CN112572168A - 一种基于充电管理的增程式电动汽车能量管理控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于充电管理的增程式电动汽车能量管理控制方法，该方法是在原有多工作点控制策略的基础上，加入充电管理方案，使得整车尽可能使用电网中清洁廉价的电能，即纯电动行驶模式的时间比例尽量提高，提高增程式电动汽车对电网中廉价清洁电能的使用率，降低整车行驶成本，提高经济性；降低增程式电动汽车的增程模式开启时间，提升整车排放性能，一定程度上改善城市空气质量。本发明通过适时提醒驾驶员充电，并且制定一系列流程和策略辅助驾驶员充电流程，使得增程式电动汽车在行驶过程中能充分利用电网中清洁廉价的电能，使得增程式电动汽车的经济性和排放性达到最优。

Description

一种基于充电管理的增程式电动汽车能量管理控制方法

技术领域

本发明属于新能源汽车技术领域，特别涉及一种增程式电动汽车能量管理控制方法。

背景技术

近年来，世界各国为减轻空气污染和温室效应对环境的影响，大力发展新能源汽车。其中的纯电动汽车，虽可以做到行驶全程无排放，但受其动力电池的能量密度较小，成本过高以及续驶里程较短的影响，目前在推广的进程中受到不小的阻碍。然而增程式电动汽车，因其动力电池较小，成本较低，并且续驶里程可观，成为目前新能源汽车的研究热点。

增程式电动汽车存在动力电池和增程器两个能量源，通过合理有效的能量管理控制方法协调好整车需求功率在两个能量源之间的分配，是保证整车动力性和经济性的关键。目前关于增程式电动汽车的能量控制策略的研究较多，效果也不尽相同。

目前使用较多的策略有恒温器控制策略、功率跟随控制策略、多工作点控制策略、最优曲线控制策略以及基于智能优化的控制策略等等。但现有的增程式电动汽车能量管理控制策略，主要关注车辆在行进过程中如何节能，对于如何通过充分利用电网中的清洁廉价的电能来降低燃油消耗，提升整车经济性这方面，目前鲜有研究。通过对比当前燃油价格和居民用电价格及百公里耗油耗电数据可知，整车耗电行驶的经济性比耗油行驶时要高很多。所以研究如何充分利用电网电能，对于增程式电动汽车的经济性有着重要意义。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种基于充电管理的增程式电动汽车能量管理控制方法，该方法是在原有多工作点控制策略的基础上，加入充电管理方案，使得整车尽可能使用电网中清洁廉价的电能，即纯电动行驶模式的时间比例尽量提高，提高增程式电动汽车对电网中廉价清洁电能的使用率，降低整车行驶成本，提高经济性；降低增程式电动汽车的增程模式开启时间，提升整车排放性能，一定程度上改善城市空气质量。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种基于充电管理的增程式电动汽车能量管理控制方法，包括以下步骤：

步骤一、建立多工作点能量控制策略框架：

S1：根据整车的功率需求，并参考发动机万有特性曲线图，在发动机分别处于轻负荷、中负荷、高负荷状态时各选取一个工作点，并将选取的三个工作点分别定义为增程器的工作点1、工作点2、工作点3；

S2：根据动力电池的性能，设定两个电池SOC触发点，即SOC_high及SOC_low，以及设定不损伤电池寿命条件下的电池最小SOC节点值，即SOC_min；根据整车动力性能，设定两个车速触发点，即V_high及V_low；上述参数用于在不同的负荷下对整车进行能量分配；

S3：根据当前电池SOC值判断是否需要对车辆充电并向驾驶员通过充电选择；根据驾驶员的充电选择结果，判断是否开启整车增程模式；如果整车开启增程模式，充电管理系统根据不同的动力电池SOC值和当前的车速值，并以所述步骤S2选取的电池SOC触发点和车速触发点为参照，对发动机的工作点进行切换，在不同的负荷下对整车进行能量分配；

步骤二：当所步骤S3中，驾驶员选择对车辆进行充电后，在C-EVICMS的控制下对整车进行充电：

S4：C-EVICMS系统判断是否有合适的充电站，若有适合充电站，选择充电站并继续充电步骤；若没有适合充电站，则直接开启增程器，整车进入增程模式，通过多工作点控制策略合理分配能量，驱动整车行驶；

S5：计算车辆去所选充电站的行驶耗能；

S6：整车充电管理系统通过电池容量和步骤S5计算出的行驶耗能，判断汽车是否能在SOC降至SOC_min之前到达所选充电站；若能到达，则由动力电池单独驱动整车直至到达充电站；若不能到达，则由动力电池单独驱动整车直至SOC到达SOC_min，然后开启增程模式，维持该SOC值直至到达所选充电站。

进一步地，所述步骤S3包括以下过程：

在当前电池SOC大于等于SOC_high时，无论车速如何，整车均由动力电池单独提供能量，增程器不开启，发动机亦不工作；

在当前电池SOC小于SOC_high时，整车充电管理系统提示驾驶员充电需求，若驾驶员选择充电，则按照既定的充电流程给车辆进行充电；若驾驶员选择暂时不充电，则整车开启增程模式，充电管理系统根据不同的动力电池SOC的值和当前的车速值，再对比所设定的SOC触发点和车速触发点的值的大小，按照一定的规则对发动机的工作点进行切换。

有选的，所述整车开启增程模式后，包括以下过程：

A.当动力电池电量满足SOC_low≤SOC＜SOC_high时，计算当前车速V；若V≥V_high时，启动增程器工作于重负荷对应的工作点3，由增程器与动力电池共同为整车提供所需能量；若V_low＜V＜V_high时，增程器工作于中负荷对应的工作点2，由增程器与动力电池共同为整车提供所需能量；若V＜V_low，增程器工作于轻负荷对应的工作点1，由增程器与动力电池共同为整车提供所需能量；

B.当动力电池电量满足＜SOC_low时，计算当前车速V；若V≥V_low，增程器工作于重负荷对应的工作点3，动力电池不再给整车提供能量，由增程器单独为整车提供所需能量；若V＜V_low，增程器工作于中负荷对应的工作点2，动力电池亦不再给整车提供能量，由增程器单独为整车提供所需能量。

进一步地，所述步骤S2中，SOC_high取动力电池总电量的30％-40％，SOC_low取动力电池总电量的10％，SOC_min取动力电池总电量的5％-10％，V_high取70-80km/h，V_low取40-50km/h。

进一步地，所述步骤S4中，所述C-EVICMS系统包括通过无线通讯连接的车载整车充电管理系统以及充电站充电管理系统；C-EVICMS系统对周边充电站进行搜索，通过分析充电站距离、可充电池型号、充电桩使用情况数据，判断周边是否有合适充电站。

进一步地，所述步骤S5计算行驶耗能包括以下过程：

A.将去所选充电站的路程，按照路况分成若干段；

B.将每段路程除以相应路况的平均车速得到每段行驶时间；

C.根据每段路程平均车速计算出行驶平均功率，再乘以每段路程的行驶时间得到每段行驶耗能；

D.将每段耗能相加，获得出去所选充电站的行驶耗能。

本发明技术方案显著优点在于：

1.本发明在动力电池SOC达到一定范围时，提醒驾驶员充电，并且制定一系列流程和策略辅助驾驶员充电流程，使得增程式电动汽车在行驶过程中能充分利用电网中清洁廉价的电能，从而很大程度降低了整车的行驶成本，提高了整车的经济性；

2.本发明降低增程式电动汽车的增程模式开启时间，提升整车排放性能，一定程度上改善城市空气质量，更好地相应国家节能减排的政策。

附图说明

图1为本发明的一种基于充电管理的增程式电动汽车能量管理控制方法流程图；

图2为本发明步骤一中的多工作点控制策略的控制流程图；

图3为本发明步骤S5中的计算去所选充电站行驶耗能的流程图。

具体实施方式

为了使本文的发明目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。

本发明提供了一种基于充电管理的增程式电动汽车能量管理控制方法，该方法的设计流程请参阅图1和图2，包括如下步骤：

步骤一：建立多工作点能量控制策略框架

S1：根据整车的功率需求，并参考发动机万有特性曲线图，在发动机分别处于轻负荷、中负荷、高负荷状态时各选取一个工作点，并将选取的三个工作点分别定义为增程器的工作点1、工作点2、工作点3；

S2：根据动力电池的性能，设定两个电池SOC(State of Chagre)触发点SOC_high、SOC_low和不损伤电池寿命条件下的电池最小SOC节点值SOC_min；根据整车动力性能，设定两个车速触发点V_high、V_low，以此参数在不同的负荷下对整车进行能量分配；

S3：当动力电池电量满足SOC≥SOC_high时，动力电池为整车在任意车速下提供所需的能量；

在当前SOC＜SOC_high时，整车充电管理系统提示驾驶员充电需求，而后驾驶员根据自身情况选择是否充电，若驾驶员选择充电，则按照既定的充电流程给车辆进行充电；若选择暂时不充电，则整车开启增程模式，开启后的控制策略如下：

A.当动力电池电量满足SOC_low≤SOC＜SOC_high时，此时计算当前车速V，若V≥V_high时，启动增程器工作于重负荷对应的工作点3，由增程器与动力电池共同为整车提供所需能量；若V_low＜V＜V_high时，增程器工作于中负荷对应的工作点2，由增程器与动力电池共同为整车提供所需能量；若V＜V_low，增程器工作于轻负荷对应的工作点1，由增程器与动力电池共同为整车提供所需能量；

B.当动力电池电量满足＜SOC_low时，此时也需计算当前车速V，若V≥V_low，增程器工作于重负荷对应的工作点3，动力电池不再给整车提供能量，由增程器单独为整车提供所需能量；若V＜V_low，增程器工作于中负荷对应的工作点2，动力电池亦不再给整车提供能量，由增程器单独为整车提供所需能量。

优选的，所述步骤S1中的3个工作点均为相应的最佳燃油经济点。

优选的，所述步骤S2中的SOC_high一般取动力电池总电量的30％-40％，SOC_low一般取动力电池总电量的10％左右，SOC_min一般取动力电池总电量的5％-10％，需参考电池的具体性能特点进行选取。

优选的，所述步骤S2中的V_high一般取70-80km/h，V_low一般取40-50km/h，需参考整车具体动力性能特点选取。

步骤二：在充电设施-电动汽车智能协调管理系统(C-EVICMS)的控制下对整车进行充电(即步骤一中驾驶员选择充电之后的操作步骤)

S4：C-EVICMS判断是否有合适的充电站

该系统分为两部分，一是车载的整车充电管理系统，二是充电站的充电管理系统，二者通过无线网络进行数据和信息传递。该系统对周边充电站进行搜索，通过分析充电站距离、可充电池型号、充电桩使用情况等数据，判断周边是否有合适充电站，若有适合充电站，综合选择最适合的一个，继续充电步骤；若没有适合充电站，则直接开启增程器，整车进入增程模式，通过多工作点控制策略合理分配能量，驱动整车行驶；

S5：计算去所选充电站行驶耗能

本步骤分为以下4个分步骤：

A.将去所选充电站的路程，按照路况分成若干段；

B.将每段路程除以相应路况的平均车速(通过ITS系统中浮动车的车速即可得出)得到每段行驶时间；

C.根据每段路程平均车速计算出行驶平均功率，再乘以每段路程的行驶时间得到每段行驶耗能；

D.将每段耗能相加，即可得出去所选充电站的行驶耗能；

该步骤所设计的具体控制流程图，请参阅图3。

S6：判断汽车是否能在SOC降至SOC_min之前到达所选充电站：

整车充电管理系统通过电池容量和步骤S6计算出的行驶耗能，判断汽车是否能在SOC降至SOC_min之前到达所选充电站。若能，则由动力电池单独驱动整车直至到达充电站；若不能，则由动力电池单独驱动整车直至SOC到达SOC_min，然后开启增程模式，维持该SOC值直至到达所选充电站。

特别的，在当前SOC＜SOC_high时，即使驾驶员根据当时情况暂时没有选择充电，或因周边没有合适充电站而使整车进入增程模式(即由多工作点控制策略协调能量分配阶段)，也需尽快选择适当时间进行充电，整车充电系统也会在不同时间段再次提醒驾驶员进行充电，以保证在整车行驶过程中充分利用电网中清洁廉价的电能，从而降低燃油消耗，提升排放性能。

本发明具有以下创新点：

1.本发明通过适时提醒驾驶员充电，并且制定一系列流程和策略辅助驾驶员充电流程，使得增程式电动汽车在行驶过程中能充分利用电网中清洁廉价的电能，使得增程式电动汽车的经济性和排放性达到最优；

2.将充电管理相关策略与多工作点控制策略相结合，使得增程式电动汽车既可增加电能使用率，又能在增程模式开启后控制燃油消耗和保证电池寿命，一定程度提高整车性能。

Claims (6)

1.一种基于充电管理的增程式电动汽车能量管理控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、建立多工作点能量控制策略框架：

S1：根据整车的功率需求，并参考发动机万有特性曲线图，在发动机分别处于轻负荷、中负荷、高负荷状态时各选取一个工作点，并将选取的三个工作点分别定义为增程器的工作点1、工作点2、工作点3；

S2：根据动力电池的性能，设定两个电池SOC触发点，即SOC_high及SOC_low，以及设定不损伤电池寿命条件下的电池最小SOC节点值，即SOC_min；根据整车动力性能，设定两个车速触发点，即V_high及V_low；上述参数用于在不同的负荷下对整车进行能量分配；

S3：根据当前电池SOC值判断是否需要对车辆充电并向驾驶员通过充电选择；根据驾驶员的充电选择结果，判断是否开启整车增程模式；如果整车开启增程模式，充电管理系统根据不同的动力电池SOC值和当前的车速值，并以所述步骤S2选取的电池SOC触发点和车速触发点为参照，对发动机的工作点进行切换，在不同的负荷下对整车进行能量分配；

步骤二：当所步骤S3中，驾驶员选择对车辆进行充电后，在C-EVICMS的控制下对整车进行充电：

S4：C-EVICMS系统判断是否有合适的充电站，若有适合充电站，选择充电站并继续充电步骤；若没有适合充电站，则直接开启增程器，整车进入增程模式，通过多工作点控制策略合理分配能量，驱动整车行驶；

S5：计算车辆去所选充电站的行驶耗能；

S6：整车充电管理系统通过电池容量和步骤S5计算出的行驶耗能，判断汽车是否能在SOC降至SOC_min之前到达所选充电站；若能到达，则由动力电池单独驱动整车直至到达充电站；若不能到达，则由动力电池单独驱动整车直至SOC到达SOC_min，然后开启增程模式，维持该SOC值直至到达所选充电站。

2.如权利要求1所述的一种基于充电管理的增程式电动汽车能量管理控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下过程：

在当前电池SOC大于等于SOC_high时，无论车速如何，整车均由动力电池单独提供能量，增程器不开启，发动机亦不工作；

在当前电池SOC小于SOC_high时，整车充电管理系统提示驾驶员充电需求，若驾驶员选择充电，则按照既定的充电流程给车辆进行充电；若驾驶员选择暂时不充电，则整车开启增程模式，充电管理系统根据不同的动力电池SOC的值和当前的车速值，再对比所设定的SOC触发点和车速触发点的值的大小，按照一定的规则对发动机的工作点进行切换。

3.如权利要求2所述的一种基于充电管理的增程式电动汽车能量管理控制方法，其特征在于，所述整车开启增程模式后，包括以下过程：

A.当动力电池电量满足SOC_low≤SOC＜SOC_high时，计算当前车速V；若V≥V_high时，启动增程器工作于重负荷对应的工作点3，由增程器与动力电池共同为整车提供所需能量；若V_low＜V＜V_high时，增程器工作于中负荷对应的工作点2，由增程器与动力电池共同为整车提供所需能量；若V＜V_low，增程器工作于轻负荷对应的工作点1，由增程器与动力电池共同为整车提供所需能量；

B.当动力电池电量满足＜SOC_low时，计算当前车速V；若V≥V_low，增程器工作于重负荷对应的工作点3，动力电池不再给整车提供能量，由增程器单独为整车提供所需能量；若V＜V_low，增程器工作于中负荷对应的工作点2，动力电池亦不再给整车提供能量，由增程器单独为整车提供所需能量。

4.如权利要求1所述的一种基于充电管理的增程式电动汽车能量管理控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，SOC_high取动力电池总电量的30％-40％，SOC_low取动力电池总电量的10％，SOC_min取动力电池总电量的5％-10％，V_high取70-80km/h，V_low取40-50km/h。

5.如权利要求1所述的一种基于充电管理的增程式电动汽车能量管理控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述C-EVICMS系统包括通过无线通讯连接的车载整车充电管理系统以及充电站充电管理系统；C-EVICMS系统对周边充电站进行搜索，通过分析充电站距离、可充电池型号、充电桩使用情况数据，判断周边是否有合适充电站。

6.如权利要求1所述的一种基于充电管理的增程式电动汽车能量管理控制方法，其特征在于，所述步骤S5计算行驶耗能包括以下过程：

A.将去所选充电站的路程，按照路况分成若干段；

B.将每段路程除以相应路况的平均车速得到每段行驶时间；

C.根据每段路程平均车速计算出行驶平均功率，再乘以每段路程的行驶时间得到每段行驶耗能；

D.将每段耗能相加，获得出去所选充电站的行驶耗能。

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