CN109141916B - 电动汽车辅助动力单元试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

电动汽车辅助动力单元试验装置及试验方法。辅助动力单元是里程延长式电动汽车的核心，线下试验方法的合理性愈加重要，检验辅助动力单元输出功率、效率及长时间带负载运行能力十分必要。本发明组成包括：辅助动力单元，辅助动力单元包括发动机（1），发动机分别与启动/发电机（2）连接、发动机控制器（20）连接，启动/发电机通过交流动力电缆（3）与智能控制器（4）、交直流电阻负载（17）、交直流功率分析仪（18）连接，智能控制器通过直流动力电缆（5）与负载选择控制器（6）、交直流功率分析仪连接，负载选择控制器分别通过导线与并网逆变电源（7）、动力电池组（16）、交直流电阻负载连接。本发明用于电动汽车辅助动力单元试验装置。

Description

电动汽车辅助动力单元试验装置及试验方法

技术领域：

本发明涉及一种电动汽车辅助动力单元试验装置及试验方法。

背景技术：

目前电动汽车动力蓄电池组比能量小，一次充电续行里程短，充电时间长，充电站不普及，短时间内难以实现大规模商业化。为解决电动汽车推广普及的难题，汽车行业提出并研发了一种新的电动汽车运行模式——里程延长式电动汽车；里程延长式电动汽车在纯电动汽车上加载了一套辅助动力单元，可在电池电量不足时为电动汽车驱动电机供电，使电动汽车实现高达数百公里的续行能力；里程延长式电动汽车车载电池重量仅为纯电动汽车的50％左右，可极大地降低车载电池的成本和重量；

里程延长式电动车是由电机直驱的，非混合动力结构，动力电池组始终处于浅充放电状态，这极大的延长了动力电池组的使用寿命；动力电池组容量较大，汽车可以以纯电动的模式行驶较长的里程，同时车辆具有外接充电方式，可以利用夜间用电低谷时充电，因此，国内外已接受安装辅助动力单元的电动汽车，为从传统燃油汽车向纯电动汽车过渡的实用产品；

辅助动力单元是里程延长式电动汽车的核心，其线下试验方法的合理性也显得愈加重要，因此设计一套试验装置来检验辅助动力单元输出功率、效率以及长时间带负载运行能力是十分必要的。

发明内容：

本发明的目的是提供一种电动汽车辅助动力单元试验装置及试验方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种电动汽车辅助动力单元试验装置，其组成包括：辅助动力单元，所述的辅助动力单元包括发动机，所述的发动机分别与启动/发电机连接、发动机控制器连接，所述的启动/发电机通过交流动力电缆分别与智能控制器、交直流电阻负载、交直流功率分析仪连接，所述的智能控制器通过直流动力电缆分别与负载选择控制器、所述的交直流功率分析仪连接，所述的负载选择控制器分别通过导线与并网逆变电源、动力电池组、所述的交直流电阻负载连接。

所述的电动汽车辅助动力单元试验装置，所述的并网逆变电源连接电网，所述的动力电池组通过导线与主驱动电机控制器连接，所述的主驱动电机控制器通过导线与主驱动电机连接，所述的主驱动电机通过联轴器A与转矩传感器连接，所述的转矩传感器通过联轴器B与电磁制动器连接，所述的电磁制动器通过导线与励磁控制器连接。

所述的电动汽车辅助动力单元试验装置，所述的励磁控制器、所述的主驱动电机控制器、所述的动力电池组、所述的交直流电阻负载、所述的负载选择控制器、所述的智能控制器、所述的发动机控制器、***控制器通过CAN总线连接。

一种电动汽车辅助动力单元试验装置及试验方法，该方法包括如下步骤：首先辅助动力单元是整车动力***的辅助发电单元，主要是由发动机、起动/发电机、智能控制器构成，所述的发动机是辅助动力单元的动力源，也是化学能/机械能转换单元；启动/发电机采用启动/发电一体式电机，发动机启动时，智能控制器控制电机工作在电动状态，用来启动发动机；发动机启动后，发电机转为发电状态，智能控制器具有整流和升压功能，为负载供电，将发电机输出的三相交流电转换为直流电，给主驱动电机供电，同时给动力电池组充电；***控制器根据检测到的CAN总线信号，通过控制算法实现对辅助动力单元工作状态的智能控制；主驱动电机、主驱动电机控制器及电磁制动器用来模拟实际车辆行驶过程中电能的使用情况；

试验装置兼容多种控制策略，***控制器根据不同控制策略协调各控制单元完成对辅助动力单元的试验，该装置能够完成以下四种控制策略的试验：

（1）恒功率控制策略

所述的控制策略根据动力电池组的荷电状态SOC门限值，决定辅助动力单元的开启与关闭，设定电池SOC的上限值SOC_max与下限值SOC_min，当电池SOC值大于SOC_max时，辅助动力单元关闭；当电池SOC值低于SOC_min时，辅助动力单元启动，工作于最优效率点，输出恒定功率；若主驱动电机处于工作状态，则其中一部分功率供给主驱动电机，使车辆继续行驶，另一部分多余的功率的使用视三种负载情况而定；当动力电池组SOC位于SOC_max和SOC_min之间时，辅助动力单元保持前一时刻的工作状态；SOC_max与SOC_min的取值与外界温度、湿度等环境因素有关，***会自动设置其最优值；

（2）功率跟随控制策略

所述的控制策略下辅助动力单元的启停不仅与动力电池SOC有关，同时需参考主驱动电机功率需求以及辅助动力单元当前工作状态；当主驱动电机需求功率高或动力电池SOC值偏低时，辅助动力单元会开启；仅当动力电池SOC高于预设上限值SOC_max且车辆需求功率小于预设值时，辅助动力单元关闭；同时，设定状态保持区，所述的状态保持区域内，辅助动力单元前一时刻开启，则保持开启；前一时刻关闭，则保持关闭，辅助动力单元一旦工作，输出功率随负载功率进行变化；

（3）恒功率+功率跟随控制策略

所述的控制策略是将前两种策略结合起来使用，使辅助动力单元和动力电池均工作在相对高效区域，兼顾辅助动力单元排放和动力电池寿命问题，即当主驱动电机输出功率超过额定功率的70%时，采用功率跟随控制策略，避免动力电池组大电流放电；当主驱动电机输出功率低于额定功率的70%时，根据当时的SOC状态，关闭辅助动力单元，提高***效率，改善排放；

（4）等效燃料消耗控制策略

所述的控制策略将动力电池充、放电过程消耗的电能折算成辅助动力单元所消耗或存储的能量，与辅助动力单元实际燃油消耗组成***总的燃油消耗模型，计算此模型最小值，选取此最小值所对应的点作为当前辅助动力单元的工作点。

有益效果：

1.本发明的辅助动力单元采用启动/发电一体式电机，可省去一台发动机专用启动机，减小辅助动力单元的体积和重量，节约成本，提高工作可靠性。

2.本发明采用启动/发电一体式电机，省去一台发动机启动机，通过智能控制器控制电机的电动与发电模式，试验装置兼容多种控制策略，包括恒功率控制策略、功率跟随控制策略、恒功率+功率跟随控制策略、等效燃料消耗控制策略。

3.本发明的结构具有三种负载模式，动力电池组充电模式中，发电机输出的三相交流电经整流升压后为动力电池组充电，电池组内部包含电池管理***，能够实时监测充电过程，方便实用。

4.本发明的并网逆变模式中，并网逆变电源能够将高压直流电转变为与公共电网同频率、同相位、同幅值的交流电；电阻负载模式中，通过连续可调的电阻型负载测试辅助动力单元输出能力，主驱动电机及电磁制动器用来模拟实际车辆行驶过程中电能的使用情况。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式：

实施例1：

一种电动汽车辅助动力单元试验装置，其组成包括：辅助动力单元，所述的辅助动力单元包括发动机1，所述的发动机分别与启动/发电机2连接、发动机控制器20连接，所述的启动/发电机通过交流动力电缆3分别与智能控制器4、交直流电阻负载17、交直流功率分析仪18连接，所述的智能控制器通过直流动力电缆5分别与负载选择控制器6、所述的交直流功率分析仪连接，所述的负载选择控制器分别通过导线与并网逆变电源7、动力电池组16、所述的交直流电阻负载连接。

实施例2：

根据实施例1所述的电动汽车辅助动力单元试验装置，所述的并网逆变电源连接电网8，所述的动力电池组通过导线与主驱动电机控制器9连接，所述的主驱动电机控制器通过导线与主驱动电机10连接，所述的主驱动电机通过联轴器A11与转矩传感器12连接，所述的转矩传感器通过联轴器B13与电磁制动器14连接，所述的电磁制动器通过导线与励磁控制器15连接。

实施例3：

根据实施例1或2所述的电动汽车辅助动力单元试验装置，所述的励磁控制器、所述的主驱动电机控制器、所述的动力电池组、所述的交直流电阻负载、所述的负载选择控制器、所述的智能控制器、所述的发动机控制器、***控制器19通过CAN总线连接。

实施例4：

一种利用实施例1-3所述的电动汽车辅助动力单元试验装置的试验方法，本方法是：首先辅助动力单元是整车动力***的辅助发电单元，主要是由发动机、起动/发电机、智能控制器构成，所述的发动机是辅助动力单元的动力源，也是化学能/机械能转换单元；启动/发电机采用启动/发电一体式电机，发动机启动时，智能控制器控制电机工作在电动状态，用来启动发动机；发动机启动后，发电机转为发电状态，智能控制器具有整流和升压功能，为负载供电，将发电机输出的三相交流电转换为直流电，给主驱动电机供电，同时给动力电池组充电；***控制器根据检测到的CAN总线信号，通过控制算法实现对辅助动力单元工作状态的智能控制；主驱动电机、主驱动电机控制器及电磁制动器用来模拟实际车辆行驶过程中电能的使用情况；

试验装置兼容多种控制策略，***控制器根据不同控制策略协调各控制单元完成对辅助动力单元的试验，该装置能够完成以下四种控制策略的试验：

（1）恒功率控制策略

所述的控制策略根据动力电池组的荷电状态SOC门限值，决定辅助动力单元的开启与关闭，设定电池SOC的上限值SOC_max与下限值SOC_min，当电池SOC值大于SOC_max时，辅助动力单元关闭；当电池SOC值低于SOC_min时，辅助动力单元启动，工作于最优效率点，输出恒定功率；若主驱动电机处于工作状态，则其中一部分功率供给主驱动电机，使车辆继续行驶，另一部分多余的功率的使用视三种负载情况而定；当动力电池组SOC位于SOC_max和SOC_min之间时，辅助动力单元保持前一时刻的工作状态；SOC_max与SOC_min的取值与外界温度、湿度等环境因素有关，***会自动设置其最优值；

（2）功率跟随控制策略

所述的控制策略下辅助动力单元的启停不仅与动力电池SOC有关，同时需参考主驱动电机功率需求以及辅助动力单元当前工作状态；当主驱动电机需求功率高或动力电池SOC值偏低时，辅助动力单元会开启；仅当动力电池SOC高于预设上限值SOC_max且车辆需求功率小于预设值时，辅助动力单元关闭；同时，设定状态保持区，所述的状态保持区域内，辅助动力单元前一时刻开启，则保持开启；前一时刻关闭，则保持关闭，辅助动力单元一旦工作，输出功率随负载功率进行变化；

（3）恒功率+功率跟随控制策略

所述的控制策略是将前两种策略结合起来使用，使辅助动力单元和动力电池均工作在相对高效区域，兼顾辅助动力单元排放和动力电池寿命问题，即当主驱动电机输出功率超过额定功率的70%时，采用功率跟随控制策略，避免动力电池组大电流放电；当主驱动电机输出功率低于额定功率的70%时，根据当时的SOC状态，关闭辅助动力单元，提高***效率，改善排放；

（4）等效燃料消耗控制策略

所述的控制策略将动力电池充、放电过程消耗的电能折算成辅助动力单元所消耗或存储的能量，与辅助动力单元实际燃油消耗组成***总的燃油消耗模型，计算此模型最小值，选取此最小值所对应的点作为当前辅助动力单元的工作点；

负载模式选择：

负载选择控制器接收***控制器指令，根据试验装置整机工作状态及控制策略切换负载模式；

（1）动力电池组充电模式：

此模式下，若主驱动电机处于工作状态，则辅助动力单元所发出的电能，一部分供给主驱动电机，另一部分多余的功率给动力电池组充电；若主驱动电机处于停止状态，则辅助动力单元所发出的电能全部用于动力电池组充电；

（2）并网逆变模式

并网逆变模式为动力电池充电模式的附属工作模式，当电池管理***检测到此时动力电池满电量时，向***控制器发送指令，***控制器向负载选择控制器发送指令，切换负载至并网逆变模式，此模式下，若主驱动电机处于工作状态，则辅助动力单元所发出的电能，一部分供给主驱动电机，另一部分多余的功率给并网逆变电源，将电能反馈至公共电网；若主驱动电机处于停止状态，则辅助动力单元所发出的电能全部用于并网逆变；

（3）电阻负载模式

动力电池组充电模式和并网逆变模式虽然能够将电能存储或有效转化，但存在一定的弊端。动力电池组由于受到其本体特性的限制，充电时电流的大小需在一定的范围内，充电电流过大会对电池本体造成损伤；逆变器并网以后，输出电压的波形、相位高度依赖电网电压，很难对辅助动力单元的输出功率进行控制；

电阻负载模式可有效解决上述问题，该试验装置中采用交直流电阻负载，发电机输出侧可以直接接入交流输入端，该电阻负载满足辅助动力单元最大输出功率要求，发动机转速恒定时，发电机能够输出电压稳定的三相交流电，通过改变电阻负载阻值，即可改变发电机输出电流值，负载电阻值越大，输出电流越小，此时发电机输出功率较小；负载电阻值减小，发电机输出电流增大，输出功率增大。智能控制器输出侧可以直接接入直流输入端，可同时检测发电机输出特性和智能控制器整流升压特性。因此，通过电阻负载可以对辅助动力单元输出特性进行全面测试。

Claims (1)

1.一种电动汽车辅助动力单元试验装置的试验方法，所述的试验装置其组成包括：辅助动力单元，其特征是：所述的辅助动力单元包括发动机，所述的发动机分别与启动/发电机连接、发动机控制器连接，所述的启动/发电机通过交流动力电缆分别与智能控制器、交直流电阻负载、交直流功率分析仪连接，所述的智能控制器通过直流动力电缆分别与负载选择控制器、所述的交直流功率分析仪连接，所述的负载选择控制器分别通过导线与并网逆变电源、动力电池组、所述的交直流电阻负载连接；

所述的并网逆变电源连接电网，所述的动力电池组通过导线与主驱动电机控制器连接，所述的主驱动电机控制器通过导线与主驱动电机连接，所述的主驱动电机通过联轴器A与转矩传感器连接，所述的转矩传感器通过联轴器B与电磁制动器连接，所述的电磁制动器通过导线与励磁控制器连接；

所述的励磁控制器、所述的主驱动电机控制器、所述的动力电池组、所述的交直流电阻负载、所述的负载选择控制器、所述的智能控制器、所述的发动机控制器、***控制器通过CAN总线连接；

所述的电动汽车辅助动力单元试验装置具有三种负载模式，动力电池组充电模式中，发电机输出的三相交流电经整流升压后为动力电池组充电，电池组内部包含电池管理***，实时监测充电过程；

所述的电动汽车辅助动力单元试验装置的试验方法，该方法包括如下步骤：

首先辅助动力单元是整车动力***的辅助发电单元，主要是由发动机、起动/发电机、智能控制器构成，所述的发动机是辅助动力单元的动力源，也是化学能/机械能转换单元；

启动/发电机采用启动/发电一体式电机，发动机启动时，智能控制器控制电机工作在电动状态，用来启动发动机；发动机启动后，发电机转为发电状态，智能控制器具有整流和升压功能，为负载供电，将发电机输出的三相交流电转换为直流电，给主驱动电机供电，同时给动力电池组充电；***控制器根据检测到的CAN总线信号，通过控制算法实现对辅助动力单元工作状态的智能控制；主驱动电机、主驱动电机控制器及电磁制动器用来模拟实际车辆行驶过程中电能的使用情况；

试验装置兼容多种控制策略，***控制器根据不同控制策略协调各控制单元完成对辅助动力单元的试验，该装置能够完成以下四种控制策略的试验：

(1)恒功率控制策略

所述的控制策略根据动力电池组的荷电状态SOC门限值，决定辅助动力单元的开启与关闭，设定电池SOC的上限值SOCmax与下限值SOCmin，当电池SOC值大于SOCmax时，辅助动力单元关闭；当电池SOC值低于SOCmin时，辅助动力单元启动，工作于最优效率点，输出恒定功率；

若主驱动电机处于工作状态，则其中一部分功率供给主驱动电机，使车辆继续行驶，另一部分多余的功率的使用视三种负载情况而定；当动力电池组SOC位于SOCmax和SOCmin之间时，辅助动力单元保持前一时刻的工作状态，SOCmax与SOCmin的取值与外界温度、湿度等环境因素有关，***会自动设置其最优值；

(2)功率跟随控制策略

所述的控制策略下辅助动力单元的启停不仅与动力电池SOC有关，同时需参考主驱动电机功率需求以及辅助动力单元当前工作状态；当主驱动电机需求功率高或动力电池SOC值偏低时，辅助动力单元会开启；仅当动力电池SOC高于预设上限值SOCmax且车辆需求功率小于预设值时，辅助动力单元关闭；同时，设定状态保持区，所述的状态保持区域内，辅助动力单元前一时刻开启，则保持开启；前一时刻关闭，则保持关闭，辅助动力单元一旦工作，输出功率随负载功率进行变化；

(3)恒功率+功率跟随控制策略

所述的控制策略是将前两种策略结合起来使用，使辅助动力单元和动力电池均工作在相对高效区域，兼顾辅助动力单元排放和动力电池寿命问题，即当主驱动电机输出功率超过额定功率的70％时，采用功率跟随控制策略，避免动力电池组大电流放电；当主驱动电机输出功率低于额定功率的70％时，根据当时的SOC状态，关闭辅助动力单元，提高***效率，改善排放；

(4)等效燃料消耗控制策略

所述的控制策略将动力电池充、放电过程消耗的电能折算成辅助动力单元所消耗或存储的能量，与辅助动力单元实际燃油消耗组成***总的燃油消耗模型，计算此模型最小值，选取此最小值所对应的点作为当前辅助动力单元的工作点。

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