CN102267456A - 一种串联混合动力汽车的能量控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种串联混合动力汽车的能量控制方法,其中的串联混合动力汽车由发动机/发电机组输出电流和蓄电池输出电流驱动电动机，从而驱动整车运行，具体是当蓄电池SOC处在蓄电池工作区SOC下限SLow之下时，蓄电池不输出功率，通过发动机工作以驱动整车运行；当蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow和蓄电池工作区上限Stop之间时，蓄电池放电参与驱动整车运行。本发明能够在满足整车运行驱动条件下，使得车辆工作在最经济工作模式下，实现了资源的合理利用。

Description

一种串联混合动力汽车的能量控制方法
技术领域
本发明属于混合动力汽车领域，特别是涉及一种串联混合动力汽车的能量控制方法。 
背景技术
串联混合动力汽车能量供给包括发动机/发电机组能量输出和蓄电池能量输出，根据整车运行的实际状态，由发动机/发电机组和蓄电池共同为电动机提供能量以驱动整车行驶。
具体的，在串联混合动力汽车能量控制过程中，根据整车运行所需功率、发动机/发电机组和蓄电池的工作参数选择不同的能量控制策略，在最经济的工作模式下驱动车辆运行，以充分利用资源。
在串联混合动力汽车能量控制策略中，如何根据整车运行所需功率、发动机/发电机组和蓄电池的工作参数等因素确定发动机/发电机组和蓄电池的工作状态，是串联混合动力汽车的能量控制策略中最为关键的问题。
发明内容
本发明具体公开了一种串联混合动力汽车的能量控制方法,其中的串联混合动力汽车由发动机/发电机组输出电流和蓄电池输出电流驱动电动机，从而驱动整车运行，其特征在于：
当蓄电池SOC处在蓄电池工作区SOC下限SLow之下时，蓄电池不输出功率，通过发动机工作以驱动整车运行；
当蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow和蓄电池工作区上限Stop之间时，蓄电池放电参与驱动整车运行。
进一步，当蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow之下，且整车需求功率Pmo低于发动机高效低油耗区功率下限Plow时，控制发动机工作驱动整车运行，同时提高发动机的输出功率给电池充电；
当蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow之下，且整车需求功率Pmo处在发动机高效低油耗区功率下限Plow和发动机高效低油耗区上限Ptop之间时，控制发动机工作驱动整车运行，并提高发动机的工作负载给电池充电；
当蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow之下，且整车需求功率Pmo高于发动机高效低油耗区上限Ptop时，控制发动机工作在发动机高效低油耗区上限Ptop之上并关闭电池。
进一步，当蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow和蓄电池工作区上限Stop之间，且整车需求功率Pmo低于发动机高效低油耗区功率下限Plow时，控制由蓄电池输出功率控制整车运行，并关闭发动机。
当蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow和蓄电池工作区上限Stop之间，且整车需求功率Pmo处在发动机高效低油耗区功率下限Plow和发动机高效低油耗区上限Ptop之间时，控制单独采用蓄电池驱动或者单独采用发动机驱动。
当蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow和蓄电池工作区上限Stop之间，且整车需求功率Pmo高于发动机高效低油耗区上限Ptop，时，控制发动机工作在高效低油耗区功率下限Plow和发动机高效低油耗区上限Ptop之间，并控制蓄电池输出功率，由发动机和蓄电池共同输出功率驱动整车运行。
进一步，当蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow和蓄电池工作区上限Stop之间，且整车需求功率Pmo处在发动机高效低油耗区功率下限Plow和发动机高效低油耗区上限Ptop之间时，控制单独以发动机驱动整车运行并关闭电池。
进一步，当由蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow之下且整车需求功率Pmo低于发动机高效低油耗区功率下限Plow的状态，向蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow和蓄电池工作区上限Stop之间且整车需求功率Pmo低于发动机高效低油耗区功率下限Plow的状态转换后，在电池处在充电状态下时，直至蓄电池SOC达到蓄电池工作区上限Stop时才停止为蓄电池充电，然后控制由蓄电池输出功率控制整车运行，并关闭发动机。
进一步，当由蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow之下且整车需求功率Pmo处在发动机高效低油耗区功率下限Plow和发动机高效低油耗区上限Ptop之间的状态，向蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow和蓄电池工作区上限Stop之间且整车需求功率Pmo处在发动机高效低油耗区功率下限Plow和发动机高效低油耗区上限Ptop之间的状态转换后，在蓄电池处在充电状态下时，直至蓄电池SOC中达到蓄电池工作区上限Stop时才停止为蓄电池充电，然后控制单独采用蓄电池驱动或者单独采用发动机驱动。
进一步，当蓄电池SOC处在蓄电池工作区上限Stop之上时，电池不工作。
本发明提出的方法根据整车运行所需功率、发动机/发电机组和蓄电池的工作参数优化能量控制策略，在满足整车运行驱动条件下，使得车辆工作在最经济工作模式下，实现了资源的合理利用。
附图说明
图1：串联混合动力汽车能量供给示意图；
图2：串联混合动力汽车能量需求供给状态图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述。
在本发明实施例中，由发动机/发电机组输出电流（+）和蓄电池输出电流（+/-）驱动电动机，从而驱动整车运行。
根据***能量守恒定律，Pmo=Pe+Pby，其中，Pmo为电机的需求功率即整车需求功率，Pmo是一个车速和电机油门开度的函数；Pe为发电机的输出功率，Pe是一个关于发动机的输出转速和转矩的函数；Pby为蓄电池的工作功率，Pby可以为正或为负，具体的，在Pby为正时表示电池处在放电状态，Pby为负时表示电池处在充电状态。
需要说明的是，在本发明实施例中暂不考虑能量损失，即忽略发动机输出功率到发电机的能量损失和电池输出功率到变压器的能量损失，即在不计能量损失的情况下发动机的输出功率等于发电机的输出功率。在实际分析中需要计算这部分损失，具体的只需在功率传递过程中将对应部分的工作效率进行计算即可。
如图2所示，为本发明实施例提出的一种串联混合动力汽车能量需求供给状态图Pmo-SOC。横轴为电机的需求功率Pmo，横轴上关键点为0、Plow、Ptop和Pe_max，其中，Plow为发动机高效低油耗区功率下限，Ptop为发动机高效低油耗区上限，Pe_max为发动机的额定功率；纵轴为电池的荷电状态SOC，纵轴上的关键点为0、Slow、Stop和1，其中，Slow为蓄电池工作区下限的SOC值，Stop为蓄电池工作区上限的SOC值，1为蓄电池荷电状态最大值。
从图2可以看出，根据整车需求功率、发动机的输出功率和蓄电池的荷电状态，在B、E、H区域发动机输出功率处在发动机高效低油耗区功率下限Plow和发动机高效低油耗区上限Ptop之间，发动机处在高效工作状态下，因此在B、E、H区域优先控制以发动机工作以驱动整车运行；而在A、D、G区域发动机处在低效工作状态下，在C、F、I区域发动机处在高负载运行状态下，在这两种状态下都不利于发动机的工作。在D、E、F区域电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow和蓄电池工作区上限Stop之间，电池处在放电可控状态下，因此在D、E、F区域可控制由蓄电池放电输出以驱动整车运行；在A、B、C区域，蓄电池处在蓄电池工作区下限Slow之下，一般的在这3种状态下蓄电池不输出功率；在G、H、I区域，电池处在蓄电池工作区上限Stop之上，在混合动力电动车充电过程中可充电至该状态，但是充电状态完成后，在工作过程中电池放电驱动整车运行后即处在蓄电池工作区下限Slow和蓄电池工作区上限Stop之间。为保护电池，G、H、I区域电池不工作，此时应该开启发动机大负荷输出。
在本发明中，根据整车需求功率Pmo、发动机/发电机组的输出功率Pe和蓄电池的荷电状态SOC参数对串联混合动力汽车的能量驱动方式进行控制。
在A区域，整车需求功率Pmo低于发动机高效低油耗区功率下限Plow，并当前电池的SOC低于蓄电池的工作区下限Slow，因此，在A区域控制发动机工作驱动整车运行，并提高发动机的输出功率给电池充电，蓄电池的输出功率为负值，此时Pmo=Pe+（-Pby）。在A区域内，为了实现对蓄电池的充电提高发动机的输出功率，提高发动机的负载，有利于提高发动机/发电机组的效率。
在B区域，整车需求功率Pmo处在发动机高效低油耗区功率下限Plow和发动机高效低油耗区上限Ptop之间，发动机处在高效工作状态下，且当前电池的SOC低于蓄电池的工作区下限Slow，因此，在B区域控制发动机工作驱动整车运行，并提高发动机的工作负载给电池充电，蓄电池的输出功率为负值，此时Pmo=Pe+（-Pby）。
在C区域，整车需求功率Pmo高于发动机高效低油耗区上限Ptop，并当前电池的SOC低于蓄电池的工作区下限Slow，但是，由于此时发动机处在高负载运行状态下驱动整车运行，不能再提高负载对电池进行充电，此时，控制发动机工作在发动机高效低油耗区上限Ptop之上并关闭电池，此时Pmo=Pe+0。
在D区域，整车需求功率Pmo 处在蓄电池工作区下限Slow和蓄电池工作区上限Stop之间，并低于发动机高效低油耗区功率下限Plow，此时蓄电池处在可控工作状态下，且发动机处在低效率工作区域，因此控制由蓄电池输出功率控制整车运行，并关闭发动机，此时，Pmo=0+Pby。
在E区域，整车需求功率Pmo处在发动机高效低油耗区功率下限Plow和发动机高效低油耗区上限Ptop之间，并处在蓄电池工作区下限Slow和蓄电池工作区上限Stop之间。即在E区域发动机处在高效工作区域，且蓄电池处在放电可控状态下，此时既可以控制纯电驱动，亦可控制发动机驱动，在本发明实施例中优先选择以发动机驱动整车运行并关闭电池，以对电池进行保护，此时Pmo=Pe+0。在进行工作区域转换时，为了最大限度避免蓄电池的频繁充放电，根据转化前发动机和蓄电池的工作状态对转化后的发动机和电池的工作状态进行控制。
在F区域，整车需求功率Pmo高于发动机高效低油耗区上限Ptop，并处在蓄电池工作区下限Slow和蓄电池工作区上限Stop之间。即此时发动机处在高负载运行状态下，且蓄电池处在可控状态，此时控制发动机工作在Plow和Ptop之间，并控制蓄电池输出功率，由发动机和蓄电池共同输出功率驱动整车运行，此时Pmo=Pe+Pby。
在本发明实施例中，为了实现对电池的最大化保护，避免对蓄电池进行频繁的充电或放电工作。
在G、H、I区域，电池处在蓄电池工作区上限Stop之上，在D、E、F区域，电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow和蓄电池工作区上限Stop之间，此时可控制蓄电池输出功率，所以在进行区域转换时可按照上述控制策略进行。在A、B区域电池均处在充电状态下，在区间C电池处在关闭状态下，在进行区域转换时按照上述控制策略进行。因此，在本发明实施例中，对区域A、D和区域D、E的转化进行详细描述。
在A区域，蓄电池处在充电状态下，电池充电会使得电池SOC值上升，当电池SOC值上升到D区域时，电池处在可控状态下，按照上述控制策略可控制发动机关闭，并控制由蓄电池放电驱动；在蓄电池放电驱动的过程中，电池的SOC值下降并降到A区域，在A区域按照上述控制策略需要启动发动机驱动并给电池充电。如此不断循环对电池进行重复充电和放电，不利于对电池的保护。因此，在由区域A向区域D转换时，控制发动机工作驱动整车并给电池充电，在电池处在充电状态下，直至电池SOC中达到蓄电池工作区上限Stop时停止为蓄电池充电。然后按照上述控制策略进行控制。
根据同样的原理，在B区域向E区域转化时，控制发动机驱动整车运行并给电池充电，直至电池SOC达到top值时停止为蓄电池充电。
 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种串联混合动力汽车的能量控制方法,其中的串联混合动力汽车由发动机/发电机组输出电流和蓄电池输出电流驱动电动机，从而驱动整车运行，其特征在于：
当蓄电池SOC处在蓄电池工作区SOC下限SLow之下时，蓄电池不输出功率，通过发动机工作以驱动整车运行；
当蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow和蓄电池工作区上限Stop之间时，蓄电池放电参与驱动整车运行。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：
当蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow之下，且整车需求功率Pmo低于发动机高效低油耗区功率下限Plow时，控制发动机工作驱动整车运行，同时提高发动机的输出功率给电池充电；
当蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow之下，且整车需求功率Pmo处在发动机高效低油耗区功率下限Plow和发动机高效低油耗区上限Ptop之间时，控制发动机工作驱动整车运行，并提高发动机的工作负载给电池充电；
当蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow之下，且整车需求功率Pmo高于发动机高效低油耗区上限Ptop时，控制发动机工作在发动机高效低油耗区上限Ptop之上并关闭电池。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：
当蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow和蓄电池工作区上限Stop之间，且整车需求功率Pmo低于发动机高效低油耗区功率下限Plow时，控制由蓄电池输出功率控制整车运行，并关闭发动机；
当蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow和蓄电池工作区上限Stop之间，且整车需求功率Pmo处在发动机高效低油耗区功率下限Plow和发动机高效低油耗区上限Ptop之间时，控制单独采用蓄电池驱动或者单独采用发动机驱动；
当蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow和蓄电池工作区上限Stop之间，且整车需求功率Pmo高于发动机高效低油耗区上限Ptop，时，控制发动机工作在高效低油耗区功率下限Plow和发动机高效低油耗区上限Ptop之间，并控制蓄电池输出功率，由发动机和蓄电池共同输出功率驱动整车运行。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：当蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow和蓄电池工作区上限Stop之间，且整车需求功率Pmo处在发动机高效低油耗区功率下限Plow和发动机高效低油耗区上限Ptop之间时，控制单独以发动机驱动整车运行并关闭电池。
5.根据权利要求2-4任一项所述的权利要求，其特征在于：当由蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow之下且整车需求功率Pmo低于发动机高效低油耗区功率下限Plow的状态，向蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow和蓄电池工作区上限Stop之间且整车需求功率Pmo低于发动机高效低油耗区功率下限Plow的状态转换后，在电池处在充电状态下时，直至蓄电池SOC达到蓄电池工作区上限Stop时才停止为蓄电池充电，然后控制由蓄电池输出功率控制整车运行，并关闭发动机。
6.根据权利要求2-5任一项所述的权利要求，其特征在于：当由蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow之下且整车需求功率Pmo处在发动机高效低油耗区功率下限Plow和发动机高效低油耗区上限Ptop之间的状态，向蓄电池SOC处在蓄电池工作区下限Slow和蓄电池工作区上限Stop之间且整车需求功率Pmo处在发动机高效低油耗区功率下限Plow和发动机高效低油耗区上限Ptop之间的状态转换后，在蓄电池处在充电状态下时，直至蓄电池SOC中达到蓄电池工作区上限Stop时才停止为蓄电池充电，然后控制单独采用蓄电池驱动或者单独采用发动机驱动。
7.根据权利要求1-6任一项所述的控制方法，其特征在于：当蓄电池SOC处在蓄电池工作区上限Stop之上时，电池不工作。
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