CN109760524A - 一种混合动力车辆及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力车辆，包括：动力电池系统；增程器系统；电驱系统，分别与所述动力电池系统及所述增程器系统电连接，能够利用电能驱动车辆运动；以及电功率耦合装置，用于实现所述动力电池系统、所述增程器系统以及所述电驱系统之间的电流控制。本发明实施例能够降低混合动力车辆动力系统的复杂程度，并相应地提高车辆的能源利用效率。

Description

一种混合动力车辆及其控制方法

技术领域

本发明涉及工程车辆领域，尤其涉及一种混合动力车辆及其控制方法。

背景技术

随着人们对环保的要求日益严格，开发低排放、低污染的电动汽车势在必行。但是由于目前在动力电池技术上未取得突破性的进展，电池模块难以小型化，并且续航里程短、充电时间长都限制了纯电动汽车的发展。此时，油电混动汽车它将现有的汽车内燃机与具有一定容量的储能器件(主要是动力电池或超级电容)通过相应的控制方式组合，从而使车辆具有较低的油耗以及较高的能量效率，日渐受到人们的青睐。

现有的油电混动汽车的动力方案主要分为两种，其一是双电动机机械耦合的方式，即增程器系统所使用的电动机与动力电池所驱动的电动机通过行星排结构进行机械耦合，这种动力耦合方式由于需要机械结构的耦合器，导致整车加工成本高，动力系统的体积大，使整车布局不便，并且随着增程器转速的变化，使得发动机效率及燃油经济性均无法保证，使得整体效率较低。其二是采用增程器系统串联动力电池系统驱动电机的方式，这种方式使得动力电池经常处于交替充放电的工作状态，容易影响动力电池的寿命，并且在车辆纯电动模式下，无法及时给动力电池充电，降低车辆的续航里程。

此外，对于工程车辆而言，由于行驶作业场景多种多样，同时车辆的负载变化幅度大，相关的油电混合动力汽车难以满足工程车辆的能量要求，无法在工程车辆爬坡重载等极端场景下提供充足的动力。

发明内容

本发明的至少一个目的是提出一种混合动力车辆及其控制方法，能够降低混合动力车辆动力系统的复杂程度，并相应地提高车辆的能源利用效率。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种混合动力车辆，包括：动力电池系统；增程器系统；电驱系统，分别与所述动力电池系统及所述增程器系统电连接，能够利用电能驱动车辆运动；以及电功率耦合装置，用于实现所述动力电池系统、所述增程器系统以及所述电驱系统之间的电流控制。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述电功率耦合装置包括：第一耦合器，设置于所述动力电池系统与所述电驱系统之间，能够控制所述动力电池系统与所述电驱系统之间电流的大小和方向。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述电功率耦合装置包括：第二耦合器，设置于所述增程器系统与所述动力电池系统之间，能够控制所述增程器系统与所述动力电池系统之间电流的大小和方向。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述第一耦合器还被设置于所述增程器系统与所述动力电池系统之间，能够控制所述增程器系统与所述动力电池系统之间电流的大小和方向。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述第一耦合器能够通过调节自身的耦合电功率，调节所述动力电池系统与所述增程器系统电功率的比例。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述增程器系统以恒定电压输出电能，所述第一耦合器通过控制自身电流的方向，控制所述动力电池系统处于充电状态或放电状态。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述混合动力车辆包括：继电器，设置于所述电功率耦合装置与所述增程器系统之间，用于控制所述电功率耦合装置与所述增程器系统之间电路的通断。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述混合动力车辆包括：车辆控制单元VCU；所述动力电池系统包括：电池包、以及能够报告所述电池包的剩余电量VOC及故障信息的电池管理单元BMS；所述增程器系统包括：发动机、与所述发动机动力连接的发电机、以及能够控制所述发动机起停及其输出功率的增程器系统控制单元RCU；所述电驱系统包括：驱动电机、以及能够报告所述驱动电机扭矩的驱动电机控制单元MCU；所述电功率耦合装置包括：电功率耦合器、以及能够控制所述电功率耦合器耦合电流的耦合控制器CCU；其中，所述BMS、所述RCU、所述MCU以及所述CCU均通讯连接于所述VCU。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述发电机为电动发电一体机，所述动力电池系统能够为所述电动发电一体机供电，以使所述发动机具有初始转速。

一种如前文所述的混合动力车辆的控制方法，所述控制方法包括：测量所述电驱系统的电驱扭矩以及所述电池系统的剩余电量VOC；以及根据所述电驱扭矩以及所述VOC，控制所述增程器系统、所述电驱系统以及所述电功率耦合装置处于不同的设定工况，从而使所述混合动力汽车处于不同的工作模式。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述控制方法包括：在所述电驱扭矩低于第一设定扭矩、所述VOC低于第一设定值时，使所述增程器系统工作于第一设定工况，并使所述电功率耦合装置处于第一耦合工况，从而使所述混合动力车辆处于行车充电模式。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述控制方法包括：在所述VOC高于第二设定值时，使所述增程器系统处于第二设定工况、并使所述电功率耦合装置处于第二耦合工况，从而使所述混合动力车辆处于电动行驶模式；其中，所述第二设定值低于所述第一设定值。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述控制方法包括：在所述电驱扭矩高于第一设定扭矩、所述VOC高于第二设定值时，使所述增程器系统工作于第一设定工况、并使所述电功率耦合装置处于第三耦合工况，从而使所述混合动力车辆处于第一混动行驶模式；其中，所述第二设定值低于所述第一设定值。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述控制方法包括：在所述VOC高于第二设定值、所述电驱扭矩高于第二设定扭矩时，使所述增程器系统工作于第二设定工况、并使所述电功率耦合装置处于第三耦合工况，从而使所述混合动力车辆处于第二混动行驶模式；其中，所述第二设定扭矩大于所述第一设定扭矩，所述第二设定值低于所述第一设定值。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，在所述电功率耦合装置处于所述第二耦合工况时，使所述增程器系统与所述电池系统的电路断开。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，在所述电功率耦合装置处于所述第三耦合工况时，使所述增程器系统与所述电池系统的电路断开。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述控制方法包括：在所述VOC低于第二设定值时，使所述电功率耦合装置处于第一耦合工况、所述增程器系统处于第一设定工况、所述电驱系统不工作，从而使所述混合动力车辆处于驻车充电模式；其中，所述第二设定值低于所述第一设定值。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述控制方法包括：在所述混合动力车辆制动状态下，使所述电驱系统处于发电状态、并使所述电功率耦合装置处于第一耦合工况，从而使车辆制动能量回收至所述动力电池系统。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述控制方法包括：在所述增程器系统与所述电功率耦合装置处于工作状态前，使所述驱动电机进入使能状态。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述控制方法包括：根据所述BMS以及所述MCU报告的信息，为驾驶人员提供可选的工作模式，供所述驾驶人员自主选择；以及在所述驾驶人员自主选择的工作模式不符合设定的VOC及电驱扭矩要求时，发出警告信息。

基于上述技术方案，本发明实施例能够降低混合动力车轮动力系统的复杂程度，并相应地提高车辆的能源利用效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一个实施例所提供的混合动力车辆系统结构示意图；

图2为本发明另一实施例所提供的混合动力车辆系统结构示意图。

具体实施方式

下面可以参照附图以及文字内容理解本发明的内容以及本发明与现有技术之间的区别点。下文通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。

需要说明的是：本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本发明的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓：可以将本发明提供的任一技术手段进行替换或将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到新的技术方案。

本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本发明的保护范围，本发明的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案以及本领域技术人员将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的新的技术方案。

本发明实施例提供了一种混合动力车辆，包括：动力电池系统；增程器系统；电驱系统，分别与所述动力电池系统及所述增程器系统电连接，能够利用电能驱动车辆运动；以及电功率耦合装置，用于实现所述动力电池系统、所述增程器系统以及所述电驱系统之间的电流控制。

所述动力电池系统是指为所述混合动力车辆提供动力来源的电源，因而区别于为汽车发动机启动时供电的启动电池。所述动力电池主要包括各种蓄电池，如铅酸蓄电池、磷酸铁锂蓄电池等，能够在不同的工作周期中被反复充电或放电，以满足所述动力电池在所述混合动力车辆各种行驶工况下的功能需要。

所述增程器系统是指为了电动汽车行驶里程而加装在电动汽车上的一个附加能源部件。所述增程器系统能够直接利用电能为所述混合动力车辆供能，例如可以蓄电池的形式。所述增程器系统也可以采用其它能源转化为电能并为所述混合动力车辆功能，例如可以采用太阳能电池板，用以将太阳能转化为电能；也可以采用发动机加发电机的组合，将燃料中的化学能转化为电能。其中所述发动机可以燃烧燃油，例如煤油或柴油，以获得较大的热值以及较低的成本，也可以燃烧天然气，以更有利于环保。

所述电驱系统电连接于所述动力电池系统以及所述增程器系统，用于将电能转化为所述混合动力车辆运动的机械能。与传统的汽车发动机有所区别，所述电驱系统在能量转化的过程中不会产生额外的污染与排放，更加有利于缓解车辆排放对于环境的污染，以及对车辆驾驶人员和其他可能吸入汽车尾气人员健康的危害。此外，对于工程车辆而言，使用电驱系统取代传统的汽车发动机还能极大程度上降低车辆运动及作业过程中的噪音，减少机械部件间的振动，优化施工环境。

所述电功率耦合装置用于实现所述动力电池系统、所述增程器系统以及所述电驱系统之间的电流分配，是一种基于电功率的耦合方式，与传统的机械耦合方式相比，将复杂的行星轮组传动方式改为电连接及电功率耦合装置的综合控制，不但大大降低了动力系统在传动方面的复杂程度，还使混合动力车辆的动力系统能够具有多种不同的传递能源的方向，其特征及相应的技术效果具体在下文论述。

具体而言，所述电功率耦合装置使得所述动力电池系统、所述增程器系统以及所述电驱系统之间不再单一地被限制为所述动力电池系统、所述增程器系统分别以固定比例向所述电驱系统供电，也可以采取更加灵活的供电比例以及适应于车辆不同工况的电流流动方向。

基于此，本发明所提供的所述电功率耦合装置还与相关混合动力车辆所使用的单向耦合器相区别，使得动力电池系统不再处于交替充放电过程中而降低使用寿命，而是能够在所述混合动力车辆处于某一特定工况下，由所述电功率耦合装置控制，二选一而处于充电状态或放电状态。并且，以所述动力电池系统处于放电状态为例，所述动力电池系统可以向所述电驱系统供电，以提高电驱系统的扭矩，也可以向所述增程器系统供电，以使增程器系统稳定启动，还可以同时向所述电驱系统以及所述增程器系统供电，以同时实现不同的功能需求。

可见，所述动力电池充电或放电的工作状态可以对应于多种所述混合动力车辆的工作状态。因此，在所述电功率耦合装置的控制下，所述动力电池系统能够以更长的周期工作于充电状态或放电状态，有利于提高动力电池的工作寿命并减缓其使用容量的衰减。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述电功率耦合装置包括：第一耦合器，设置于所述动力电池系统与所述电驱系统之间，能够控制所述动力电池系统与所述电驱系统之间电流的大小和方向。

为了控制所述动力电池系统与所述电驱系统之间电流的大小，所述第一耦合器可以通过电阻、电容或内部电源等多种元器件以直接改变改电路上电流的大小与方向，也可以通过调整所述动力电池系统与所述电驱系统之间的电压，进而改变其电路上的电流大小与方向。此外，所述第一耦合器可以使用继电器，以控制所述动力电池系统与所述电驱系统之间电流的通断。

基于上述表述，所述第一耦合器可以被理解为一个具有内部电路与元器件的黑箱结构，对于本领域技术人员而言，所有能够实现控制所述动力电池系统与所述电驱系统之间电流的大小和方向功能的所述第一耦合器、及其采用的具体电路控制方法都相应地包含于所述第一耦合器的公开范围内。

类似于所述第一耦合器，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述电功率耦合装置包括：第二耦合器，设置于所述增程器系统与所述动力电池系统之间，能够控制所述增程器系统与所述动力电池系统之间电流的大小和方向。

如图1所示，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述第一耦合器还被设置于所述增程器系统与所述动力电池系统之间，能够控制所述增程器系统与所述动力电池系统之间电流的大小和方向。即所述第一耦合器被设置于所述增程器系统和所述电驱系统，以及所述动力电池系统之间，用以同时实现上述三者的电流大小和方向的控制。

由于所述增程器系统、所述电驱系统，以及所述动力电池系统三者形成了“Y”型电路结构，所述第一耦合器可以被设置于靠近于所述动力电池系统的一条“Y”型电路的支路，以严格控制流经所述动力电池系统的电流的大小和方向，保证动力电池系统的寿命及使用安全。此时，基于“Y”型支路所满足的电功率平衡的原则，所述第一耦合器可以通过控制所述动力电池系统支路的功率而间接控制“Y”型电路的另外两条支路的电功率大小，从而改变其电流的大小和方向。

相应地，所述第一耦合器还可以设置于靠近所述电驱系统或所述增程器系统的“Y”型电路的支路，以分别严格控制其所在支路的电流的大小和方向。所述“Y”型电路的三条支路也可均设置电功率耦合器，以实现对每条支路的直接控制。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述第一耦合器能够通过调节自身的耦合电功率，调节所述动力电池系统与所述增程器系统电功率的比例。

基于负载决定输入的电路原理，在混动行驶状态下，所述电驱系统作为负载端，所述动力电池与所述增程器系统作为混动行驶状态下的电源端输入端，此时通过控制任意一条输入支路的电功率，即可间接控制另一条输入支路的电功率。

相应地，在行车充电状态下，所述电驱系统与所述动力电池系统共同构成负载端，此时所述增程器系统作为唯一的输入端，其输入至所述电驱系统与所述动力电池系统的电功率的比例关系即可通过直接设置于所述电驱系统或所述动力电池系统支路上的电功率耦合装置来调整，另一条支路则相应地被间接调整。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述增程器系统以恒定电压输出电能，所述第一耦合器通过控制自身电流的方向，控制所述动力电池系统处于充电状态或放电状态。

为了使所述电驱系统、所述动力电池系统以及所述增程器系统的工作状态更加稳定，尤其是所述动力电池系统能够以恒定电压充、放电，以提高所述动力电池系统的可靠性与耐用性，所述增程器系统以恒定电压输出电能。此时所述动力电池系统与所述电驱系统相应具有统一的电压大小，整个混动车辆的动力系统将以恒定电压工作，提升了整个动力系统电路，尤其是电功率耦合装置工作的稳定性以及响应的敏捷性。

增程器在功率允许的范围内输出电压恒定，则电功率耦合工作于电流源模式，Vb＝Vg，即电驱的直流母线电压取决于增程器的输出电压，电流符合：Id＝Ig+Ib，电驱功率符合：Pd＝Vg*Id，增程器功率符合：Pg＝Vg*Ig，电功率耦合功率符合：Pb＝Vg*Ib。

此时，通过改变电功率耦合电流Ib，根据基尔霍夫电流定律，一定满足Ib＝Id–Ig，所以电功率耦合功率增大，则增程器功率就降低，电功率耦合功率降低，则增程器功率增大。当电功率耦合功率为正时，即Id>Ig，则表示增程器和动力电池合流为驱动电机供电。而当电功率耦合功率为负时，即Id<Ig，则表示增程器除了给电驱供电，还在给电池充电。

此时，所述电功率耦合器不再需要改变电压以改变各条支路的电功率，而是仅需改变其所在支路的电流，即可比较方便地使各个支路的电流大小及方向发生改变，进而控制各个支路的电功率大小及其分配方向。

为了保证在所述动力电池系统为所述电驱系统供电时，所述增程器系统不会对所述动力电池系统产生影响，而使其同时处于充电和放电状态影响电池寿命，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述混合动力车辆包括：继电器，设置于所述电功率耦合装置与所述增程器系统之间，用于控制所述电功率耦合装置与所述增程器系统之间电路的通断。

为了实现对所述混合动力车辆动力系统更加灵活地控制，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述混合动力车辆包括：车辆控制单元VCU；所述动力电池系统包括：电池包、以及能够报告所述电池包的剩余电量VOC及故障信息的电池管理单元BMS；所述增程器系统包括：发动机、与所述发动机动力连接的发电机、以及能够控制所述发动机起停及其输出功率的增程器系统控制单元RCU；所述电驱系统包括：驱动电机、以及能够报告所述驱动电机扭矩的驱动电机控制单元MCU；所述电功率耦合装置包括：电功率耦合器、以及能够控制所述电功率耦合器耦合电流的耦合控制器CCU；其中，所述BMS、所述RCU、所述MCU以及所述CCU均通讯连接于所述VCU。

所述车辆控制单元VCU指Vehicle-Control-Unit，所述增程器系统控制单元RCU指Range-extender-Control-Unit，所述电池管理单元BMS指Battery-Management-System，所述驱动电机控制单元MCU指Machinery-Control-Unit，所述耦合控制器CCU指Communication-Contril-Unit。所述BMS、所述RCU、所述MCU、所述CCU以及所述VCU的工作原理及结构不作为本申请的发明点，因此在此不再赘述。

为实现所述增程器系统中的所述发动机平稳启动，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述发电机为电动发电一体机，所述动力电池系统能够为所述电动发电一体机供电，以使所述发动机具有初始转速。

本发明还提供了一种如前文任一所述的混合动力车辆的控制方法，所述控制方法包括：测量所述电驱系统的电驱扭矩以及所述电池系统的剩余电量VOC；以及根据所述电驱扭矩以及所述VOC，控制所述增程器系统、所述电驱系统以及所述电功率耦合装置处于不同的设定工况，从而使所述混合动力汽车处于不同的工作模式。

所述控制方法基于所述电驱系统的电驱扭矩以及所述电池系统的剩余电量VOC，可以通过VCU而自动实现，也可以通过控制面板或通知单元，由所述混合动力车辆的操作人员手动选择。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述控制方法包括：在所述电驱扭矩低于第一设定扭矩(对应于较好路况)、所述VOC低于第一设定值时(对应于最高电量)，使所述增程器系统工作于第一设定工况(对应于发动机的经济电工况、并且输出恒定功率)，并使所述电功率耦合装置处于第一耦合工况(为动力电池充电、并为增程系统供电)，从而使所述混合动力车辆处于行车充电模式。

所述第一设定扭矩对应于较好的路况，所述第一设定值对应于所述动力电池的满电量，此时当增程器系统工作于经济点工况时，其输出功率将大于所述电驱系统所需功率，而此时所述动力电池的电量并未充满。此时，可使所述增程器系统处于第一设定工况，即工作于燃油效率最高的状态，由所述电功率耦合装置控制，使其为所述动力电池充电的同时，为所述增城电驱系统供电。上述行车充电模式实现了燃料的最大效率的利用，并且将额外的能源储存于动力电池系统，以待特殊工况下大扭矩状态时的电能需求。

对于部分作业场景，尤其是对排放要求和噪音要求较为严格的环境下，所述混合动力车辆可以工作于纯电动驱动的状态，此时，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述控制方法包括：在所述VOC高于第二设定值时(对应于最低电量)，使所述增程器系统处于第二设定工况(即发动机处于停止工况)、并使所述电功率耦合装置处于第二耦合工况(不由增程系统而由动力电池系统向电驱系统供电)，从而使所述混合动力车辆处于电动行驶模式；其中，所述第二设定值低于所述第一设定值。

而由于所述混合动力车辆需要时常工作于重载荷或高斜度的工作场景下，此时单一的增程器系统或单一的动力电池系统都无法满足所述电驱系统的电力需求。

此时，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述控制方法包括：在所述电驱扭矩高于第一设定扭矩(对应于较重载荷工况，例如爬坡路况)、所述VOC高于第二设定值时(对应于最低电量)，使所述增程器系统工作于第一设定工况(即发动机工作于经济点工况)、并使所述电功率耦合装置处于第三耦合工况(动力电池系统放电加增程系统两者共同为电驱系统供电)，从而使所述混合动力车辆处于第一混动行驶模式；其中，所述第二设定值低于所述第一设定值。

并且，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述控制方法包括：在所述VOC高于第二设定值(对应于最低电量)、所述电驱扭矩高于第二设定扭矩时(对应于极重载荷工况，例如重载爬坡路况)，使所述增程器系统工作于第二设定工况(即发动机工作于额定工况)、并使所述电功率耦合装置处于第三耦合工况(动力电池放电、加上所述增程系统为所述电驱系统供电)，从而使所述混合动力车辆处于第二混动行驶模式；其中，所述第二设定扭矩大于所述第一设定扭矩，所述第二设定值低于所述第一设定值。

所述第一混动行驶模式与所述第二混动行驶模式的区别在于所述增程器系统是否工作于经济点工况。具体而言，当所述增程器系统的经济点输出功率加上所述动力电池系统的输出功率能够满足所述电驱系统的输入功率的要求时，所述增程器系统可以继续工作于经济点工况，以获得更佳的能源利用效率，此时所述混合动力车辆处于第一混动行驶模式。而当所述增程器系统的经济点输出功率加上所述动力电池系统的输出功率无法满足所述电驱系统的输入功率的要求时，则需所述增程器系统的输出功率超越其经济点输出功率直至其额定功率，以满足在大扭矩下所述混合动力车辆的功率需求。

为了保证所述动力电池系统的安全，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，在所述电功率耦合装置处于所述第二耦合工况时，使所述增程器系统与所述动力电池系统的电路断开。

同理，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，在所述电功率耦合装置处于所述第三耦合工况(放电)时，使所述增程器系统与所述动力电池系统的电路断开。

而当所述动力电池系统的电力严重不足，将影响所述混合动力车辆在后续工作场景下的正常使用时，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述控制方法包括：在所述VOC低于第二设定值时(对应于最低电量)，使所述电功率耦合装置处于第一耦合工况(动力电池系统充电、增程系统供电)、所述增程器系统处于第一设定工况(即发动机工作于经济工况)、所述电驱系统不工作，从而使所述混合动力车辆处于驻车充电模式；其中，所述第二设定值低于所述第一设定值。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述控制方法包括：在所述混合动力车辆制动状态下，使所述电驱系统处于发电状态、并使所述电功率耦合装置处于第一耦合工况(动力电池系统充电、增程系统供电)，从而使车辆制动能量回收至所述动力电池系统。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述控制方法包括：在所述增程器系统与所述电功率耦合装置处于工作状态前，使所述驱动电机进入使能状态。其中，所述使能状态是指使所述驱动电机处于预备工作状态，提前进入使能状态的驱动电机能够使所述混合动力汽车在多种模式切换下具有更快的响应，以及更灵活的操作性能。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述控制方法包括：根据所述BMS以及所述MCU报告的信息，为驾驶人员提供可选的工作模式，供所述驾驶人员自主选择；以及在所述驾驶人员自主选择的工作模式不符合设定的VOC及电驱扭矩要求时，发出警告信息。

下面对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

驻车充电工作模式：整车停止行驶，处于静止状态，由发动机发电为动力电池充电。

具体工作过程如下：(1)通过控制面板选择驻车充电工作模式；(2)电机控制器控制电机不使能，不工作；(3)整车控制器给动力电池系统下指令，动力电池高压电输出；(4)整车控制器给电功率耦合器下指令，控制输出到增程器系统的继电器闭合，不调节其电流值；(5)整车控制器给增程器系统下指令，RCU控制发动机启动；(6)根据设定快充、慢充的要求，整车控制器计算得出发动机输出功率值，将此信息发送给RCU，进而控制发动机工作状态，带动增程发电机工作，为动力电池充电；(7)整车控制器与BMS进行信息交互，VCU根据BMS反馈的电池包SOC和故障信息来控制发动机启停和电池包高压上、下电。

行车充电模式：在整车行驶于较好路况过程中，发动机在最佳经济点输出功率大于行驶需求功率且电池电量较低时，发动机输出功率除满足整车行驶外，还能为动力电池充电。

具体工作过程如下：(1)通过控制面板选择行车充电工作模式；(2)整车控制器给动力电池系统下指令，动力电池高压电输出；(3)整车控制器给电功率耦合器下指令，控制输出到增程器系统的继电器闭合；(4)整车控制器给增程器系统下指令，RCU控制发动机启动；(5)整车控制器根据发动机最佳经济点转速转矩值给RCU发出功率请求，让发动机在燃油经济性最佳工况下运行，并输出恒定功率；(6)电功率耦合器启动充电模式，改变电功率耦合器输出到电池包电流方向，使得增程发电机输出电流既能驱动车辆行驶，又能为电池包充电；(7)整车控制器与BMS进行信息交互，VCU根据BMS、MCU反馈的实时信息来提醒驾驶员选择合适的工作模式。

纯电动行驶模式：作为功能定位明确的特种车辆，要求整车行驶噪声低，并且在此工作模式下，车辆具有响应速度快，瞬时输出功率大，零排放等优点。在电池电量大于下限阈值时，并且整车行驶需求功率小于动力电池输出峰值功率时，驾驶员可选择车辆在纯电动模式先行驶。

具体工作过程如下：(1)通过控制面板选择纯电动行驶工作模式；(2)整车控制器给动力电池系统下指令，动力电池高压电输出；(3)整车控制器给电功率耦合器下指令，使其处于使能状态；(4)整车控制器控制电功率耦合器为增程器系统供电高压继电器断开，避免增程器系统误操作；(5)整车控制器给电驱系统下指令，控制驱动电机工作，进而控制整车行驶；(6)整车控制器与BMS进行信息交互，VCU根据BMS、MCU实时反馈的信息来控制电机转速及扭矩输出，并且提醒驾驶员选择合适的工作模式。

混动行驶模式：当整车行驶遇到极限工况，如爬陡坡，越障碍，即整车行驶负载功率大于发动机额定输出功率和动力电池峰值输出功率时，需要开启混动模式，通过电功率耦合器将两个动力源输出电能进行耦合来得到足够大的功率，驱动整车行驶。

具体工作过程如下：(1)通过控制面板选择混动行驶工作模式；(2)整车控制器给动力电池系统下指令，动力电池高压电输出；(3)整车控制器给电功率耦合器下指令，控制输出到增程器系统的继电器闭合；(4)整车控制器给增程器系统下指令，RCU控制发动机启动；(5)RCU控制发动机在恒定工况下运行，输出额定功率；(6)控制电功率耦合器处于放电状态，调节输出到电池包电流方向，使电池包输出电流与增程发电机输出电流合流来驱动电机运行；(7)整车控制器与BMS进行信息交互，VCU根据BMS、MCU实时反馈的信息来提醒驾驶员选择合适的工作模式。

制动能量回收模式：将整车制动时车辆的动能转换成电能储存在动力电池包中，以提高能量利用率和续航里程。制动能量回收存在于每一个行驶模式中。可通过在整车制动时电机是否通高压电来控制能量回收功能启停。

本发明所提供的实施例至少能够实现以下技术效果：基于电功率耦合的油电混动方案，通过电功率耦合器调节电流方向来实现两个动力源的合理分配，结构简单，操作方便；电功率耦合方案减少了机械传动部件，空间占用小，工作效率高且易于维修保养；增程器系统工作时，发动机一直处于最佳经济区域工作，节省燃油，减少排放；两个动力源的电功率耦合驱动电机运行，响应速度快，瞬时输出功率大，满足特种车辆全地形行驶功率需求。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

在本发明的描述中如果使用了术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等，那么上述术语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，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设备、机构、部件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保护范围的限制。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (20)

1.一种混合动力车辆，其特征在于，包括：

动力电池系统；

增程器系统；

电驱系统，分别与所述动力电池系统及所述增程器系统电连接，能够利用电能驱动车辆运动；以及

电功率耦合装置，用于实现所述动力电池系统、所述增程器系统以及所述电驱系统之间的电流控制。

2.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其特征在于，所述电功率耦合装置包括：

第一耦合器，设置于所述动力电池系统与所述电驱系统之间，能够控制所述动力电池系统与所述电驱系统之间电流的大小和方向。

3.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其特征在于，所述电功率耦合装置包括：

第二耦合器，设置于所述增程器系统与所述动力电池系统之间，能够控制所述增程器系统与所述动力电池系统之间电流的大小和方向。

4.根据权利要求2所述的混合动力车辆，其特征在于，所述第一耦合器还被设置于所述增程器系统与所述动力电池系统之间，能够控制所述增程器系统与所述动力电池系统之间电流的大小和方向。

5.根据权利要求4所述的混合动力车辆，其特征在于，所述第一耦合器能够通过调节自身的耦合电功率，调节所述动力电池系统与所述增程器系统电功率的比例。

6.根据权利要求4所述的混合动力车辆，其特征在于，所述增程器系统以恒定电压输出电能，所述第一耦合器通过控制自身电流的方向，控制所述动力电池系统处于充电状态或放电状态。

7.根据权利要求4所述的混合动力车辆，其特征在于，所述混合动力车辆包括：

继电器，设置于所述电功率耦合装置与所述增程器系统之间，用于控制所述电功率耦合装置与所述增程器系统之间电路的通断。

8.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其特征在于，所述混合动力车辆包括：车辆控制单元VCU；

所述动力电池系统包括：电池包、以及能够报告所述电池包的剩余电量VOC及故障信息的电池管理单元BMS；

所述增程器系统包括：发动机、与所述发动机动力连接的发电机、以及能够控制所述发动机起停及输出功率的增程器系统控制单元RCU；

所述电驱系统包括：驱动电机、以及能够报告所述驱动电机扭矩的驱动电机控制单元MCU；

所述电功率耦合装置包括：电功率耦合器、以及能够控制所述电功率耦合器耦合电流的耦合控制器CCU；

其中，所述BMS、所述RCU、所述MCU以及所述CCU均通讯连接于所述VCU。

9.根据权利要求8所述的混合动力车辆，其特征在于，所述发电机为电动发电一体机，所述动力电池系统能够为所述电动发电一体机供电，以使所述发动机具有初始转速。

10.一种基于权利要求1～9任一所述的混合动力车辆的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

测量所述电驱系统的电驱扭矩以及所述电池系统的剩余电量VOC；以及

根据所述电驱扭矩以及所述VOC，控制所述增程器系统、所述电驱系统以及所述电功率耦合装置处于不同的设定工况，从而使所述混合动力汽车处于不同的工作模式。

11.根据权利要求10所述的混合动力车辆的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

在所述电驱扭矩低于第一设定扭矩、所述VOC低于第一设定值时，使所述增程器系统工作于第一设定工况，并使所述电功率耦合装置处于第一耦合工况，从而使所述混合动力车辆处于行车充电模式。

12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

在所述VOC高于第二设定值时，使所述增程器系统处于第二设定工况、并使所述电功率耦合装置处于第二耦合工况，从而使所述混合动力车辆处于电动行驶模式；

其中，所述第二设定值低于所述第一设定值。

13.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

在所述电驱扭矩高于第一设定扭矩、所述VOC高于第二设定值时，使所述增程器系统工作于第一设定工况、并使所述电功率耦合装置处于第三耦合工况，从而使所述混合动力车辆处于第一混动行驶模式；

其中，所述第二设定值低于所述第一设定值。

14.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

在所述VOC高于第二设定值、所述电驱扭矩高于第二设定扭矩时，使所述增程器系统工作于第二设定工况、并使所述电功率耦合装置处于第三耦合工况，从而使所述混合动力车辆处于第二混动行驶模式；

其中，所述第二设定扭矩大于所述第一设定扭矩，所述第二设定值低于所述第一设定值。

15.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，在所述电功率耦合装置处于所述第二耦合工况时，使所述增程器系统与所述电池系统的电路断开。

16.根据权利要求13或14任一所述的控制方法，其特征在于，在所述电功率耦合装置处于所述第三耦合工况时，使所述增程器系统与所述电池系统的电路断开。

17.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

在所述VOC低于第二设定值时，使所述电功率耦合装置处于第一耦合工况、所述增程器系统处于第一设定工况、所述电驱系统不工作，从而使所述混合动力车辆处于驻车充电模式；

其中，所述第二设定值低于所述第一设定值。

18.根据权利要求11～14任一所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

在所述混合动力车辆制动状态下，使所述电驱系统处于发电状态、并使所述电功率耦合装置处于第一耦合工况，从而使车辆制动能量回收至所述动力电池系统。

19.根据权利要求11～14任一所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

在所述增程器系统与所述电功率耦合装置处于工作状态前，使所述驱动电机进入使能状态。

20.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

根据所述BMS以及所述MCU报告的信息，为驾驶人员提供可选的工作模式，供所述驾驶人员自主选择；以及

在所述驾驶人员自主选择的工作模式不符合设定的VOC及电驱扭矩要求时，发出警告信息。