CN111216705A - 一种串联混合动力***的能量管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种针对所述双/多辅助动力单元串联混合动力***的能量管理方法，包括各套辅助动力单元APU和各套动力电池之间的功率分配以及各套辅助动力单元内部的功率分配及上述功率分配方式的确定步骤。对于给定的总功率需求P_demand，确定各APU的输出功率之和P_APU以实现各套辅助动力单元和各套动力电池之间的功率分配，并对于各APU的输出功率之和P_APU的任意值，确定相应地各APU目标输出功率P_APU,i，及在此功率下的发动机工况点，以便控制APU的发动机和发电机。

Description

一种串联混合动力***的能量管理方法

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，具体涉及一种车辆混合动力***及控制。

背景技术

随着日益突出的能源与环境问题，新能源汽车获得了各国、各大企业与研究机构的关注与推广，在减少能耗和降低排放的需求推动下，新能源车辆也开始逐步推广到商用车领域。

由于商用车整车质量较大，采用纯电动构型续驶里程受限，需要配备很大电量的电池，带来成本高昂、载货空间小和车辆质心过高等问题，混合动力成为目前商用车电动化的重要技术路线。

目前已经有串联式、并联式和混联式等多种混合动力构型。在串联构型中，由发动机、减震器、发电机和发电机控制器等构成辅助动力单元(APU)，该APU单元与驱动电机(含控制器)之间只有电气连接，没有机械连接，使得APU单元和驱动电机和独立布置，增加了灵活性。

对一些大型和重型车辆，例如重型卡车、特种车辆、矿用车辆等，当其采用串联混合动力构型时，由于其发动机的功率比较大，采用单个发动机+发电机方案时，驱动电机及其控制器对应的功率范围往往也比较大，需要单独设计和配置。单个较大的发动机+发电机，其重量、高度等往往比较大，在车上布置时存在困难，会影响上装和重心高度。申请号为CN201510906845.1的中国专利公开了一种针对重型车辆的分布式混合动力***及车辆，如附图1所示，其***包含动力模块，所述动力模块包括一个或多个辅助动力单元，每个所述辅助动力单元包括发动机和发电机，所述动力模块用于为重型车辆的电力***提供动力。

能量管理策略决定了混合动力车辆不同动力源间的功率或转矩分配方式，是混合动力车辆控制的关键，CN201510906845.1中所述构型属于串联是混合动力***，其中辅助动力单元的数量可能为两个及以上，然而以往串联式混合动力***能量管理策略的研究中，只有针对单个辅助动力单元的能量管理策略，还缺乏针对双/多辅助动力单元的能量管理策略。

本发明的目的是为了解决针对双/多辅助动力单元的能量管理策略缺乏的问题。

本发明的一个方面，提出一种针对所述双/多辅助动力单元串联混合动力***的能量管理方法。串联式混合动力***的能量管理问题实质是不同动力源之间的功率分配，所述能量管理方法既包括各套辅助动力单元APU和各套动力电池之间的功率分配，也包括各套辅助动力单元内部的功率分配，即对于给定的总功率需求P_demand，确定各APU的输出功率之和P_APU以实现各套辅助动力单元和各套动力电池之间的功率分配，并对于各APU的输出功率之和P_APU的任意值，确定相应的各APU目标输出功率P_APU,i，及在此功率下的发动机工况点，以便控制APU的发动机和发电机。

本发明的另一个方面，提出一种用于所述双/多辅助动力单元串联混合动力***的能量管理方法的设计方法。

发明内容

本发明提供了一种串联混合动力***的能量管理方法，所述混合动力***用于车辆，包含辅助动力***和储能***，辅助动力***和储能***均通过动力总线连接驱动电机控制器，所述辅助动力***包括两套或多套辅助动力单元APU，所述储能***包括多套动力电池；

所述辅助动力单元APU由发动机、发电机及发电机控制器组成，该发电机控制器可以控制发电机的工况点，对混合动力***具有整流作用；

其特征在于，所述能量管理方法根据所指定的总功率需求P_demand，确定辅助动力***的总输出功率P_APU和动力电池***的总输出功率P_bat，其中，P_demand＝P_APU+P_bat，并根据总输出功率P_APU确定出各套APU的目标输出功率P_APU,i，用以控制各套APU的发动机和发电机功率及该功率下具体的发动机转速及转矩(即工况点)。

进一步地，本发明所提供的能量管理方法，包括以下步骤：

步骤S1:确定辅助动力单元APU的效率特性图及APU的最高效率曲线，每套APU的发动机将仅工作在最高效率曲线所确定的工况点上，所述效率特性图是由APU的发动机各个转速及转矩所对应的工况点所构成的特性图，所述最高效率曲线为APU的任意输出功率下使得APU效率最高的发动机工况点组成的曲线，每套APU的效率由其所包含的发动机的效率、发电机及发电机控制器的效率共同决定；

步骤S2：确定各套APU之间的功率分配方式，其中，各套APU的目标输出功率P_APU,i之和等于辅助动力***的总输出功率P_APU；

步骤S3：确定满足发动机工况优化需求的辅助动力***的总输出功率P_APU的范围，该辅助动力***的总输出功率范围被称为辅助动力***总功率优先取值区；

步骤S4：参考步骤S3所述的辅助动力***总功率优先取值区，确定一定总需求功率P_demand下的辅助动力***的目标输出功率P_APU，其中，P_demand由车辆的驱动功率和附件功率组成，驱动功率通过当前行驶状况计算，根据驾驶员踏板给出的踏板信号可以得到整车的驱动转矩需求，结合当前车速可以求出当前的驱动功率需求，附件功率指各类附件的功耗，所述附件包括但不限于空调、散热***、转向***；

对于单套APU，在收到根据步骤S1-S4所给出的输出功率和工况点目标后，所述单套APU的发动机控制器和发电机控制器来完成发动机和发电机的控制，若所述APU的目标功率为零，其工作状态可能为停机或怠速，若上一个控制采样周期发动机状态为停机，则继续停机，若上一个控制采样周期发动机状态为怠速，则根据APU已经处于怠速状态的时间来确定本控制采样周期该APU发动机继续怠速或停机，当已经怠速的时间超过预先设定的门限值T_idle时，发动机关闭。

进一步地，本发明所提供的能量管理方法，其中，所述步骤S1中，由于确定了不同APU输出功率下的APU最高效率值及其对应的发动机转速、转矩工况点，因此，APU最高效率曲线上任意工况点的发动机等效燃油消耗率可以表示为APU输出功率的函数，用符号

表示，则对于APU的运行工况点，其燃油消耗速率可以根据式(1)计算：

可选地，本发明所提供的能量管理方法，其中，所述步骤S1中，各套APU发动机的运行工况也可以被确定在发动机的最小油耗曲线上，发动机的最小油耗曲线可以根据发动机的万有特性确定，在这种情况下，将发电机及其控制器的效率视为常数，记为

则第i套发动机在发动机最小油耗曲线上的有效燃油消耗率为发动机输出功率P_eng,i的函数

对于不同的运行工况点运行工况点，其燃油消耗速率可以据式(2)计算：

进一步地，本发明所提供的能量管理方法，其中，所述步骤S2中，设辅助动力***的总目标功率为P_APU，则各套APU的输出功率之和应该满足式(3)：

其中，n为APU的总套数，P_APU,i为第i套APU的功率，在满足式(3)条件下使得总的燃油消耗速率最小的各个P_APU,i的配置就是所述各套APU之间的功率分配方式，即寻找式(5)约束下的最小值

及对应的取得最小值的各APU功率值P_APU,i。

可选地，本发明所提供的能量管理方法，其中，当各套APU相同时，则各套APU之间的功率也可以通过以下方式进行分配：

情形A：当辅助***总功率需求小于单套APU的最大功率时，即P_APU<P_APU,max，仅采用单套APU，P_APU,1＝P_APU，而其余各APU的目标功率为零，P_APU,i＝0(i＝2,3,...,n)；

情形B：当辅助***总功率需求介于单套APU最大功率和单套APU最大功率的2倍之间时，即P_APU,max≤P_APU<2P_APU,max，采用2套APU平均分配目标功率

而其余各APU的目标功率为零，P_APU,i＝0(i＝3,4,...,n)；

情形C：当辅助***总功率需求介于单套APU最大功率的m倍和单套APU最大功率的(m+1)倍之间时(m≥2)，即mP_APU,max≤P_APU<(m+1)P_APU,max，(m-1)套APU输出最大功率P_APU,1＝P_APU,2＝...＝P_APU,m-1＝P_APU,max，2套APU平均分配剩余的辅助***总目标功率，即

而其余各APU目标功率为零，即P_APU,i＝0(i＝m+2,...,n)。

可选地，本发明所提供的能量管理方法，其中，当各套APU相同时，也可以根据辅助动力***的总目标功率需求，采用平均分配的方式配置各套APU的功率。

更进一步地，本发明所提供的能量管理方法，其中，根据步骤S1中所确定的APU最高效率曲线，截取一段最高效区域，使单套APU的工况点位于这段区域，设这一区域的下限功率和上限功率分别为P_L,i和P_H,i，其中角标i代表第i套APU；

由于单套APU的功率被尽可能约束在所述功率范围内，在所述步骤S3中，对取值范围为

的辅助动力***的总功率值P_APU，也需从其取值范围中选择根据S2所述功率分配方式下，各APU输出功率合理的范围，即可以使各套APU工作在高效区的各APU总功率范围，本发明称之为辅助动力***总功率优先取值区。

更进一步地，本发明所提供的能量管理方法，其中，

根据步骤S2所述的功率分配方式，当辅助动力***总功率处于所述辅助动力***总功率优先取值区中，应使各套APU的功率P_APU,i满足如下2个条件之一：

①P_L,i<P_APU,i<P_H,i，即APU工作在这段选定的高效范围内；

②P_APU,i＝0，即APU处于怠速或停机；

当因总功率需求较大而上述两个条件均无法满足时，则需满足以下条件：

③至多n-2套APU的输出功率达到其最大功率，其他各套APU功率满足条件①或②。

更进一步地，本发明所提供的能量管理方法，其中，在步骤S4中，将各辅助动力***的总功率P_APU设定在S3所述的辅助动力***总功率优先取值区中，并尽可能缓和电池的功率变化、避免电池的放电功率过大，定义无量纲化的电池放电功率ρ，如式(4)所示：

ρ＝P_bat,dis/P_bat,max (4)

其中P_bat,max为电池的最大放电功率，由电池管理***给出，P_bat,dis为电池的放电功率。

设定电池SOC的下界限值SOC_L，当SOC高于SOC_L时，将高于SOC_L的SOC范围进一步地划为若干个分段，每个分段设定无量纲化的电池放电功率参考值ρ_i，使电池在放电时的功率尽可能接近与无量纲参考值ρ_i对应的功率，并使电池的SOC尽可能维持在SOC_L以上。

当SOC低于SOC_L时，则使电池SOC迅速回升。

更进一步地，本发明所提供的能量管理方法，其中，在所述步骤S4中，对于每个SOC高于SOC_L的SOC分段，均采用如下的工作模式：

情形A1，当总功率需求小于所述辅助动力***总功率优先取值区的第一段下限值，即P_demand<P_1L时，采用纯电驱动，P_APU＝0；

情形A2，当总功率需求不小于所述辅助动力***总功率优先取值区的第一段下限值，即P_demand≥P_1L，又分为以下各种情况：

情形A2-1，当P_demand-ρ_iP_bat,max<P_1L时，设定电池最小无量纲放电功率ρ_min，判断总功率需求P_demand和P_1L的关系，如果P_demand-P_1L≥ρ_minP_bat,max，则P_APU＝P_1L，如果P_demand-P_1L<ρ_minP_bat,max，则P_APU＝0，其中，ρ_i为第i个SOC阶段设定的无量纲功率参考值；

情形A2-2：当P_1L≤P_demand-ρ_iP_bat,max<P_1H时，P_APU＝P_demand-ρ_iP_bat,max；

情形A2-3：当P_1H≤P_demand-ρ_iP_bat,max<P_2L时，进一步判断P_demand-ρ_iP_bat,max和λP_1H+(1-λ)P_2L的关系，λ为权重系数，若P_demand-ρ_iP_bat,max<λP_1H+(1-λ)P_2L，则P_APU＝P_1H，若P_demand-ρ_iP_bat,max≥λP_1H+(1-λ)P_2L，则P_APU＝P_2L；

情形A2-4：当P_2L≤P_demand-ρ_iP_bat,max<P_2H时，P_APU＝P_demand-ρ_iP_bat,max；

情形A2-5：当P_kH≤P_demand-ρ_iP_bat,max<P_(k+1)L，其中，k＝2，3，…n时，进一步判断P_demand-ρ_iP_bat,max和λP_kH+(1-λ)P_(k+1)L的关系，若P_demand-ρ_iP_bat,max<λP_kH+(1-λ)P_(k+1)L，则P_APU＝P_kH，若P_demand-ρ_iP_bat,max≥λP_kH+(1-λ)P_(k+1)L，则P_APU＝P_(k+1)L。

情形A2-6：当P_kL≤P_demand-ρ_iP_bat,max<P_kH时，其中，k＝3，4，…n时，P_APU＝P_demand-ρ_iP_bat,max；。

情形A2-7：当P_demand-ρ_iP_bat,max≥P_nH时，进一步判断P_demand和P_nH+P_bat,max的关系，若P_demand<P_nH+P_bat,max，则P_APU＝P_nH，若P_demand≥P_nH+P_bat,max，则P_APU＝P_demand-P_bat,max，

在情形A2-7中，可替代地，当P_demand≥P_nH+P_bat,max时，也可以使P_APU＝P_APU,max，由电池补足剩余功率需求。

更进一步地，本发明所提供的能量管理方法，其中，在所述步骤S4中，在SOC不超过于SOC_L的阶段，不再限制电池的放电功率，仅调控APU的功率，按照如下模式进行功率分配：

情形B1：当P_demand<P_1L时，P_APU＝P_1L；

情形B2：当P_1L≤P_demand<P_1H时，P_APU＝P_demand；

情形B3：当P_1H≤P_demand<P_2L时，可以采用两种方式，一种方式是P_APU＝P_2L，此时APU提供的功率超过整车功率需求，APU向动力电池充电；另一种方式是进一步判断当P_demand与λP_1H+(1-λ)P_2L的关系，若P_demand<λP_1H+(1-λ)P_2L，则P_APU＝P_1H，若P_demand≥λP_1H+(1-λ)P_2L，则P_APU＝P_2L，λ可以取0.5-1之间的值，使得P_1H≤P_demand<P_2L时，P_APU更多为P_2L而不是P_1H，使得动力电池被充电的可能性更高；

情形B4：当P_kL≤P_demand<P_kH，其中，k＝2，3，…n时，P_APU＝P_demand；

情形B5：当P_kH≤P_demand<P_(k+1)L，其中，k＝2，3，…n时，采用两种方式，一种方式是P_APU＝P_(k+1)L；另一种方式是进一步判断P_demand与λP_kH+(1-λ)P_(k+1)L的关系，若P_demand<λP_kH+(1-λ)P_(k+1)L，则P_APU＝P_kH，若P_demand≥λP_kH+(1-λ)P_(k+1)L，则P_APU＝P_(k+1)L，λ可以取0.5-1之间的值，使得P_kH≤P_demand<P_(k+1)L时，P_APU更多为P_(k+1)L而不是P_kH，使得动力电池被充电的可能性更高；

情形B6：当P_demand≥P_nH时，采用两种处理方式，一种是直接使P_APU＝P_demand，另一种是进一步判断P_demand和P_nH+P_bat,max的关系，若P_demand<P_nH+P_bat,max，则P_APU＝P_nH，若P_demand≥P_nH+P_bat,max，则P_APU＝P_APU,max或P_APU＝P_demand-P_bat,max。

本发明的主要创新点：

(1)本发明提出了一种针对双/多动力单元的串联混合动力***的能量管理方法，依照本发明的各个步骤，可以设计各种不同数量辅助动力单元APU的动力***的能量管理方法，各个APU可以采用相同的发动机和发电机，也可以采用互不相同的发动机和发电机。

(2)本发明提出了针对双/多动力单元的串联混合动力***的各APU间的功率分配方法，依据发动机的万有特性和发电机的效率特性，可以确定APU的效率特性，在每个可能的功率下找到单套APU的最优工况点，并给出每个可能的各APU总功率下不同发动机之间的最优功率分配方式，所述最优功率分配方式相对于平均分配或者优先使用某一套或几套APU的方案，在辅助动力***总功率下油耗更小，也给出了所述最优功率分配方式的简化替代方案，几种所述分配方式都适用于本发明的能量管理方法。

(3)本发明所提出的能量管理方法，一方面可以优化各APU的工况点，另一方面可以优化电池的放电功率并保证SOC不会过低，对各种不同工况均有较好的节能效果，节油能力接近理论的全局最优值。并且，本发明的能量管理方法依据车辆总功率需求、电池最大放电功率和SOC等基本信息给出各APU的控制目标，规则明确简单，可以实时运用于车辆控制，针对不同SOC范围采用分段控制，分段多少可以视应用场合灵活调整，能量管理策略的复杂度可以灵活调整，而不同的复杂程度下均具有较好的节能效果。

附图说明

图1是现有技术中的一种分布式混合动力***及车辆。

图2是本发明实施例选用的发动机的万有特性及最小油耗曲线。

图3是本发明实施例中APU效率特性及最高效率曲线对应的发动机工况点。

图4是本发明实施例中两套相同APU的功率分配情况。

图5是本发明实施例中三套相同APU的功率分配情况。

图6是本发明实施例中三套不同APU的功率分配情况。

图7是本发明实施例中三套相同APU情况下的简化分配方式。

图8是本发明实施例中两套相同APU情况下辅助动力***总功率需求的优先取值范围。

图9是本发明实施例中三套相同APU情况下辅助动力***总功率需求的优先取值范围。

图10是本发明实施例中三套不同APU情况下辅助动力***总功率需求的优先取值范围。

图11是本发明能量管理策略在不同功率需求下的功率分配方式。

图12是本发明APU发动机的启停与怠速状态切换逻辑图。

图13是C-WTVC循环下不同能量管理策略的百公里油耗对比。

图14是中国典型公交车循环下不同能量管理策略的百公里油耗对比。

具体实施方式

本发明所述的一种串联混合动力***的能量管理方法，具体用于混合动力车辆的能量管理，车辆的动力***包含辅助动力***和储能***，辅助动力***和储能***均通过动力总线连接驱动电机控制器，所述辅助动力***包括两套或多套辅助动力单元APU，所述储能***包括多套动力电池。

通过如下的步骤实现车辆动力***能量的管理。

步骤S1.确定APU的效率特性图及APU的最高效率曲线。

发动机的每一个工况点均由其转速和转矩确定，每个工况点对应一个发动机的等效燃油消耗率b_e(g/kWh)，通过发动机台架实验可以绘制发动机的万有特性图，得到发动机的等燃油消耗率曲线。在万有特性曲线上，发动机的等功率曲线为一簇双曲线组，各等功率曲线与等燃油消耗率曲线的切点就是每一个功率下，发动机效率等效燃油消耗率最低的工况点。这些切点组成了发动机的最小油耗曲线(或称之为最经济运行曲线)。如图2展示了本发明实施例所选用的发动机的最小油耗曲线。

本实施例采用了串联式混合动力***的构型，由发动机、发电机及发电机控制器(相当于整流装置)组成辅助动力单元APU，对于APU也可以提出类似的效率特性图和最小油耗线的概念。

根据实验可以确定发电机及其控制器的效率特性图，对发电机的不同工况点，及不同转速和转矩下的效率进行测试，得到发电机及其控制器的***效率特性图。

根据式(1)可以确定单套APU的***效率，对第i套APU，有：

η_APU,i＝η_eng,iη_gen,i (1)

其中，η_APU,i为第i套APU的***效率，η_eng,i为第i台发动机的有效效率，η_gen,i为第i台发电机及电机控制器的效率。由于发动机直接带动发电机运转，在稳态条件下，发动机转速、转矩与发电机转速、转矩相同，这些值均可视为发动机转速和转矩的函数。

其中，第i台发动机的有效效率η_eng,i可以根据其不同转速和转矩下的有效燃油消耗率b_e,i计算，如式(2)所示。

其中，H_u为燃料的低热值(kJ/kg)。

在APU的效率特性图上绘制其等功率曲线，各等功率曲线与等效率曲线的切点就是每一个功率下，APU效率最高的发动机转速、转矩工况点。这些工况点组成了APU最高效率曲线，本实施例的APU最高效率曲线如图3所示。

对于每套APU的发动机，其输出机械功率经过发电机转换为电功率提供给各驱动电机，发动机的运行工况与车轮的行驶工况之间实现了解耦，因此不论车辆的行驶工况如何，发动机都可以仅在APU最高效率曲线上运行，即一旦确定了单套APU的目标输出功率，其发动机运行的转速和转矩就可以通过APU最高效率曲线确定。在最高效率曲线上，APU的效率由APU的功率唯一确定，即在最高效率曲线上APU的有效燃油消耗率由其功率唯一确定，将第i套APU在最高效率曲线上的有效燃油消耗率记为

这个值是第i套APU输出功率P_APU,i的函数，则对于每个APU的运行工况点，其燃油消耗速率C_APU,i(g/s)可以据式(3)计算(公式中功率的单位为kW，下同)：

可替代地，在本发明的一些实施例中，发动机的运行工况也可以被确定在发动机的最小油耗曲线上，这是由于发电机及其控制器的效率一般较高，且在较大的工况范围内其随转矩和转速的变化相对比较平坦，发动机最小油耗曲线的工况点和APU最高效率曲线的发动机工况点相差不多，因此也可以选择更简化的方法，将发电机及其控制器的效率视为常数，取其平均效率

一旦确定单套APU的目标输出功率，就可以根据发电机及其控制器的平均效率

计算单台发动机的目标输出功率，在根据发动机的最小油耗曲线确定其工况点。这种情况下，将第i台发动机在发动机最小油耗曲线上的有效燃油消耗率记为

这个值是改发动机输出功率P_eng,i的函数，则对于发动机的每个运行工况点，其燃油消耗速率C_APU,i可以据式(4)计算：

步骤S2.确定APU之间的功率分配方式。

由于本发明的能量管理方法先在不同类型的动力源，即APU与动力电池，之间进行功率分配，再在双APU或者多APU间分配辅助动力***的总目标功率，因此同样需要确定APU之间的功率分配方式。

辅助动力***的总目标功率由能量管理策略给定为P_APU，则各套APU的输出功率之和应该满足：

其中，n为APU的总套数。

满足式(5)条件下寻找总的油耗速率最小的方法，为本发明的APU间功率分配方式，即寻找式(5)约束下的最小值

及对应的取得最小值的各APU功率值P_APU,i。

具体地，设第i套APU的功率范围为0<P_APU,i<P_APU,i,max，则辅助动力***的总功率范围为

对所述功率范围内的P_APU,i进行离散化，得到其变化序列如{0,ΔP_APU,2ΔP_APU,…,j_iΔP_APU,…,j_maxΔP_APU}，其中j_i,max△P_APU＝P_APU,i,max，对所述功率范围内的P_APU进行离散化，得到其变化序列如{0,ΔP_APU,2ΔP_APU,…,kΔP_APU,…,k_maxΔP_APU}，其中

对于P_APU离散化序列中的每一个元素kΔP_APU，在所有P_APU,i离散化序列中寻找所有满足约束条件

的组合方式，在各种组合方式中寻找总燃油消耗速率最小的方案，即为目标功率kΔP_APU下的最优分配方式。这样可以得到一系列一维插值表，对任意kΔP_APU和(k+1)ΔP_APU下之前的目标功率，可以进行线性插值确定各APU的优化目标功率。如图4-6分别展示了本发明实施例中两套相同APU，三套相同APU和三套不同APU的情况，图中ΔP_APU＝1kW。

可替代地，在各个APU完全相同的实施例中，各APU之间的功率分配方式也可以简化为如下方式：

情形A：当辅助动力***的总功率需求小于单套APU的最大功率时，即P_APU<P_APU,max，仅采用单套APU，P_APU,1＝P_APU，而其余各APU的目标功率为零，P_APU,i＝0(i＝2,3,...,n)；

情形B：当辅助动力***总功率需求介于单套APU最大功率和单套APU最大功率的2倍之间时，即P_APU,max≤P_APU<2P_APU,max，采用2套APU平均分配目标功率

而其余各APU的目标功率为零，P_APU,i＝0(i＝3,4,...,n)；

情形C：当辅助动力***的总功率需求介于单套APU最大功率的m倍和单套APU最大功率的(m+1)倍之间时(m≥2)，即mP_APU,max≤P_APU<(m+1)P_APU,max，(m-1)套APU输出最大功率P_APU,1＝P_APU,2＝...＝P_APU,m-1＝P_APU,max，2套APU平均分配剩余的APU总目标功率，

而其余各APU目标功率为零，P_APU,i＝0(i＝m+2,...,n)。

这种所述简化分配方式如图7所示，可以认为是最优分配方式的简化。在这种情况下，若输出相同的总功率，各APU的总油耗会略高于所述优化分配方式。

在本发明的一些实施例中，当各个APU完全相同时，各APU之间的功率分配也可以采取平均分配的方式，可以理解的是，这种情况下，若输出相同的总功率，各APU的总油耗会高于所述优化分配方式，但在一些情形下，出于简化控制策略的需求，这种平均分配的方式也是可以接受的。对于一些APU，平均分配与所述优化分配方式的油耗水平也会比较接近。

步骤S3.确定满足发动机工况优化需求的辅助动力***总功率优先取值范围。

在S1中，已经确定了发动机的最优工况曲线，即给定每一个APU功率，可以确定控制发动机工作的转速和转矩工况点。这些工况点间还存在效率的差异，应当使发动机工作在APU效率更高的工况点(即一般发动机有效燃油消耗率更低的工况点)，本发明的能量管理策略使发动机优先工作在某一个高效区范围内，截取APU最高效率曲线的一段最高效区域，使单套APU的工况点位于这段区域，如图3中APU最高曲线被效率最高的等效率曲线所截取的部分。对于单套APU，设这一区域的下限功率和上限功率分别为P_L,i和P_H,i。一般，P_H,i和P,i_L可以相差30-50kW左右。

由于单套APU的功率被尽可能约束在所述功率范围内，对取值范围为

的辅助动力***总功率值P_APU，也需从其取值范围中选择根据S2所述功率分配方式各APU输出功率合理的范围，即可以使各APU工作在高效区的各APU总功率优先取值范围，或称之为辅助动力***总功率优先取值区。

具体地，期望使各套APU的功率P_APU,i优先满足如下2个条件之一，①P_L,i<P_APU,i<P_H,i，即APU工作在这段选定的高效范围内；②P_APU,i＝0，即APU处于怠速或停机。当因总功率需求较大而上述两个条件均无法满足时，也希望尽可能满足条件③：至多n-2套APU的输出功率达到或接近其最大功率，其他各套APU功率满足条件①或②。

对所述的离散化功率范围{0,ΔP_APU,2ΔP_APU,…,kΔP_APU,…,k_maxΔP_APU}中的每一个功率值，根据S2的功率分配方式可以确定当P_APU＝kΔP_APU时的各P_APU,i取值，根据P_APU,i与P_L,i和P_H,i的关系判断P_APU＝kΔP_APU时是否满足所述条件①、②或③，得到满足条件的P_APU取值范围集合，该取值范围集合一般由多段间隔开的连续区间组成，对有n套APU的***，一般可以找到n段所述连续的P_APU取值区间，若所述连续的P_APU取值区间的段数小于n，可以适当调整各APU的优先功率范围[P_L,i,P_H,i]，重新确定满足条件的P_APU取值范围集合，直至找到至少n段所述连续的P_APU取值区间，这些取值区间就是所寻找的辅助动力***总功率优先取值区，将其表示为[P_iL,P_iH](i＝1,2,…,n)。

例如，两套相同APU情况下，所述辅助动力***总功率优先取值区如图8双箭头所示。本发明能量管理策略优先将两套APU的目标总功率控制在区间[P_1L,P_1H]或[P_2L,P_2H]内，在区间[P_1L,P_1H]内，APU1的输出功率在[P_L,1,P_H,1]范围内，APU2输出功率为零，满足所述条件①，在区间[P_2L,P_2H]内，两套APU的输出功率分别在[P_L,1,P_H,1]和[P_L,2,P_H,2]范围内，满足所述条件②。可以理解的是，对于一般的重型车辆，两套200-300kW的APU与动力电池组成的动力***，其峰值输出功率已经较明显超过传统内燃机动力的重卡(配备单台300-400kW的发动机)，本发明能量管理策略所应用的车辆配备2套APU一般已经足够，两套相同APU是实际上最常见的应用场合。

在APU套数更多的情况下，如针对3套相同APU场合，所述辅助动力***总功率优先取值区如图9双箭头所示。本发明能量管理策略优先将3套APU的目标总功率控制在区间[P_1L,P_1H]、[P_2L,P_2H]或[P_3L,P_3H]内，在区间[P_1L,P_1H]内，APU1的输出功率在[P_L,1,P_H,1]范围内，其余两套APU输出功率为零，满足所述条件①，在区间[P_2L,P_2H]内，APU1和APU2的输出功率分别在[P_L,1,P_H,1]和[P_L,2,P_H,2]范围内，其余1套APU输出功率为零满足所述条件②，在区间[P_3L,P_3H]内，APU2和APU3的输出功率分别在[P_L,2,P_H,2]和[P_L,3,P_H,3]范围内，APU1的输出功率为其最大输出功率，满足所述条件③。

在三套不同APU的情况下，所述辅助动力***总功率优先取值区如图10双箭头所示。本发明能量管理策略优先将3套APU的目标总功率控制在区间[P_1L,P_1H]、[P_2L,P_2H]或[P_3L,P_3H]内，在区间[P_1L,P_1H]内，APU1的输出功率在[P_L,1,P_H,1]范围内，其余两套APU输出功率为零，满足所述条件①，在区间[P_2L,P_2H]内，APU1和APU2的输出功率分别在[P_L,1,P_H,1]和[P_L,2,P_H,2]范围内，其余1套APU输出功率为零满足所述条件②，在区间[P_3L,P_3H]内，APU1和APU2的输出功率分别在[P_L,1,P_H,1]和[P_L,2,P_H,2]范围内，APU3的输出功率为其最大输出功率，满足所述条件③。

S4.确定一定功率需求下的辅助动力***目标总功率。

本发明的能量管理策略旨在设定各种功率需求情况下的辅助动力***总目标功率，辅助动力***总目标功率P_APU和电池的功率P_bat之间满足如下关系：

P_APU+P_bat＝P_demand (6)

其中P_demand为动力***的总需求功率，由驱动功率和附件功率组成，驱动功率通过当前行驶状况计算，根据驾驶员踏板给出的踏板信号可以得到整车的驱动转矩需求，结合当前车速可以求出当前的驱动功率需求，附件功率包含空调、散热***、转向***等各类附件的功耗，总需求功率的确定过程是本领域内的常见过程，在这里作为本发明能量管理策略的输入量。由于同样的总需求功率下，存在APU和电池间的不同功率分配方式，因此存在能效优化的空间。

本发明从提高APU效率和电池效率两方面减少混合动力***的油耗。一方面尽可能将辅助动力***总功率P_APU设定在S3所述的辅助动力***总功率优先取值区中，另一方面尽可能缓和电池的功率变化，使其尽可能稳定地输出功率、减少电池瞬时放电功率过大的情形。一般来说，在保证电池SOC位于目标范围内的前提下，尽可能使用电能有助于减少车辆的燃油消耗，但是电池功率的频繁变化或放电倍率过大并不利于***能耗的降低，可以理解的是，电池的效率会随着放电倍率的增大而降低，因此使电池放电时的输出功率尽可能稳定、避免电池的瞬时放电功率过大有助于提升电池的效率，从而减少***的能耗。定义无量纲化的电池放电功率，如式(7)所示：

ρ＝P_bat,dis/P_bat,max (7)

其中P_bat,max为电池的最大放电功率，由电池管理***给出，作为本发明能量管理算法的输入，P_bat,dis为电池的放电功率，记电池放电功率为正，充电功率为负，则P_bat,dis与P_bat的关系为：

其中P_bat,chg为电池的充电功率。

设定电池SOC的下界限值SOC_L，本发明的能量管理策略使电池的SOC尽可能维持在SOC_L以上，当SOC低于SOC_L时，能量管理策略使电池SOC迅速回升，一般来说，SOC_L的值可以设定在0.3-0.5左右。

对SOC高于SOC_L的情况，制订无量纲电池放电功率的参考值，本发明的能量管理算法在保证辅助动力***总功率尽可能接近所述辅助动力***效功率优先取值区的同时，电池的无量纲放电功率尽可能接近其参考值。可将电池SOC高于SOC_L的范围进一步划分成若干段，在电池荷电状态SOC不同的阶段，所述目标值可以进行调整以达到优化能耗的效果。例如，可以取SOC_L为0.3，对SOC介于0.3-1的情况，可以进一步分为第1段：SOC>0.5，第2段：0.35<SOC≤0.5，第3段：0.3<SOC≤0.35。参考值ρ_i可以设定在0.25-0.4之间。对电池SOC较高的阶段i，参考值ρ_i可以设定得较高，对电池SOC较低的阶段i，参考值ρ_i可以设定得较小。对所述各个SOC阶段，能量管理策略遵循相同的逻辑，仅参考值ρ_i设定不同。

工作模式A：在某一个SOC高于SOC_L的SOC阶段，根据功率总需求P_demand的不同确定不同的APU总功率需求P_APU，达到功率分配的目标。每个SOC高于SOC_L的SOC分段，本发明的能量管理方法均采用如下的相同模式。

情形A1：当总功率需求小于所述辅助动力***总功率优先取值区的第一段下限值，即P_demand<P_1L时，采用纯电驱动，P_APU＝0，如图11(a)所示。可以理解的是，这种情况下由于总功率需求较小，如果APU输出功率小于总功率需求，则其输出功率小于单套APU高效区的输出功率下限值，APU效率较低，油耗较高，而此时由于SOC较高(至少高于设定值SOC_L)，不考虑APU输出功率大于总功率需求而为电池充电，因此采用纯电驱动是合理的。

情形A2：当总功率需求不小于所述辅助动力***总功率优先取值区的第一段下限值，即P_demand≥P_1L，又可分为以下各种情况。

情形A2-1：当P_demand-ρ_iP_bat,max<P_1L时，设定电池最小无量纲放电功率ρ_min，判断总功率需求P_demand和P_1L的关系，如果P_demand-P_1L≥ρ_minP_bat,max，则P_APU＝P_1L，如果P_demand-P_1L<ρ_minP_bat,max，则P_APU＝0。其中，ρ_i为第i个SOC阶段设定的无量纲功率参考值，如图11(b)中黑色箭头所示。可以理解的是，若电池放电功率为参考值ρ_iP_bat,max，为维持车辆功率平衡，需要APU提供的功率P_demand-ρ_iP_bat,max将小于P_1L，辅助动力***的总功率不属于所述辅助动力***总功率优先取值区，为此进一步判断P_demand-P₁和ρ_minP_bat,max的关系，如果前者不小于后者，则辅助动力***的总目标功率为P_1L，这样使得APU功率处在高效区的下限值，而电池的放电功率不至于过小(不小于一定的下限值ρ_minP_bat,max)，利于减小电池放电功率的波动，使其功率输出更加平缓，否则就使辅助动力***的总目标功率为零，。增加电池放电功率的下限值是考虑到此时的总功率需求P_demand可能接近P_1L，因而可能在情形A1和A2-1之间波动，当属于情形A1时，电池功率接近P_1L，而当属于情形A2-1时，电池功率可能较小，为防止电池功率出现快速波动，在情形A2-1中增设电池放电功率下限值ρ_minP_bat,max相关的判断。

情形A2-2：当P_1L≤P_demand-ρ_iP_bat,max<P_1H时，P_APU＝P_demand-ρ_iP_bat,max，如图11(c)所示，可以理解的是，此时电池的功率正好为其参考无量纲功率确定的ρ_iP_bat,max，而辅助动力***的总功率在P_1L和P_1H之间，既使得电池放电功率不过大，也保证了辅助动力***总功率属于所述辅助动力***总功率优先取值区。

情形A2-3：当P_1H≤P_demand-ρ_iP_bat,max<P_2L时，进一步判断P_demand-ρ_iP_bat,max和λP_1H+(1-λ)P_2L的关系，λ为权重系数，一般可取0.5，若P_demand-ρ_iP_bat,max<λP_1H+(1-λ)P_2L，则P_APU＝P_1H，若P_demand-ρ_iP_bat,max≥λP_1H+(1-λ)P_2L，则P_APU＝P_2L，分别如图11(d)、(e)所示，可以理解的是，此时如果电池的功率为其参考无量纲功率确定的ρ_iP_bat,max，则辅助动力***的总功率在P_1H和P_2L之间，不属于辅助动力***总功率优先取值区，为此就近取辅助动力***的总功率为P_1H或P_2L，以λ为0.5为例，如果P_demand-ρ_iP_bat,max更靠近P_1H，则辅助动力***的总功率为P_1H，电池功率稍高于ρ_iP_bat,max，反之，辅助动力***的总功率为P_2L，电池功率稍低于ρ_iP_bat,max。可以理解的是，这种做法保证了APU总功率属于所述辅助动力***总功率优先取值区，而电池的放电功率较接近其参考值。

情形A2-4：当P_2L≤P_demand-ρ_iP_bat,max<P_2H时，P_APU＝P_demand-ρ_iP_bat,max，如图11(f)所示，可以理解的是，此时电池的功率正好为其参考无量纲功率确定的ρ_iP_bat,max，而辅助动力***的总功率在P_2L和P_2H之间，既使得电池放电功率不过大，也保证了辅助动力***总功率属于辅助动力***总功率优先取值区。

情形A2-5：当P_kH≤P_demand-ρ_iP_bat,max<P_(k+1)L时(k＝2,3,...,n)，进一步判断P_demand-ρ_iP_bat,max和λP_kH+(1-λ)P_(k+1)L的关系，若P_demand-ρ_iP_bat,max<λP_kH+(1-λ)P_(k+1)L，则P_APU＝P_kH，若P_demand-ρ_iP_bat,max≥λP_kH+(1-λ)P_(k+1)L，则P_APU＝P_(k+1)L，处理方式类似A2-3。

情形A2-6：当P_kL≤P_demand-ρ_iP_bat,max<P_kH时(k＝3,4,...,n)，P_APU＝P_demand-ρ_iP_bat,max，处理方式类似A2-4。

情形A2-7：当P_demand-ρ_iP_bat,max≥P_nH时，进一步判断P_demand和P_nH+P_bat,max的关系，若P_demand<P_nH+P_bat,max，则P_APU＝P_nH，若P_demand≥P_nH+P_bat,max，则P_APU＝P_demand-P_bat,max，如图11(g)、(h)所示，此时总功率需求P_demand已经较高，对电池放电功率的限制放宽，如果总功率需求小于最高一段辅助动力***总功率优先取值区的上限值P_nH和电池最大放电功率P_bat,max的和，则使APU的总功率为P_nH，仍然处在辅助动力***总功率优先取值区，否则对APU工况的限制也放宽，电池按照最高功率输出，APU补足剩余功率需求，可替代地，此时也可以采用P_APU＝P_APU,max的方式，由电池补足剩余功率需求。实际上，这种情况很少出现，以49级牵引车为例，采用250kW左右的两套APU的串联混合动力构型，其动力性相比传统重卡已经有很大提升，两套APU和电池均以接近最大功率输出的情况可能多出现在上坡且加速等工况，几乎不会用到。

工作模式B：在SOC不超过于SOC_L的阶段，不再限制电池的放电功率，仅调控APU的功率，按照如下方式进行功率分配。

情形B1：当P_demand<P_1L时，P_APU＝P_1L，可以理解的是，此时APU提供功率超过整车总功率需求，APU除保证车辆正常工作外，还给动力电池充电，帮助SOC回升。

情形B2：当P_1L≤P_demand<P_1H时，P_APU＝P_demand，可以理解的是，此时APU提供的功率与整车功率需求相同，动力电池功率为零。

情形B3：当P_1H≤P_demand<P_2L时，可以采用两种方式，一种方式是P_APU＝P_2L，此时APU提供的功率超过整车功率需求，APU向动力电池充电；另一种方式进一步判断当P_demand与λP_1H+(1-λ)P_2L的关系，若P_demand<λP_1H+(1-λ)P_2L，则P_APU＝P_1H，若P_demand≥λP_1H+(1-λ)P_2L，则P_APU＝P_2L，优选地，λ可以取0.5-1之间的值，使得P_1H≤P_demand<P_2L时，P_APU更多为P_2L而不是P_1H，使得动力电池被充电的可能性更高。

情形B4：当P_kL≤P_demand<P_kH时(k＝2,3,...,n)，P_APU＝P_demand，可以理解的是，此时APU提供的功率与整车功率需求相同，动力电池功率为零。

情形B5：当P_kH≤P_demand<P_(k+1)L时(k＝2,3,...,n-1)，可以采用两种方式，一种方式是P_APU＝P_(k+1)L，此时APU提供的功率超过整车功率需求，APU向动力电池充电；另一种方式进一步判断当P_demand与λP_kH+(1-λ)P_(k+1)L的关系，若P_demand<λP_kH+(1-λ)P_(k+1)L，则P_APU＝P_kH，若P_demand≥λP_kH+(1-λ)P_(k+1)L，则P_APU＝P_(k+1)L，优选地，λ可以取0.5-0之间的值，使得P_kH≤P_demand<P_(k+1)L时，P_APU更多为P_(k+1)L而不是P_kH，使得动力电池被充电的可能性更高。

情形B6：当P_demand≥P_nH时，可以有两种处理方式，可以直接采用P_APU＝P_demand，放弃对APU效率区的优化，直接跟随车辆总功率需求，也可以采用类似A2-7的处理方式，进一步判断P_demand和P_nH+P_bat,max的关系，若P_demand<P_nH+P_bat,max，则P_APU＝P_nH，若P_demand≥P_nH+P_bat,max，则P_APU＝P_APU,max，此时总功率需求P_demand已经较高，如果总功率需求小于最高一段辅助动力***总功率优先取值区的上限值P_nH和电池最大放电功率P_bat,max的和，则使辅助动力***的总功率为P_nH，仍然处在辅助动力***总功率优先取值区，否则对APU工况的限制也放宽，辅助动力***按照最高功率输出，电池补足剩余功率需求，可替代地，当P_demand≥P_nH+P_bat,max时也可以采用的P_APU＝P_demand-P_bat,max方式。实际上，类似A2-7，这种情况很少出现，几乎不会用到。

至此，已经针对不同SOC和不同总功率需求的情况设计了APU的目标功率策略，再依据S2的各APU间功率分配关系，可以确定每套APU的目标工况，实现对***的能量管理和各APU的控制。

对于单套APU，在收到本发明所述能量管理策略给出的输出功率和工况点目标后，APU的发动机控制器和发电机控制器来完成发动机和发电机的控制，若所述APU的目标功率为零，其工作状态可能为停机或怠速，若上一个控制采样周期发动机状态为停机，则继续停机，若上一个控制采样周期发动机状态为怠速，则根据APU已经处于怠速状态的时间来确定本控制采样周期该APU发动机继续怠速或停机，当已经怠速的时间超过预先设定的门限值T_idle时，发动机关闭。相关控制方法如图12所示。

下面给出两套相同APU的某车辆的仿真数据，来说明本发明技术特征所产生的技术效果。本实施例中车辆为49吨的6×4牵引车，4个驱动轮采用4个轮毂电机驱动，采用双APU的串联式混合动力***，两套APU完全相同，该车辆还配备了50kWh的动力电池包。

采用电量消耗和电量维持的能量管理策略(Charge-Depletion and ChargeSustaining,CDCS)策略进行了不同的APU间功率分配方式对比(在APU和电池的功率分配方面，没有采用本发明的能量管理策略)，将本发明中步骤S2中的双APU间功率分配策略同其他两种分配方式相对比，其他两种分配方式分别为(a)优先使用单套APU，当各APU的总目标功率不超过单套APU的最大功率时，即P_APU<P_APU,1,max＝P_APU,2,max时，P_APU,1＝P_APU,P_APU,2＝0，当各APU总目标功率超过单套APU的最大功率时，即P_APU>P_APU,1,max＝P_APU,2,max时，P_APU,1＝P_APU,1,max,P_APU,2＝P_APU-P_APU,1,max；(b)平均分配。表1列出了三种功率分配方式下的仿真结果，仿真循环为2个C-WTVC循环，初始SOC为0.9，SOC下界限值设置为0.3，本发明的双APU间分配策略，其百公里油耗最低，相比百公里油耗最高的策略，减少了8.2％的油耗。

表1 APU间的不同功率分配策略的仿真油耗结果

APU间的功率分配策略	百公里油耗(L/100km)	末态SOC
			(a)优先使用单套APU	42.98	0.362
(b)平均分配	39.87	0.362
			(c)本发明的最优分配策略	39.44	0.362

将本发明的能量管理方法同CDCS策略，动态规划策略(Dynamic Programming,DP)相对比，其中DP为全局最优策略，其结果为理论最优解，但由于这种算法需要提前了解工况信息，无法用于实时控制。为了说明本发明效果对不同的动力***设置具有普遍效果，同时对比了不同电池包大小的情况，通过修改电池包的并联单体数量，将电池包改为25kWh和75kWh，也进行了2个C-WTVC循环的仿真，初始SOC为0.9。

其中，本发明的能量管理策略，其SOC下界限值SOC_L设置为0.29，SOC高于0.29的区间又划分为三段：SOC>0.5,0.35≤SOC<0.5,0.29≤SOC<0.35，各段的无量纲放电功率参考值为ρ₁＝0.35,ρ₂＝0.3,ρ₃＝0.35,各阶段ρ_min＝0.1，λ＝0.5。这种情况下的能量管理策略同CDCS策略和DP策略的对比如图13所示，可以看出本发明策略相比CDCS策略的油耗有2.2％-6％的改善，节油效果仅比理论最优解的DP差1.3％-2.7％。

本发明的能量管理方法还可以根据情况灵活调整，对参数设置的敏感度不高，若仅根据SOC是否高于其下界限值SOC_L分两段调节，SOC高于0.29时的无量纲放电功率参考值为ρ＝0.4,ρ_min＝0.1，λ＝0.5。这种情况下的能量管理策略可以视为本发明一种只区分SOC是否高于SOC_L的简化实施例，图13也给出了这种实施例同其他控制策略的百公里油耗对比，可以看出，简化后的实施例仍然有较好的节油效果。

将仿真循环更改为6个中国典型公交车循环，其余设置不变，如图14所示，也同样有较好的节油效果。

Claims (13)

1.一种串联混合动力***的能量管理方法，所述混合动力***用于车辆，包含辅助动力***和储能***，辅助动力***和储能***均通过动力总线连接驱动电机控制器，所述辅助动力***包括两套或多套辅助动力单元APU，所述储能***包括多套动力电池；

所述辅助动力单元APU由发动机、发电机及发电机控制器组成，该发电机控制器可以控制发电机的工况点，对混合动力***具有整流作用；

其特征在于，所述能量管理方法根据所指定的总功率需求P_demand，确定辅助动力***的总输出功率P_APU和动力电池***的总输出功率P_bat，其中，P_demand＝P_APU+P_bat，并根据总输出功率P_APU确定出各套APU的目标输出功率P_APU,i，及在此功率下的发动机工况点，用以控制各套APU的发动机和发电机功率。

2.如权利要求1所述的一种串联混合动力***的能量管理方法，包括以下步骤：

步骤S1:确定辅助动力单元APU的效率特性图及APU的最高效率曲线，每套APU的发动机仅工作在最高效率曲线所确定的工况点上，所述效率特性图是由APU的发动机各个转速及转矩所对应的工况点所构成的特性图，所述最高效率曲线为APU的任意输出功率下使得APU效率最高的发动机工况点组成的曲线，每套APU的效率由其所包含的发动机的效率、发电机及发电机控制器的效率共同决定；

步骤S2：确定各套APU之间的功率分配方式，其中，各套APU的目标输出功率P_APU,i之和等于辅助动力***的总输出功率P_APU；

步骤S3：确定满足发动机工况优化需求的辅助动力***的总输出功率P_APU的范围，该辅助动力***的总输出功率P_APU的范围被称为辅助动力***总功率优先取值区；

步骤S4：确定一定总需求功率P_demand下的辅助动力***的目标输出功率P_APU，其中，P_demand由车辆的驱动功率和附件功率组成，驱动功率通过当前行驶状况计算，根据驾驶员踏板给出的踏板信号可以得到整车的驱动转矩需求，结合当前车速可以求出当前的驱动功率需求，附件功率指各类附件的功耗，所述附件包括但不限于空调、散热***、转向***；

对于单套APU，在收到根据步骤S1-S4所给出的输出功率和工况点目标后，所述单套APU的发动机控制器和发电机控制器来完成发动机和发电机的控制，若所述APU的目标功率为零，其工作状态可能为停机或怠速，若上一个控制采样周期发动机状态为停机，则继续停机，若上一个控制采样周期发动机状态为怠速，则根据APU已经处于怠速状态的时间来确定本控制采样周期该APU发动机继续怠速或停机，当已经怠速的时间超过预先设定的门限值T_idle时，发动机关闭。

3.如权利要求2所述的一种串联混合动力***的能量管理方法，其中，对所述步骤S1中确定的任意APU输出功率下的APU最高效率值及其对应的发动机转速、转矩工况点，将其发动机等效燃油消耗率写为APU输出功率的函数

依据式(1)计算任意APU的运行工况点的燃油消耗速率：

4.如权利要求2所述的一种串联混合动力***的能量管理方法，其中，所述步骤S1中，各套APU发动机的运行工况被确定在发动机的最小油耗曲线上，发动机的最小油耗曲线根据发动机的万有特性确定，将发电机及其控制器的效率视为常数，记为

则第i套发动机在发动机最小油耗曲线上的有效燃油消耗率为发动机输出功率P_eng,i的函数

对于不同的运行工况点运行工况点，其燃油消耗速率可以据式(2)计算：

5.如权利要求2-4任一所述的一种串联混合动力***的能量管理方法，其中，所述步骤S2中，设辅助动力***的总目标功率为P_APU，则各套APU的输出功率之和应该满足式(3)：

其中，n为APU的总套数，P_APU,i为第i套APU的功率，在满足式(5)条件下使得总的燃油消耗速率最小的各个P_APU,i的配置就是所述各套APU之间的功率分配方式，即寻找式(3)约束下的最小值

及对应的取得最小值的各APU功率值P_APU,i。

6.如权利要求5所述的一种串联混合动力***的能量管理方法，其中，当各套APU相同时，则各套APU之间的功率通过以下方式进行分配：

情形A：当辅助***总功率需求小于单套APU的最大功率时，即P_APU<P_APU,max，仅采用单套APU，P_APU,1＝P_APU，而其余各APU的目标功率为零，P_APU,i＝0(i＝2,3,...,n)；

情形B：当辅助***总功率需求介于单套APU最大功率和单套APU最大功率的2倍之间时，即P_APU,max≤P_APU<2P_APU,max，采用2套APU平均分配目标功率

而其余各APU的目标功率为零，P_APU,i＝0(i＝3,4,...,n)；

情形C：当辅助***总功率需求介于单套APU最大功率的m倍和单台APU最大功率的(m+1)倍之间时(m≥2)，即mP_APU,max≤P_APU<(m+1)P_APU,max，(m-1)套APU输出最大功率P_APU,1＝P_APU,2＝...＝P_APU,m-1＝P_APU,max，2套APU平均分配剩余的辅助***总目标功率，即

而其余各APU目标功率为零，即P_APU,i＝0(i＝m+2,...,n)。

7.如权利要求6所述的一种串联混合动力***的能量管理方法，其中，当各套APU相同时，根据辅助动力***的总目标功率需求，采用平均分配的方式配置各套APU的功率。

8.如权利要求2-4,6-7的任一所述的一种串联混合动力***的能量管理方法，其中，确定步骤S3所述的辅助动力***总功率优先取值区的方法如下：根据步骤S1中所确定的APU最高效率曲线，截取一段最高效区域，使单套APU的工况点位于这段区域，设这一区域的下限功率和上限功率分别为P_L,i和P_H,i，其中角标i代表第i套APU；

由于单套APU的功率被尽可能约束在所述功率范围内，在所述步骤S3中，对取值范围为

的辅助动力***的总功率值P_APU，也需从其取值范围中选择根据步骤S2中所述的功率分配方式，各APU输出功率合理的范围，即可以使各套APU工作在高效区的各APU总功率范围，即所述的辅助动力***总功率优先取值区。

9.如权利要求8所述的一种串联混合动力***的能量管理方法，其中，

使各套APU的功率P_APU,i满足如下2个条件之一：

①P_L,i<P_APU,i<P_H,i，即APU工作在这段选定的高效范围内；

②P_APU,i＝0，即APU处于怠速或停机；

当因总功率需求较大而上述两个条件均无法满足时，则需满足以下条件：

③至多n-2套APU的输出功率达到其最大功率，其他各套APU功率满足条件①或②。

10.如权利要求9所述的一种串联混合动力***的能量管理方法，其中，在所述步骤S4中，将各辅助动力***的总功率P_APU设定在S3所述的辅助动力***总功率优先取值区中，并尽可能缓和电池的功率变化、避免电池的放电功率过大，定义无量纲化的电池放电功率ρ，如式(4)所示：

ρ＝P_bat,dis/P_bat,max (4)

其中P_bat,max为电池的最大放电功率，由电池管理***给出，P_bat,dis为电池的放电功率；

设定电池SOC的下界限值SOC_L，当SOC高于SOC_L时，将高于SOC_L的SOC范围进一步地划为若干个分段，每个分段设定无量纲化的电池放电功率参考值ρ_i，使电池在放电时的功率尽可能接近与无量纲参考值ρ_i对应的功率，并使电池的SOC尽可能维持在SOC_L以上；当SOC低于SOC_L时，则使电池SOC迅速回升。

11.如权利要求10所述的一种串联混合动力***的能量管理方法，其中，对每个SOC高于SOC_L的SOC分段，则采用如下的工作模式：

情形A1，当总功率需求小于所述辅助动力***总功率优先取值区的第一段下限值，即P_demand<P_1L时，采用纯电驱动，P_APU＝0；

情形A2，当总功率需求不小于所述辅助动力***总功率优先取值区的第一段下限值，即P_demand≥P_1L，又分为以下各种情况：

情形A2-1，当P_demand-ρ_iP_bat,max<P_1L时，设定电池最小无量纲放电功率ρ_min，判断总功率需求P_demand和P_1L的关系，如果P_demand-P_1L≥ρ_minP_bat,max，则P_APU＝P_1L，如果P_demand-P_1L<ρ_minP_bat,max，则P_APU＝0，其中，ρ_i为第i个SOC阶段设定的无量纲功率参考值；

情形A2-2：当P_1L≤P_demand-ρ_iP_bat,max<P_1H时，P_APU＝P_demand-ρ_iP_bat,max；

情形A2-3：当P_1H≤P_demand-ρ_iP_bat,max<P_2L时，进一步判断P_demand-ρ_iP_bat,max和λP_1H+(1-λ)P_2L的关系，λ为权重系数，若P_demand-ρ_iP_bat,max<λP_1H+(1-λ)P_2L，则P_APU＝P_1H，若P_demand-ρ_iP_bat,max≥λP_1H+(1-λ)P_2L，则P_APU＝P_2L；

情形A2-4：当P_2L≤P_demand-ρ_iP_bat,max<P_2H时，P_APU＝P_demand-ρ_iP_bat,max；

情形A2-5：当P_kH≤P_demand-ρ_iP_bat,max<P_(k+1)L，其中，k＝2，3，…n时，进一步判断P_demand-ρ_iP_bat,max和λP_kH+(1-λ)P_(k+1)L的关系，若P_demand-ρ_iP_bat,max<λP_kH+(1-λ)P_(k+1)L，则P_APU＝P_kH，若P_demand-ρ_iP_bat,max≥λP_kH+(1-λ)P_(k+1)L，则P_APU＝P_(k+1)L；

情形A2-6：当P_kL≤P_demand-ρ_iP_bat,max<P_kH时，其中，k＝3，4，…n时，P_APU＝P_demand-ρ_iP_bat,max；

情形A2-7：当P_demand-ρ_iP_bat,max≥P_nH时，进一步判断P_demand和P_nH+P_bat,max的关系，若P_demand<P_nH+P_bat,max，则P_APU＝P_nH，若P_demand≥P_nH+P_bat,max，则P_APU＝P_demand-P_bat,max。

12.如权利要求11所述的一种串联混合动力***的能量管理方法，其中，在情形A2-7中，当P_demand≥P_nH+P_bat,max时，使P_APU＝P_APU,max，由电池补足剩余功率需求。

13.如权利要求11或12所述的一种串联混合动力***的能量管理方法，其中，在SOC不超过于SOC_L的阶段，不再限制电池的放电功率，仅调控APU的功率，按照如下模式进行功率分配：

情形B1：当P_demand<P_1L时，P_APU＝P_1L；

情形B2：当P_1L≤P_demand<P_1H时，P_APU＝P_demand；

情形B3：当P_1H≤P_demand<P_2L时，采用两种方式，一种方式是P_APU＝P_2L，此时APU提供的功率超过整车功率需求，APU向动力电池充电；另一种方式是进一步判断当P_demand与λP_1H+(1-λ)P_2L的关系，若P_demand<λP_1H+(1-λ)P_2L，则P_APU＝P_1H，若P_demand≥λP_1H+(1-λ)P_2L，则P_APU＝P_2L，λ可以取0.5-1之间的值，使得P_1H≤P_demand<P_2L时，P_APU更多为P_2L而不是P_1H，使得动力电池被充电的可能性更高；

情形B4：当P_kL≤P_demand<P_kH，其中，k＝2，3，…n时，P_APU＝P_demand；

情形B5：当P_kH≤P_demand<P_(k+1)L，其中，k＝2，3，…n时，可以采用两种方式，一种方式是P_APU＝P_(k+1)L；另一种方式是进一步判断P_demand与λP_kH+(1-λ)P_(k+1)L的关系，若P_demand<λP_kH+(1-λ)P_(k+1)L，则P_APU＝P_kH，若P_demand≥λP_kH+(1-λ)P_(k+1)L，则P_APU＝P_(k+1)L，λ可以取0.5-1之间的值，使得P_kH≤P_demand<P_(k+1)L时，P_APU更多为P_(k+1)L而不是P_kH，使得动力电池被充电的可能性更高；

情形B6：当P_demand≥P_nH时，采用两种处理方式，一种是直接使P_APU＝P_demand，另一种是进一步判断P_demand和P_nH+P_bat,max的关系，若P_demand<P_nH+P_bat,max，则P_APU＝P_nH，若P_demand≥P_nH+P_bat,max，则P_APU＝P_APU,max或P_APU＝P_demand-P_bat,max。

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