向电池组(20)充电的步骤，该内燃机可以是一台柴油机。马达发电机联合机组可由一燃料电池(24)所替代。

Claims (4)

1、一种至少能从电池组获得一部分牵引力的混合电动车的控制方法，包括以下步骤：

至少能以混合电动车的一种工作模式将能量从电池组提供给牵引马达；

不时地动力制动所述电动车；

将至少一部分由所述动力制动所产生的能量返还给所述电池组：

在所述动力制动不工作期间，从一辅助电源向电池组充电，所述充电充电量的多少适合所述电动车的正常工作；并且

在所述动力制动工作期间，所述辅助电源向所述电池组充电，并且所述充电充电量的多少以一定比率从所述量中减少。

2、如权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述从一辅助电源向电池组充电的步骤包括通过一由一内燃机驱动的发电机向所述电池组充电的步骤。

3、如权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述通过一发电机向所述电池组充电的步骤包括通过一由一柴油机驱动的发电机向所述电池组充电的步骤。

4、如权利要求3所述的控制方法，其特征在于：所述通过一发电机向所述电池组充电的步骤包括通过一燃料电池向所述电池组充电的步骤。

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