CN104163114A - 一种用于内燃发电增程式电动车的整车能量管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于内燃发电增程式电动车的整车能量管理方法。本发明根据蓄电池两端电压和充放电电流信息获得当前电动车蓄电池的SOC水平，设定高低SOC阈值确定增程器起停状态，避免蓄电池过度充放电和增程器频繁起停。增程模式下，本发明根据驱动电机及其控制器放电电压和电流信息获得整车驱动需求功率，并以增程器内燃机经济运行线和蓄电池当前SOC值为依据，合理确定增程器的最佳运行工况，兼顾蓄电池充放电需求，从而在保证整车动力性和燃油经济性的同时，优化蓄电池储能水平。

Description

一种用于内燃发电增程式电动车的整车能量管理方法

技术领域

本发明属于电动车领域，涉及一种增程式电动车的整车能量管理方法，具体涉及一种基于电动车电池SOC值和需求功率预测、内燃发电系统效率优化以及蓄电池储能优化的整车能量管理方法。

背景技术

能源短缺与环境污染问题促使新能源电动车的使用越来越普遍。电动车具有节能环保、舒适便捷等诸多优势，但受电池技术水平限制，仍然存在充电时间长，续航里程短等问题。增程式电动车通过在纯电动车上安装增程器，可有效解决电动车续航里程问题，同时仍旧保留了纯电动车外接充电口，最大限度减少对化石燃料依赖。

目前增程式电动车增程器主要以内燃发电系统为主，即：在蓄电池电量充足时，由蓄电池提供整车驱动功率需求，此时内燃发电增程器不工作；当蓄电池电量消耗到一定程度时，内燃发电增程器起动，除供给整车驱动功率需求外，富余功率可为蓄电池充电，以保证续航里程要求。内燃发电增程式电动车动力系统示意图如图1所示。

配备内燃发电增程器后，电动车整车能量管理，特别是内燃发电系统与原有蓄电池的协调控制变得尤为重要。传统内燃发电增程式电动车增程器控制方式主要分为两类：内燃机恒功率模式、内燃机功率跟随模式。前者在蓄电池亏电时将增程器内燃机始终固定在效率最高的工况点上，虽然燃油经济性好，但电池存在过充和过放风险；后者考虑了蓄电池状态，让增程器内燃机跟随负载功率变化，但相应燃油经济性和排放不易控制。如何合理起停内燃发电增程器，如何综合考虑增程模式下蓄电池充放电状态、内燃发电系统效率并尽可能增加电能使用，对于提高内燃发电增程器效率、延长蓄电池寿命、增加续航里程、降低排放等都具有重要意义。

发明内容  

为克服现有技术的不足，本发明提出了一种基于电动车电池SOC值和需求功率预测、内燃发电系统效率优化以及蓄电池储能优化的整车能量管理方法。该方法能够通过预测蓄电池SOC值进行增程器起停控制，增程模式下通过蓄电池SOC预测值和整车驱动功率预测值判断，合理选择增程器内燃机工况，在保证整车动力性和燃油经济性的同时，优化蓄电池储能水平。

本发明采用的技术方案是：

根据蓄电池两端电压和充放电电流信息，结合开路电压法和安时积分法等蓄电池SOC检测方法，获得当前电动车蓄电池的SOC水平。如果蓄电池的剩余电量SOC水平低于某一下限，则利用增程器ISG电机起动内燃发电增程器；如果蓄电池的剩余电量SOC水平高于某一上限，则关闭内燃发电增程器；如果蓄电池的剩余电量SOC水平处于高低阈值之间，则内燃发电增程器保持前一时刻的工作状态。基于蓄电池SOC值判定的增程器起停策略具体如下：

1）当蓄电池的SOC值低于预先设定的最低蓄电池SOC值Dn_limit，则起动增程器；

2）当蓄电池的SOC值高于预先设定的最高蓄电池SOC值Up_limit，则关闭增程器；

3）当蓄电池的SOC值在预先设定的最低蓄电池SOC值Dn_limit和最高蓄电池SOC值Up_limit之间，则增程器保持前一时刻工作状态。

当蓄电池SOC预测值偏低，内燃发电增程器起动，电动车处于增程模式工作状态时，根据驱动电机和驱动电机控制器放电电压和电流信息实时预测整车驱动功率需求。将整车驱动需求功率与增程器内燃机经济运行线上的最佳油耗工况点输出功率做对比。如果整车驱动需求功率小于增程器内燃机最佳油耗工况点功率，则调整增程器内燃机工作于最佳油耗工况点上，实施恒功率控制，富余功率给蓄电池充电。如果整车驱动需求功率大于增程器内燃机最佳工况点，则区分两种情况：一是蓄电池SOC值低于预先设定的最低蓄电池SOC值Dn_limit后，内燃发电增程器沿内燃机经济运行线实施功率跟随控制，富余功率给蓄电池充电；二是蓄电池SOC值高于预先设定的中等蓄电池SOC值Md_limit后，调整增程器内燃机工作于最佳油耗工况点上，不足功率由蓄电池提供。增程模式下，内燃发电增程器控制策略具体如下：

1）当整车驱动需求功率P的预测值小于等于增程器内燃机最佳油耗工况点输出功率Popt时，调整增程器内燃机工况至最佳油耗工况点。此时内燃发电增程器实施恒功率控制，既给车辆提供动力来源，同时又给蓄电池充电。

2）当整车驱动需求功率P的预测值大于增程器内燃机最佳油耗工况点输出功率Popt时，则需根据蓄电池的SOC预测值来决定内燃发电增程器工作模式。若蓄电池SOC值低于预先设定的最低蓄电池SOC值Dn_limit，内燃发电增程器沿内燃机经济运行线实施功率跟随控制，输出功率大小P+△P，富余功率△P用于给蓄电池充电；若蓄电池SOC值高于预先设定的中等蓄电池SOC值Md_limit，调整增程器内燃机工况至最佳油耗工况点Popt，不足功率P-Popt由蓄电池提供。

本发明的有益效果：

1）基于蓄电池SOC值判定的增程器起停策略可以避免蓄电池的过度充电和放电，避免了内燃发电增程器的频繁起停。

2）增程模式下，当整车驱动需求功率较低时，控制内燃发电增程器内燃机始终工作于经济运行线上的最佳油耗工况点的恒功率控制模式，有利于在保证车辆动力性的前提下，提高燃油的化学能到电能及机械能转化效率，增加续航里程。

3）增程模式下，当整车驱动需求功率较高时，内燃发电增程器恒功率与功率跟随模式交替实施、增程器为主蓄电池为辅的能量管理方式，一方面保证增程器内燃机始终处于经济运行线上运行保证续航里程，另一方面蓄电池始终处于浅充浅放状态，有利于延长电池寿命，同时符合电动车增加电能使用的优化宗旨。

附图说明

图1是内燃发电增程式电动车动力系统示意图；

图2是内燃发电增程器起停控制算法流程图；

图3是增程模式下内燃发电增程器工况调整算法流程图；

图4是增程器内燃机工况平面、经济运行线、最佳油耗工况点示意图；

图5是满电初始条件下增程式电动车蓄电池SOC随时间变化的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

图1给出了内燃发电增程式电动车动力系统示意图，其中内燃机与ISG电机共轴相连组成内燃发电增程器。纯电动模式下，由蓄电池供给驱动电机及驱动电机控制器电源；增程模式下，内燃发电增程器起动并作为主要电源供给驱动电机及驱动电机控制器，蓄电池作为补充。

图2给出了内燃发电增程器起停控制方法流程图，增程器起停状态取决于当前蓄电池的剩余电量SOC值。根据蓄电池两端电压和充放电电流信息，结合开路电压法、安时积分法等蓄电池SOC检测方法，获得当前电动车蓄电池的SOC水平。将蓄电池SOC预测值与预先设定的蓄电池SOC阈值进行比较，确定增程器的工作状态，具体如下：

1）当蓄电池的SOC值低于预先设定的最低蓄电池SOC值Dn_limit，则起动增程器；

2）当蓄电池的SOC值高于预先设定的最高蓄电池SOC值Up_limit，则关闭增程器；

3）当蓄电池的SOC值在预先设定的最低蓄电池SOC值Dn_limit和最高蓄电池SOC值Up_limit之间，则增程器保持前一时刻工作状态。

当蓄电池SOC预测值偏低，内燃发电增程器起动，电动车处于增程模式工作状态时，增程器工况调整遵循图3增程模式下内燃发电增程器工况调整算法流程图。根据驱动电机和驱动电机控制器放电电压和电流信息实时预测整车驱动功率需求，与增程器内燃机经济运行线上的最佳油耗工况点输出功率做对比。内燃机的经济运行线可通过其万有特性图获得，见图4。内燃机输出等功率线在万有特性图上表现为类双曲线，每条等功率线都有一个比油耗最小的工况点，将不同功率下的最低油耗工作点连成线就可获得内燃机的经济运行线。内燃机经济运行线上油耗最低的点称为最佳油耗工况点。根据整车驱动功率需求预测值与增程器内燃机最佳油耗工况点输出功率对比结果，结合蓄电池的SOC预测值，可获得内燃发电增程器所需要运行的最佳工况，具体算法如下：

1）当整车驱动需求功率P的预测值小于等于增程器内燃机最佳油耗工况点输出功率Popt时，调整增程器内燃机工况至最佳油耗工况点。此时内燃发电增程器实施恒功率控制，既给车辆提供动力来源，同时又给蓄电池充电。

2）当整车驱动需求功率P的预测值大于增程器内燃机最佳油耗工况点输出功率Popt时，则需根据蓄电池的SOC预测值来决定内燃发电增程器工作模式。若蓄电池SOC值低于预先设定的最低蓄电池SOC值Dn_limit，内燃发电增程器沿内燃机经济运行线实施功率跟随控制，输出功率大小P+△P，富余功率△P用于给蓄电池充电；若蓄电池SOC值高于预先设定的中等蓄电池SOC值Md_limit，调整增程器内燃机工况至最佳油耗工况点Popt，不足功率P-Popt由蓄电池提供。

在本发明内燃发电增程式电动车整车能量管理算法下，图5给出了满电初始条件和定负载功率下蓄电池SOC值随时间变化的示意图。由于初始状态蓄电池电量充足，电动车处于纯电动行驶模式下，蓄电池SOC值逐步下降，直至到达预设最低阈值Dn_limit，内燃发电增程器起动，电动车切换至增程行驶模式。增程模式下，蓄电池SOC值周期变化，但分两种情况：

1）当整车驱动需求功率较低时，控制内燃发电增程器内燃机始终工作于经济运行线上的最佳油耗工况点，实施恒功率控制模式，富余功率较多，蓄电池SOC值可以反充到Up_limit，直至增程器关闭。

2）当整车驱动需求功率较高时，内燃发电增程器恒功率与功率跟随模式交替实施，采用增程器为主蓄电池为辅的能量管理方式。若蓄电池SOC值低于Dn_limit，内燃发电增程器沿内燃机经济运行线实施功率跟随控制，富余功率给蓄电池充电；若蓄电池SOC值高于Md_limit，增程器内燃机工作于最佳油耗工况点上，不足功率由蓄电池提供。因而蓄电池SOC值将在Md_limit和Dn_limit之间交替变化。

Claims (1)

1. 一种用于内燃发电增程式电动车的整车能量管理方法，根据蓄电池两端电压和充放电电流信息，结合开路电压法和安时积分法，获得当前电动车蓄电池的SOC水平，根据蓄电池SOC值确定增程器起停，具体是：

1）当蓄电池的SOC值低于预先设定的最低蓄电池SOC值Dn_limit，则起动内燃发电增程器；

2）当蓄电池的SOC值高于预先设定的最高蓄电池SOC值Up_limit，则关闭内燃发电增程器；

3）当蓄电池的SOC值在预先设定的最低蓄电池SOC值Dn_limit和最高蓄电池SOC值Up_limit之间，则内燃发电增程器保持前一时刻工作状态；

增程模式下，内燃发电增程器控制策略具体如下：

1）当整车驱动需求功率P的预测值小于等于内燃发电增程器内燃机最佳油耗工况点输出功率Popt时，调整内燃发电增程器内燃机工况至最佳油耗工况点；此时内燃发电增程器实施恒功率控制，既给车辆提供动力来源，同时又给蓄电池充电；

2）当整车驱动需求功率P的预测值大于内燃发电增程器内燃机最佳油耗工况点输出功率Popt时，则需根据蓄电池的SOC预测值来决定内燃发电增程器工作模式；若蓄电池SOC值低于预先设定的最低蓄电池SOC值Dn_limit，内燃发电增程器沿内燃机经济运行线实施功率跟随控制，输出功率大小P+△P，富余功率△P用于给蓄电池充电；若蓄电池SOC值高于预先设定的中等蓄电池SOC值Md_limit，调整内燃发电增程器内燃机工况至最佳油耗工况点Popt，不足功率P-Popt由蓄电池提供。