CN113879276A - 串联式混合动力总成功率跟随控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种串联式混合动力总成功率跟随控制方法，本发明的主要设计构思在于，通过采集发动机转速、扭矩、发电机转速、扭矩、电流、驱动电机转速、扭矩、电流等信息进行闭环控制，并结合SOC偏差对整车实时功率进行功率补偿，结合电池电流电压的PID调节对补偿后的整车功率需求进行修正，最后结合发电效率对修正后的增程器校正功率再次进行实时修正，从而得到增程器目标功率。本发明有效提高了增程器总成的功率响应特性及稳定性，并显著改善了增程器的发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及混合动力汽车领域，尤其涉及一种串联式混合动力总成功率跟随控制方法。
背景技术
目前纯电动汽车技术基本成熟，但受限于目前的电池储能技术水平限制，充电时间长、续航里程有限、成本高、安全性问题(为了提高能量密度)，导致“里程焦虑”、“低温焦虑”和“安全焦虑”。
为此，增程式混合动力技术在纯电动车(EV)的基础上，增加了一台增程器，以提高续航里程；且将发动机和发电机耦合，并与车轮解耦，利用发动机运行在经济区实现节油。当车辆电池电量消耗到预设值时，增程器启动，发动机运行在最佳效率并通过发电机输出功率驱动车辆行驶。
现有增程式混合动力技术，当电池SOC下降到下限值时，增程器启动，根据计算驱动电机的实时功率及附件损耗工作，计算出增程器对应的功率点，通过控制增程器的扭矩及转速，使其运行在对应的功率点上，发出的电能一部分驱动车辆一部分向电池充电。
但由于车辆驱动电机的驱动功率随时变化，且变化范围较大，增程器总成无法满足各个工况点的响应及时性，由于发电功率流进流出电池，导致发电效率下降，进而影响了增程器的油耗。
发明内容
鉴于上述，本发明旨在提供一种串联式混合动力总成功率跟随控制方法，以解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种串联式混合动力总成功率跟随控制方法，其中包括：
在车辆进入增程模式后，测得直流母线电压；
检测驱动电机侧直流母线电流，并结合直流母线电压，求取驱动电机端的第一实时功率；
检测电动空调压缩机侧直流母线电流，并结合直流母线电压，求取电动空调压缩机端的第二实时功率；
由直流变压器检测低压负载侧电流，并结合直流母线电压，求取直流变压器端的第三实时功率；
融合第一实时功率、第二实时功率以及第三实时功率，得到整车实时功率；
根据电池SOC偏差量对整车实时功率进行功率补偿，得到补偿后的整车功率需求；
利用补偿后的整车功率需求，并结合预设的基于电池SOC的PID功率修正策略，得到增程器校正功率；
根据发电效率对增程器校正功率进行实时修正，得到增程器目标功率；
基于增程器目标功率，获得目标转速及目标扭矩；
分别根据目标转速及目标扭矩，对发电机及发动机进行动态控制。
在其中至少一种可能的实现方式中，根据电池SOC偏差量对整车实时功率进行功率补偿包括：
检测当前电池SOC并计算与预设的目标SOC之间的电量偏差；
利用所述电量偏差以及预先标定并存储的功率补偿表格，获得相应的功率补偿值。
在其中至少一种可能的实现方式中，所述基于电池SOC的PID功率修正策略包括：
预先确定在预设SOC下，增程器的输出功率与补偿后的整车功率需求的不同情况所分别对应的该预设SOC下的电池电流及电池电压的关系；
基于所述关系中的电池电流及电池电压，以PID方式调节当前SOC下的实际电池电流及实际电池电压得到对应的功率修正值。
在其中至少一种可能的实现方式中，所述根据发电效率对增程器校正功率进行实时修正包括：
根据增程器的转速-扭矩-效率特性，查询预先标定并存储的映射表得到效率值；
将查表得到的效率值作为增程器校正功率的系数，得到增程器目标功率。
在其中至少一种可能的实现方式中，所述基于增程器目标功率，获得目标转速及目标扭矩包括：通过增程器的油耗特性，查询预先标定并存储的映射表，得到增程器的工作点所对应的目标转速及目标扭矩。
在其中至少一种可能的实现方式中，所述对发电机及发动机进行动态控制包括：
利用目标转速触发发电机进行转速控制，同步地，利用目标扭矩触发发动机控制器对发动机进行扭矩控制。
在其中至少一种可能的实现方式中，所述车辆进入增程模式包括：车辆在纯电模式运行过程中，当检测到电池SOC低于预设的电量阈值时，车辆进入增程模式，且发电机拖动发动机运转以启动发动机，待发动机启动成功后，发电机进入发电模式。
本发明的主要设计构思在于，通过采集发动机转速、扭矩、发电机转速、扭矩、电流、驱动电机转速、扭矩、电流等信息进行闭环控制，并结合SOC偏差对整车实时功率进行功率补偿，结合电池电流电压的PID调节对补偿后的整车功率需求进行修正，最后结合发电效率对修正后的增程器校正功率再次进行实时修正，从而得到增程器目标功率。本发明有效提高了增程器总成的功率响应特性及稳定性，并显著改善了增程器的发电效率。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：
图1为本发明实施例提供的串联式混合动力总成功率跟随控制方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明提出了一种串联式混合动力总成功率跟随控制方法的实施例，具体来说，如图1所示，其中包括：
步骤S1、在车辆进入增程模式后，测得直流母线电压；
步骤S2、检测驱动电机侧直流母线电流，并结合直流母线电压，求取驱动电机端的第一实时功率；
步骤S3、检测电动空调压缩机侧直流母线电流，并结合直流母线电压，求取电动空调压缩机端的第二实时功率；
步骤S4、由直流变压器检测低压负载侧电流，并结合直流母线电压，求取直流变压器端的第三实时功率；
步骤S5、融合第一实时功率、第二实时功率以及第三实时功率，得到整车实时功率；
步骤S6、根据电池SOC偏差量对整车实时功率进行功率补偿，得到补偿后的整车功率需求；
步骤S7、利用补偿后的整车功率需求，并结合预设的基于电池SOC的PID功率修正策略，得到增程器校正功率；
步骤S8、根据发电效率对增程器校正功率进行实时修正，得到增程器目标功率；
步骤S9、基于增程器目标功率，获得目标转速及目标扭矩；
步骤S10、分别根据目标转速及目标扭矩，对发电机及发动机进行动态控制。
进一步地，根据电池SOC偏差量对整车实时功率进行功率补偿包括：
检测当前电池SOC并计算与预设的目标SOC之间的电量偏差；
利用所述电量偏差以及预先标定并存储的功率补偿表格，获得相应的功率补偿值。
进一步地，所述基于电池SOC的PID功率修正策略包括：
预先确定在预设SOC下，增程器的输出功率与补偿后的整车功率需求的不同情况所分别对应的该预设SOC下的电池电流及电池电压的关系；
基于所述关系中的电池电流及电池电压，以PID方式调节当前SOC下的实际电池电流及实际电池电压得到对应的功率修正值。
进一步地，所述根据发电效率对增程器校正功率进行实时修正包括：
根据增程器的转速-扭矩-效率特性，查询预先标定并存储的映射表得到效率值；
将查表得到的效率值作为增程器校正功率的系数，得到增程器目标功率。
进一步地，所述基于增程器目标功率，获得目标转速及目标扭矩包括：通过增程器的油耗特性，查询预先标定并存储的映射表，得到增程器的工作点所对应的目标转速及目标扭矩。
进一步地，所述对发电机及发动机进行动态控制包括：
利用目标转速触发发电机进行转速控制，同步地，利用目标扭矩触发发动机控制器对发动机进行扭矩控制。
进一步地，所述车辆进入增程模式包括：车辆在纯电模式运行过程中，当检测到电池SOC低于预设的电量阈值时，车辆进入增程模式，且发电机拖动发动机运转以启动发动机，待发动机启动成功后，发电机进入发电模式。
具体来说，在车辆进入增程模式后(车辆在纯电模式运行过程中，当检测到电池SOC低于预设的电量阈值时，车辆进入增程模式。此时，发电机进入电动模式，其拖动发动机运转以启动发动机，待发动机启动成功后，发电机进入发电模式)，可通过电池管理***测量得到直流母线电压Udc，并通过驱动电机控制器测量得到驱动电机侧直流母线电流IMCU，基于二者计算出驱动电机端的第一实时功率PMCU＝UdcIMCU。
由电动空调压缩机测量得到电动空调压缩机侧直流母线电流IEAC，并根据前述直流母线电压Udc，计算出电动空调压缩机端的第二实时功率PEAC＝UdcIEAC。
由直流变压器测量得到低压负载侧电流IDCDC，并根据前述直流母线电压Udc，计算出直流变压器端的第三实时功率PDCDC＝UdcIDCDC。
最后，综合前述三者，求取出整车实时功率Pe＝PMCU+PEAC+PDCDC。
增程器的输出功率不仅要满足整车实时功率Pe需求，还要对电池SOC与目标SOC的偏差进行调节。因此，当检测到电池SOC与目标SOC出现偏差时，根据SOC偏差量查表进行功率补偿Pchg，补偿后的整车功率需求为Pe2＝Pe+Pchg。这里需指出的是，基于SOC偏差进行功率补偿以及预先标定映射关系表为本领域的现有技术，对此本发明不作赘述。
为了尽可能提高增程器的输出效率响应性，提升其工作效率，避免其提供的电功率过多或者过少，导致无法及时满足整车需求的问题，本发明进一步提出，引入基于电池SOC的PID功率修正策略。本发明对此具体分析如下：在电池SOC满足预设目标电量值的情况下，若增程器的输出功率等于整车功率需求(补偿后的)，此时电池无电流输出或输入；当增程器的输出功率小于整车功率需求(补偿后的)时，电池开始放电，电流为负值；而当增程器的输出功率大于整车功率需求(补偿后的)时，电池处于充电状态，电流为正。
基于以上分析及原则，本发明将基于目标SOC下的电池电流经PID调节后的修正功率设为PIE，即，经过PID修正后的增程器校正功率为Pe3＝Pe2+PIE。
还需考虑，由于增程器在不同的工作点，油电转化效率不同，要满足整车实时功率需求，还需要根据发电效率对增程器校正功率进行实时修正。具体地，可根据增程器的转速-扭矩-效率特性，查询预先标定的映射表得到效率值ηg，并由该效率值得到最终的增程器目标功率Pe4＝Pe3ηg。
根据最终的增程器目标功率，通过增程器的油耗特性查表计算出增程器处于目标转速及目标扭矩的工作点，然后，可由整车控制器将相应的转速信号发给发电机控制器，触发发电机控制器对发电机进行转速控制，同步地，可由整车控制器将相应的扭矩信号发给发动机控制器，触发发动机控制器对发动机进行扭矩控制。
此外，基于本发明构思还可以指出的是，当整车进行制动能量回收时，此阶段功率需求为负，此时增程器发动机进入断油模式，发电机进入电动模式，维持发动机运转。驱动电机的直流母线功率一部分用于发电机电动运转，一部分则进入电池储存。
结合前文所述控制方法的实施例，本发明涉及的硬件一方面包括发动机、发电机、驱动电机、电池、发动机控制器(ECU)、发电机控制器(GCU)、驱动电机控制器(MCU)、电池管理***(BMS)以及整车控制器(VCU)。其中，ECU与发动机通过电气连接，用于读取发动机转速，并控制发动机扭矩；GCU与发电机通过电气连接，用于读取发电机转速以及发电机侧直流母线电流，并控制发电机扭矩；MCU与驱动电机通过电气连接，用于读取驱动电机转速、驱动电机侧直流母线电流，并控制驱动电机扭矩；BMS与电池通过电气连接，用于计算电池SOC并检测电池电流及直流母线电压。
另一方面，本发明涉及的硬件还包括电动空调压缩机(EAC)以及直流变压器(DCDC)，EAC用于读取电动空调压缩机侧直流母线电流，DCDC用于为低压电气设备供电，例如将高压电降为12V为相关电气提供工作电压。
接续前文，VCU分别与ECU、GCU、MCU、BMS、EAC、DCDC通过CAN总线相连接，VCU用于读取发动机转速、发动机当前扭矩、发电机转速、发电机扭矩、发电机侧直流母线电流、驱动电机转速、驱动电机扭矩、驱动电机侧直流母线电流等信号。
综上所述，本发明的主要设计构思在于，通过采集发动机转速、扭矩、发电机转速、扭矩、电流、驱动电机转速、扭矩、电流等信息进行闭环控制，并结合SOC偏差对整车实时功率进行功率补偿，结合电池电流电压的PID调节对补偿后的整车功率需求进行修正，最后结合发电效率对修正后的增程器校正功率再次进行实时修正，从而得到增程器目标功率。本发明有效提高了增程器总成的功率响应特性及稳定性，并显著改善了增程器的发电效率。
本发明实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示单独存在A、同时存在A和B、单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：a，b，c，a和b，a和c，b和c或a和b和c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，但以上仅为本发明的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本发明的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种串联式混合动力总成功率跟随控制方法，其特征在于，包括：
在车辆进入增程模式后，测得直流母线电压；
检测驱动电机侧直流母线电流，并结合直流母线电压，求取驱动电机端的第一实时功率；
检测电动空调压缩机侧直流母线电流，并结合直流母线电压，求取电动空调压缩机端的第二实时功率；
由直流变压器检测低压负载侧电流，并结合直流母线电压，求取直流变压器端的第三实时功率；
融合第一实时功率、第二实时功率以及第三实时功率，得到整车实时功率；
根据电池SOC偏差量对整车实时功率进行功率补偿，得到补偿后的整车功率需求；
利用补偿后的整车功率需求，并结合预设的基于电池SOC的PID功率修正策略，得到增程器校正功率；
根据发电效率对增程器校正功率进行实时修正，得到增程器目标功率；
基于增程器目标功率，获得目标转速及目标扭矩；
分别根据目标转速及目标扭矩，对发电机及发动机进行动态控制。
2.根据权利要求1所述的串联式混合动力总成功率跟随控制方法，其特征在于，根据电池SOC偏差量对整车实时功率进行功率补偿包括：
检测当前电池SOC并计算与预设的目标SOC之间的电量偏差；
利用所述电量偏差以及预先标定并存储的功率补偿表格，获得相应的功率补偿值。
3.根据权利要求1所述的串联式混合动力总成功率跟随控制方法，其特征在于，所述基于电池SOC的PID功率修正策略包括：
预先确定在预设SOC下，增程器的输出功率与补偿后的整车功率需求的不同情况所分别对应的该预设SOC下的电池电流及电池电压的关系；
基于所述关系中的电池电流及电池电压，以PID方式调节当前SOC下的实际电池电流及实际电池电压得到对应的功率修正值。
4.根据权利要求1所述的串联式混合动力总成功率跟随控制方法，其特征在于，所述根据发电效率对增程器校正功率进行实时修正包括：
根据增程器的转速-扭矩-效率特性，查询预先标定并存储的映射表得到效率值；
将查表得到的效率值作为增程器校正功率的系数，得到增程器目标功率。
5.根据权利要求1所述的串联式混合动力总成功率跟随控制方法，其特征在于，所述基于增程器目标功率，获得目标转速及目标扭矩包括：通过增程器的油耗特性，查询预先标定并存储的映射表，得到增程器的工作点所对应的目标转速及目标扭矩。
6.根据权利要求1所述的串联式混合动力总成功率跟随控制方法，其特征在于，所述对发电机及发动机进行动态控制包括：
利用目标转速触发发电机进行转速控制，同步地，利用目标扭矩触发发动机控制器对发动机进行扭矩控制。
7.根据权利要求1～6任一项所述的串联式混合动力总成功率跟随控制方法，其特征在于，所述车辆进入增程模式包括：车辆在纯电模式运行过程中，当检测到电池SOC低于预设的电量阈值时，车辆进入增程模式，且发电机拖动发动机运转以启动发动机，待发动机启动成功后，发电机进入发电模式。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220104 |