CN104442824B - 并联式能量回收控制方法及*** - Google Patents

并联式能量回收控制方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明属于电动车能量回收技术领域，特别涉及一种并联式能量回收控制方法，该方法包括如下步骤：(A)计算工况请求速度、加速度；(B)判断加速度是否等于零，若等于零，则根据请求功率和电池电量来判定车辆是采用纯电驱动或发动机驱动或混合驱动；否则进入步骤C、D；(C)判断车辆是否需要换挡；(D)若此时加速度小于零，进行制动能量回收流程。同时还涉及一种并联式能量回收***。通过提供有效改变能量回收的方法和提供能量控制方法，有效对整车能量回收过程中的各种状况进行平衡控制，从而满足整车动力性和经济性的要求。

Description

并联式能量回收控制方法及***
技术领域
本发明属于电动车能量回收技术领域，特别涉及一种并联式能量回收控制方法及***。
背景技术
现有专利公开的涉及并联式车辆电储能再生制动***及能量回收利用方法，主要包括电机、超级电容组和蓄电池、谐波齿轮减速机构、转矩合成装置、电子控制单元、谐波齿轮减速机构控制器、电机控制器和超级电容控制器。该能量回收利用方法的车辆具有两套制动***：现有车辆的制动***和并联式电储能再生制动***，两套制动***单独或同时在车辆上运行。其主要的功能是当车辆制动时由并联式电储能再生制动***根据车速、制动深度、蓄电池能量值来回收能量；也可由发动机与电机同时或单独驱动车辆。它将车辆制动过程中耗散的机械能转换为电能，并回收再利用，可节省燃油，降低排放，降低制动噪声，以及改善制动安全性和提高制动***使用寿命。但该种并联式车辆电储能仅仅对再生制动***模式时进行能量回收和利用，没有有效对纯电驱动、纯发动机驱动以及混合驱动，这三种模式的能量回收模式进行有效控制。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种并联式能量回收控制方法，对三种模式的能量回收进行有效的控制。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种并联式能量回收控制方法，包括如下步骤：(A)计算工况请求速度、加速度；(B)判断加速度是否等于零，若等于零，则根据请求功率和电池电量来判定车辆是采用纯电驱动或发动机驱动或混合驱动；否则进入步骤C、D；(C)判断车辆是否需要换挡；(D)若此时加速度小于零，进行制动能量回收流程。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：通过提供有效改变能量回收的方法和提供能量控制方法，有效对整车能量回收过程中的各种状况进行平衡控制，从而满足整车动力性和经济性的要求。
本发明的另一个目的在于提供一种并联式能量回收***，对三种模式的能量回收进行有效的控制。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种并联式能量回收***，包括电池分析模块、电机分析模块、发动机分析模块、再生制动分析模块、制动力分析模块、动力性能分析模块、经济性能分析模块以及动力参数匹配模块；所述的电池分析模块根据电池电压、电池容量、能量、功率、放电速率、充电速率、电池初始荷电状态值、电量计算分析出工况仿真电池端电压、内阻特性、充放电电流、充放电功率特性曲线以及工况百公里能耗量；电机分析模块根据额定功率、额定转速、额定转矩、最高转速、工作效率图谱分析确定仿真过程电机转速特性、转矩特性、充放电功率特性；发动机分析模块根据额定功率、额定转速、额定转矩、最高转速、燃油消耗万有特性分析确定仿真过程中发动机转速特性、转矩特性、输出功率特性、百公里工况燃油消耗量；再生制动分析模块根据电池分析模块输出的电池参数、电机分析模块输出的电机参数、传动比分析计算工况仿真过程电池组充电能量及回收效率；制动力分析模块根据影响制动力的参数计算出理想制动力分配曲线和按定比分配的制动力图；动力性能分析模块用于获得牵引力—车速关系、动力因数—车速关系、最大爬坡度—车速关系、加速时间—车速关系；经济性能分析模块用于获得等速百公里油耗—车速关系和工况仿真再生制动回收能量—时间关系；动力参数匹配模块根据上述参数具体分析计算不同参数匹配下汽车的经济性与动力性，其中以循环工况燃油消耗代表经济性，以原地起步加速时间代表动力性。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：通过提供有效改变能量回收的装置和提供能量控制装置，有效对整车能量回收过程中的各种状况进行平衡控制，从而满足整车动力性和经济性的要求。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图2是本发明的制动能量控制流程图；
图3是本发明的三种模式能量控制流程图；
图4是步骤C22中的二维坐标系的示意图。
具体实施方式
下面结合图1至图4，对本发明做进一步详细叙述。
参阅图2、图3，一种并联式能量回收控制方法，包括如下步骤：(A)计算工况请求速度、加速度；(B)判断加速度是否等于零，若等于零，则根据请求功率和电池电量来判定车辆是采用纯电驱动或发动机驱动或混合驱动；否则进入步骤C、D；(C)判断车辆是否需要换挡；(D)若此时加速度小于零，进行制动能量回收流程。这里，通过加速度、请求功率、电池电量等参数进行采集，来保证车辆处于合适的驱动模式，并根据车辆速度、档位信息判断车辆是否需要换挡，另外，同时完成制动能量回收的控制。将所有的功能集成在一起，有利于能量的管理利用，有效对整车各种状况进行平衡控制，从而满足整车动力性和经济性的要求。
优选地，所述的步骤B中，按如下步骤实现根据请求功率和电池电量来判定车辆是采用纯电驱动或发动机驱动或混合驱动功能：(B1)判断请求功率是否大于设定纯电驱动功率，若是，进入步骤B2，否则进入步骤B3；(B2)判断电池电量是否大于设定值，如果是，则车辆采用纯电驱动，同时计算电池的放电功率、放电电流、电池电量；(B3)判定请求功率是否在发动机设定的功率区，若是，则车辆采用发动机驱动，并计算发动机的转速、转矩、燃油消耗率，否则进入步骤B4；(B4)判断电池电量是否大于设置值，若是，则车辆采用混合驱动，并按当前转速下***最优效率分配转矩，同时计算电机的输出转矩、功率以及电池的放电电流、放电功率、电量以及发动机的输出转速、输出转矩和燃油消耗率；否则，进入步骤B5；(B5)判定动力源不能满足工况需求，发动机按当前转速下最大输出转矩输出，输出当前状态的速度和加速度。根据此步骤，可以使得车辆工作在最佳的状态下，减少油耗。
优选地，所述的步骤C中，按如下步骤判断车辆是否需要换挡：(C1)获得传动系请求转矩、请求转速；(C2)进行换挡的计算判断；(C3)确认是否换挡，若换挡，则计算换挡后动力源的转速、转矩；所述的步骤C3后还包括如下步骤：(C4)按当前转速下***最优效率分配转速；(C5)输出电机的转矩以及发动机的输出转矩；(C6)计算电机的输出转矩、功率以及电池的放电电流、放电功率、电量以及发动机的输出转速、输出转矩和燃油消耗率。。再根据车辆当前的运行参数，判定车辆是否需要换挡，以实现车辆的自动换挡工作。
优选地，所述的步骤D中，制动能量回收流程包括如下步骤：(D1)判断制动强度是否小于0.7，若是，进入步骤D2，否则进入步骤D3；(D2)采用前后轮定比制动力分配曲线分配制动力，并计算驱动轮的能量回收情况，输出再生制动能量回收率；(D3)采用摩擦制动，输出发动机、电机、电池状态变量为零。通过这些步骤，可以实现对车辆制动能量的回收。
作为本发明的优选方案，对于是否进行换挡可按如下步骤进行判定，所述的步骤C2中，包括如下步骤：(C21)以发动机转速为横坐标、发动机最大扭矩为纵坐标绘制二维坐标系，并在坐标系中绘制发动机外特性曲线；(C22)按下列公式计算出降挡发动机负荷分别为0和1时的临界转速点spd_dn1、spd_dn2以及升挡发动机负荷分别为0和1的临界转速点spd_up1、spd_up2，并在二维坐标系中标出这四个点，如图4所示；
spd_dn1＝0.325*spd_max_En；
spd_up1＝0.625*spd_max_En；
spd_dn2＝spd_max_trq_En(spd_max_trq_En＞spd_max_En)
或0.45*spd_max_En；
Spd_up2＝spd_max_pwr_En；
式中，spd_max_En为发动机最大转速；spd_max_trq_En为发动机外特性最大转矩处对应的转速；spd_max_pwr_En为发动机外特性最大功率处所对应的转速；(C23)当发动机的转速-转矩运行点在以spd_dn1和spd_dn2决定的直线左侧时，进行降挡操作；当运行点在以spd_up1和spd_up2决定的直线右侧时，进行升挡操作。通过该步骤判定得出的是否换挡结果较为准确，有利于档位的自动更换。
优选地，参阅图1，本实施例中还公开了一种并联式能量回收***，包括电池分析模块、电机分析模块、发动机分析模块、再生制动分析模块、制动力分析模块、动力性能分析模块、经济性能分析模块以及动力参数匹配模块；所述的电池分析模块根据电池电压、电池容量、能量、功率、放电速率、充电速率、电池初始荷电状态值、电量计算分析出工况仿真电池端电压、内阻特性、充放电电流、充放电功率特性曲线以及工况百公里能耗量；电机分析模块根据额定功率、额定转速、额定转矩、最高转速、工作效率图谱分析确定仿真过程电机转速特性、转矩特性、充放电功率特性；发动机分析模块根据额定功率、额定转速、额定转矩、最高转速、燃油消耗万有特性分析确定仿真过程中发动机转速特性、转矩特性、输出功率特性、百公里工况燃油消耗量；再生制动分析模块根据电池分析模块输出的电池参数、电机分析模块输出的电机参数、传动比分析计算工况仿真过程电池组充电能量及回收效率；制动力分析模块根据影响制动力的参数计算出理想制动力分配曲线和按定比分配的制动力图；动力性能分析模块用于获得牵引力—车速关系、动力因数—车速关系、最大爬坡度—车速关系、加速时间—车速关系；经济性能分析模块用于获得等速百公里油耗—车速关系和工况仿真再生制动回收能量—时间关系；动力参数匹配模块根据上述参数具体分析计算不同参数匹配下汽车的经济性与动力性，其中以循环工况燃油消耗代表经济性，以原地起步加速时间代表动力性。通过该并联式能量回收***，实现前面所述的各步骤，对车辆的各种能量进行管理控制，满足整车动力性和经济性的要求。
优选地，还包括报表输出模块，用于提供图形输出，实现对计算结果中的图表进行保存、参数数值输出并实现对计算所得输出结果参数和用户初始设置参数的保存。报表输出模块的存在，不仅有利于对车辆各参数的监控，还能当车辆出现故障时，有利于检测故障的具***置，并能为车辆测试提供数据以供改进。

Claims (6)

1.一种并联式能量回收控制方法，包括如下步骤：
A、计算工况请求速度、加速度；
B、判断加速度是否等于零，若等于零，则根据请求功率和电池电量来判定车辆是采用纯电驱动或发动机驱动或混合驱动；否则进入步骤C、D；
C、判断车辆是否需要换挡；
D、若此时加速度小于零，进行制动能量回收流程；
所述的步骤C中，按如下步骤判断车辆是否需要换挡：
C1、获得传动系请求转矩、请求转速；
C2、进行换挡的计算判断；
C3、确认是否换挡，若换挡，则计算换挡后动力源的转速、转矩；所述的步骤C2中，包括如下步骤：
C21、以发动机转速为横坐标、发动机最大扭矩为纵坐标绘制二维坐标系，并在坐标系中绘制发动机外特性曲线；
C22、按下列公式计算出降挡发动机负荷分别为0和1时的临界转速点spd_dn1、spd_dn2以及升挡发动机负荷分别为0和1的临界转速点spd_up1、spd_up2，并在二维坐标系中标出这四个点；
spd_dn1＝0.325*spd_max_En；
spd_up1＝0.625*spd_max_En；
spd_dn2＝spd_max_trq_En
或0.45*spd_max_En；
Spd_up2＝spd_max_pwr_En；
式中，spd_max_En为发动机最大转速；spd_max_trq_En为发动机外特性最大转矩处对应的转速；spd_max_pwr_En为发动机外特性最大功率处所对应的转速；
C23、当发动机的转速-转矩运行点在以spd_dn1和spd_dn2决定的直线左侧时，进行降挡操作；当运行点在以spd_up1和spd_up2决 定的直线右侧时，进行升挡操作。
2.如权利要求1所述的并联式能量回收控制方法，其特征在于：所述的步骤B中，按如下步骤实现根据请求功率和电池电量来判定车辆是采用纯电驱动或发动机驱动或混合驱动功能：
B1、判断请求功率是否大于设定纯电驱动功率，若是，进入步骤B2，否则进入步骤B3；
B2、判断电池电量是否大于设定值，如果是，则车辆采用纯电驱动，同时计算电池的放电功率、放电电流、电池电量；
B3、判定请求功率是否在发动机设定的功率区，若是，则车辆采用发动机驱动，并计算发动机的转速、转矩、燃油消耗率，否则进入步骤B4；
B4、判断电池电量是否大于设置值，若是，则车辆采用混合驱动，并按当前转速下***最优效率分配转矩，同时计算电机的输出转矩、功率以及电池的放电电流、放电功率、电量以及发动机的输出转速、输出转矩和燃油消耗率；否则，进入步骤B5；
B5、判定动力源不能满足工况需求，发动机按当前转速下最大输出转矩输出，输出当前状态的速度和加速度。
3.如权利要求1所述的并联式能量回收控制方法，其特征在于：所述的步骤C3后还包括如下步骤：
C4、按当前转速下***最优效率分配转速；
C5、输出电机的转矩以及发动机的输出转矩；
C6、计算电机的输出转矩、功率以及电池的放电电流、放电功率、电量以及发动机的输出转速、输出转矩和燃油消耗率。
4.如权利要求1所述的并联式能量回收控制方法，其特征在于：所述的步骤D中，制动能量回收流程包括如下步骤：
D1、判断制动强度是否小于0.7，若是，进入步骤D2，否则进入步骤D3；
D2、采用前后轮定比制动力分配曲线分配制动力，并计算驱动轮的能量回收情况，输出再生制动能量回收率；
D3、采用摩擦制动，输出发动机、电机、电池状态变量为零。
5.一种并联式能量回收***，其特征在于：包括电池分析模块、电机分析模块、发动机分析模块、再生制动分析模块、制动力分析模块、动力性能分析模块、经济性能分析模块以及动力参数匹配模块；所述的电池分析模块根据电池电压、电池容量、能量、功率、放电速率、充电速率、电池初始荷电状态值、电量计算分析出工况仿真电池端电压、内阻特性、充放电电流、充放电功率特性曲线以及工况百公里能耗量；电机分析模块根据额定功率、额定转速、额定转矩、最高转速、工作效率图谱分析确定仿真过程电机转速特性、转矩特性、充放电功率特性；发动机分析模块根据额定功率、额定转速、额定转矩、最高转速、燃油消耗万有特性分析确定仿真过程中发动机转速特性、转矩特性、输出功率特性、百公里工况燃油消耗量；再生制动分析模块根据电池分析模块输出的电池参数、电机分析模块输出的电机参数、传动比分析计算工况仿真过程电池组充电能量及回收效率；制动力分析模块根据影响制动力的参数计算出理想制动力分配曲线和按定比分配的制动力图；动力性能分析模块用于获得牵引力—车速关系、动力因数—车速关系、最大爬坡度—车速关系、加速时间—车速关系；经济性能分析模块用于获得等速百公里油耗—车速关系和工况仿真再生制动回收能量—时间关系；动力参数匹配模块根据上述参数具体分析计算不同参数匹配下汽车的经济性与动力性，其中以循环工况燃油消耗代表经济性，以原地起步加速时间代表动力性。
6.如权利要求5所述的并联式能量回收***，其特征在于：还包括报表输出模块，用于提供图形输出，实现对计算结果中的图表进行保存、参数数值输出并实现对计算所得输出结果参数和用户初始设置参数的保存。
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