CN102381309B - 一种电动车增程器调速和管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种同时满足整车驾驶性和经济性的电动车增程器调速和能量管理方法，当动力电池的容量低于启动阀值时，增程器自动启动为动力电池、低压电池组以及驱动电机提供能量；或当驾驶员的请求功率大于动力电池所能提供的能量时，启动增程器；增程器启动后，根据请求功率的大小进入相应的转速等级：依据发动机燃油消耗曲线以及排放曲线，确定发动机的工作转速区间，在该发动机工作转速区间内选择若干个转速等级，要求转速等级对应的增程器功率覆盖整车动力性的需求；然后通过整车控制器解耦成相应的信号分别发动至发动机控制器和发电机控制器。这样增程器的调速和能量管理同时满足了整车的驾驶性和经济性。

Description

一种电动车增程器调速和管理方法

技术领域

本发明涉及电动车控制技术领域，具体涉及一种电动车增程器调速和管理方法。

背景技术

传统的纯电动车由于动力电池能量密度的缺陷，续驶里程不足成为传统纯电动车市场推广的障碍。增程器电动车在传统电动车基础上增加了由发动机和发电机组成的增程单元，有效的弥补了传统电动车续驶里程不足的缺陷。增程式电动车是传统内燃机车、纯电动车结合的产物，除具有传统电动车的特点外，还具有以下的特点：

1、高燃油利用率。增程器除短暂工作在怠速区内，大部分时间工作在经济区，提高了燃油利用率；

2、增加续驶里程。若动力电池电量偏低，驾驶请求较大时，增程器自动启动，满足整车负载和驾驶请求的需求；

3、良好的人机交互。驾驶员可以强制请求增程器启动，满足不同的驾驶需求。比如：可以在城市郊区强制启动增程器为动力电池充电，为拥堵，吵杂城区的行驶提供足够的电能。

增程器的控制是整车控制中比较重要的部分，其控制是否合理影响到整车的经济性，动力性和NVH。如何使增程器的转速适应整车的即时请求功率、发动机燃油曲线、排放曲线等要求以满足整车驾驶性及经济性是增程器的性能指标要求。

发明内容

本发明的目的是提出一种同时满足整车驾驶性和经济性的电动车增程器调速和能量管理方法。

    根据本发明提供的电动车增程器调速和能量管理方法，关键在于所述增程器包括发动机和发电机以及相应的发动机控制器和发电机控制器，所述发电机与电动车驱动电机以及动力电池共直流母线并且与低压电池组连接，所述发动机控制器和发电机控制器均与整车控制器连接，当动力电池的容量低于启动阀值时，增程器自动启动为动力电池、低压电池组以及驱动电机提供能量；或当驾驶员的请求功率大于动力电池所能提供的能量时，启动增程器；增程器启动后，根据请求功率的大小进入相应的转速等级：依据发动机燃油消耗曲线以及排放曲线，确定发动机的工作转速区间，然后在该发动机工作转速区间内选择若干个转速等级，要求所述转速等级对应的增程器功率覆盖整车动力性的需求；然后通过整车控制器解耦成相应的信号分别发送至发动机控制器和发电机控制器。

    本发明的电动车增程器调速和能量管理方法，增程器可通过驾驶员请求或自动启动，启动后根据请求功率的大小选择相应的转速等级区间，由于转速等级区间是根据发动机的燃油消耗曲线以及排放曲线设定，并且对应的增程器功率覆盖整车动力性的需求，所以本发明的增程器调速和能量管理方法就可以同时满足整车的驾驶性以及经济性。

    所述相邻的增程器转速等级对应的增程器功率有一定重叠区域，这样就可以避免增程器转速在不同转速等级之间频繁切换，影响整车驾驶性。

    所述增程器在不同的转速等级的转换过程中增设有PI控制环节，使增程器具有较小的超调量，快速调整到设定的转速等级。

    所述PI控制环节的基准扭矩确定方法为：从高转速等级调速到低转速等级，基准扭矩为该高转速等级下的最小扭矩；从低转速等级调速到高转速等级，基准扭矩为该低转速等级下的最大扭矩。以转速差值为基准，转速差值较大，则快速调节，转速差值较小，则要减少超调，以更好的减小稳态误差。

    整车在同一转速等级下，请求功率变化时，通过比较当前时刻与前一时刻发电负载扭矩之间的差值，若该差值大于或等于标定量，则对发电负载扭矩进行限制。由于整车在同一转速等级下时，如果请求功率有较大的变化率会引起负载扭矩的较大变化，这样也会对增程器转速造成较大影响。此时对发电负载扭矩变化率进行限制，防止请求功率较大变化率对增程器单元转速造成较大波动及系统高压回路的冲击。

    无论增程器是自动启动还是根据驾驶员请求启动，均在发动机启动时保持一段时间的怠速。如果增程器是依据驾驶员的请求功率强制启动，则在发动机启动时保持一段时间怠速可以在怠速阶段满足低压负载和动力电池能量需求，并且使发动机具有较平稳的速度来进行速度的调节；而如果增程器是自动启动，则在发动机启动时保持一段时间怠速则主要为了在怠速阶段满足低压负载和动力电池能量需求。

    所述增程器还设有动力电池保护：依据直流母线电压值与动力电池允许的最大充电电压值的接近程度和动力电池单体电压值与动力电池保护单体电压上限值接近程度，对动力电池允许的最大充电功率进行限制。这样就可以避免动力电池在过压和过流情况下充电。

附图说明

    图1是应用本发明的增程器电动车原理图。

    图2是本发明的转速等级分级示意图。

    图3是本发明的PI环节示意图。

    图4是本发明的不同转速等级间调速过程示意图。

    图5是本发明的增程器调速过程示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。

如图1，本发明的增程器调速和能量管理方法在于：增程器1包括发动机2和发电机3以及相应的发动机控制器4和发电机控制器5，所述发电机3与电动车驱动电机10以及动力电池6共直流母线并且与低压电池组9连接，所述发动机控制器4和发电机控制器5均与整车控制器12连接，当动力电池6的容量低于启动阀值时，增程器1自动启动为动力电池6、低压电池组9以及驱动电机10提供能量；或当驾驶员的请求功率大于动力电池6所能提供的能量时，启动增程1器；增程器1启动后，根据请求功率的大小进入相应的转速等级：依据发动机2燃油消耗曲线以及排放曲线，确定发动机2的工作转速区间，然后在该发动机2工作转速区间内选择3个转速等级，要求所述3个转速等级对应的增程器1的功率覆盖整车动力性的需求；然后通过整车控制器12解耦成相应的信号分别发送至发动机控制器4和发电机控制器5。与现有技术的电动车一致，动力电池6与电池管理单元7连接，驱动电机10连接有电机控制器11，发电机3通过DCDC8为低压电池组9充电。本实施例中，发动机控制器4和整车控制器12连接采用转速接口，发电机控制器5和整车控制器12连接采用扭矩接口。

增程器1启停控制：增程器1的启动分为自动和强制启动两种形式：

a）自动启动：增程器1为了达到增加续驶里程的目的，在动力电池6电量达到保护最低阀值时，发动机2启动，此时增程器1满足整车的请求功率，为动力电池6和整车负载提供能量同时驱动整车前行；当驾驶员请求较大的功率时（该功率已经超过了电池所能提供的驱动功率），此时发动机2自动请求启动，来满足驾驶的动力性；

b）强制启动：增程器1可以满足不同的驾驶习惯，驾驶员强制请求发动机2启动，此时增程器1给动力电池6充电、满足整车负载需求。

增程器1的停机分为自动和强制停机两种形式：

a）自动停机：当动力电池6电量达到停机阀值时，发动机2停机。停机阀值和启动阀值之间设置一定的裕量，避免发动机频繁启动，造成燃油利用率的下降；

b）强制停机：当发动机工作情况达到了驾驶员的愿望，可以强制给发动机2停机信号。强制启动和停机可以通过中控台上的手动按钮ON/OFF来完成，实现良好的人机交互。

所述相邻的增程器1的转速等级对应的增程器1的功率有一定重叠区域，这样就可以避免增程器1的转速在不同转速等级之间频繁切换，影响整车驾驶性。在不同的转速等级下设定增程器1的功率范围（对应会有一个扭矩范围(tqmin_等级x,tqmax_等级x)），要求不同的转速等级之间功率有一定的重叠区域，如图2。根据不同转速等级下的功率范围可以确定扭矩的范围。经车速信号可以对增程器1的转速等级进行修正，车速越高，风噪越大，此时可以让发动机2工作在高转速等级，实现更高的功率调节范围及更好的燃油经济性。

       所述增程器1在不同的转速等级的转换过程中增设有PI控制环节：

如果请求功率大于当前转速等级所能提供的最大功率，保持当前转速等级下的最大发电扭矩，提升转速到请求功率所在的转速等级。此时发动机转速会出现（向上）超调，导致发动机2转速有波动，为了让发动机2快速响应指定转速，增加PI控制环节，如图3，调节发电扭矩，使发动机2转速快速调整到设定的转速等级。在此过程中不再是恒扭矩调速过程。当转速达到了设定转速等级后根据请求扭矩和转速等级调整发电扭矩。

如果请求功率小于当前转速等级所能提供的最小功率，保持当前转速等级下的最小发电扭矩，降低转速到请求功率所在的转速等级。此时发动机2转速可能会出现（向下）超调，影响了发动机2的转速稳定性，引入PI控制环节，如图3，调节发电负载扭矩，使增程器1具有较小的超调量，快速调整到设定的转速等级。当达到请求的转速等级后根据请求扭矩和转速等级改变发电扭矩。不同转速等级间的调速过程如图4。整个系统的调速过程如图5。

所述PI控制环节的基准扭矩确定方法为：从高转速等级调速到低转速等级，基准扭矩为该高转速等级下的最小扭矩；从低转速等级调速到高转速等级，基准扭矩为该低转速等级下的最大扭矩。以转速差值为基准，转速差值较大，则快速调节，转速差值较小，则要减少超调，以更好的减小稳态误差。如图4，PI环节P系数经过转速差查表得到Kp，转速差值较大，以较大的Kp值，快速调节；随着转速差值的变小，以较小的Kp值，减小超调。I系数为可标定量Ki，减小稳态误差，更好稳定于设定的转速等级。

无论增程器1是自动启动还是根据驾驶员请求启动，均在发动机2启动时保持一段时间的怠速。发动机2启动方式存在强制、自动两种方式，两种启动方式下的目的有所不同。当发动机2强制启动时，增程器1的主要目的是对动力电池6充电和维持低压负载的能量供应，而发动机2自动启动时，此时增程器1的主要作用是满足驾驶员的驱动请求，除此之外，增程器1还要满足动力电池和低压负载能量需求。如果增程器1是依据驾驶员的请求功率强制启动，则在发动机2启动时保持一段时间怠速可以在怠速阶段满足低压负载和动力电池6的能量需求，并且使发动机2具有较平稳的速度来进行速度的调节；而如果增程器1是自动启动，则在发动机2启动时保持一段时间怠速则主要为了在怠速阶段满足低压负载和动力电池6的能量需求。

所述增程器1还设有动力电池6的保护：依据直流母线电压值与动力电池6允许的最大充电电压值的接近程度和动力电池6单体电压值与动力电池6保护单体电压上限值接近程度，对动力电池6允许的最大充电功率进行限制。这样就可以避免动力电池6在过压和过流情况下充电。

Claims (4)

1.一种电动车增程器调速和管理方法，所述增程器包括发动机和发电机以及相应的发动机控制器和发电机控制器，所述发电机与电动车驱动电机以及动力电池共直流母线并且与低压电池组连接，所述发动机控制器和发电机控制器均与整车控制器连接，当动力电池的容量低于启动阀值时，增程器自动启动为动力电池、低压电池组以及驱动电机提供能量；以及当驾驶员的请求功率大于动力电池所能提供的能量时，启动增程器；增程器启动后，根据请求功率的大小进入相应的转速等级：依据发动机燃油消耗曲线以及排放曲线，确定发动机的工作转速区间，在该发动机工作转速区间内选择若干个转速等级，要求所述转速等级对应的增程器功率覆盖整车动力性的需求；然后通过整车控制器解耦成相应的信号分别发送至发动机控制器和发电机控制器；相邻的增程器转速等级对应的增程器功率有一定重叠区域；其特征在于所述增程器在不同的转速等级的转换过程中增设有PI控制环节，所述PI控制环节的基准扭矩确定方法为：从高转速等级调速到低转速等级，基准扭矩为该高转速等级下的最小扭矩；从低转速等级调速到高转速等级，基准扭矩为该低转速等级下的最大扭矩。

2.根据权利要求1所述的电动车增程器调速和管理方法，其特征在于整车在同一转速等级下，请求功率变化时，通过比较当前时刻与前一时刻发电负载扭矩之间的差值，若该差值大于或等于标定量，则对发电负载扭矩进行限制。

3.根据权利要求1或2所述的电动车增程器调速和管理方法，其特征在于无论增程器是自动启动还是根据驾驶员请求启动，均在发动机启动时保持一段时间的怠速。

4.根据权利要求3所述的电动车增程器调速和管理方法，其特征在于所述增程器还设有动力电池保护：依据直流母线电压值与动力电池允许的最大充电电压值的接近程度和动力电池单体电压值与动力电池保护单体电压上限值接近程度，对动力电池允许的最大充电功率进行限制。

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