一种用于电动车辆的动力源及动力源选择方法

摘要

本发明提供了一种用于电动车辆的动力源及动力源选择方法，属于电动车辆能量管理与控制领域。该系统包括：动力电池、辅助能量装置和控制器，控制器用于从多种驱动模式中选择任一种来控制动力电池和辅助能量装置的工作，其中，多种驱动模式包括：第一驱动模式和第二驱动模式，控制器配置成当动力电池的剩余电量不大于一预设标定值时选择第二驱动模式，直至动力电池的剩余电量升高至不低于一预设中间值；当动力电池的剩余电量不低于预设中间值时选择第一驱动模式，直至动力电池的剩余电量降低至不高于预设标定值；其中，预设中间值是处于预设最大值和预设标定值之间的值。本申请的方案，延长了电池寿命，降低了油耗，提高了节能性能。

说明书

技术领域

本发明涉及电动汽车能量管理与控制领域，特别是涉及一种用于电动车辆的动力源及动力源选择方法。

背景技术

为了提升电动车辆的续航性能，增程式电动车辆中安装有能够增加续驶里程的功率跟随器。功率跟随器包括发动机和发电机，功率跟随器不仅能够给动力电池充电，而且能够直接驱动牵引电机。例如，燃料电池发动机、内燃机等。功率跟随器增加电动车辆的续航性能的原理是：当动力电池电量充足时，汽车以纯电动模式行驶，当蓄电池电量不足时，功率跟随器开始工作，给动力电池充电或直接驱动牵引电机，从而大幅提高电动汽车的行驶里程。

现有技术中的功率跟随器，其能量源的控制策略是以功率跟随器作为主要能量源，动力电池作为辅助后备能量源。图1示出了现有技术中功率跟随器和动力电池之间的控制策略原理图。由图1可看出，当电池电量下降到标定值时，启动功率跟随器中的发动机以驱动电机、停止电池放电以驱动电机，同时给电池充电。该种控制策略虽然具有电池容量小、重量轻、电池充放电频率低、能量损耗小和寿命长等优点，但是，由于一旦当电池电量下降到一定值时，就仅仅采用功率跟随器作为主要能量源，使得该种控制策略油耗较高且节能性能差。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种用于电动车辆的动力源，以解决现有技术中电池寿命短、由于主要使用功率跟随器作为能量源造成的油耗高且节能性差等的问题。

本发明提供了一种用于电动车辆的动力源，包括：

动力电池，用于作为主能量源输出电力来驱动所述电动车辆的牵引电机；

辅助能量装置，用于作为辅助能量源输出电力来选择性地驱动所述电动车辆的所述牵引电机和/或向所述动力电池的充电；

控制器，用于从多种驱动模式中选择任一种来控制所述动力电池和所述辅助能量装置的工作，其中，所述多种驱动模式包括：

第一驱动模式，其中所述动力电池工作以单独驱动所述牵引电机；和

第二驱动模式，其中所述辅助能量装置工作以单独驱动所述牵引电机，并向所述动力电池充电；

其中，所述控制器配置成：当所述动力电池的剩余电量不大于一预设标定值时选择所述第二驱动模式，直至所述动力电池的剩余电量升高至不低于一预设中间值；当所述动力电池的剩余电量不低于所述预设中间值时选择所述第一驱动模式，直至所述动力电池的剩余电量降低至不高于所述预设标定值；其中，所述动力电池具有表示其基本上处于满充状态的一最大预设值，所述预设中间值是处于所述最大预设值和所述预设标定值之间的值。

进一步地，在所述第一驱动模式中，所述辅助能量装置被停用。

进一步地，在所述第二驱动模式中，所述动力电池被停用以停止输出电力。

进一步地，所述动力电池的剩余电量用SOC值表示；所述辅助能量装置为功率跟随器。

进一步地，所述控制器配置成控制所述驱动模式在所述第一驱动模式和所述第二驱动模式之间进行交替性切换。

进一步地，所述多种驱动模式还包括：

第三驱动模式，其中所述动力电池和所述辅助能量装置均输出电力来同时驱动所述牵引电机；

其中，所述控制器配置成在当前驱动模式为所述第一驱动模式或所述第二驱动模式时无法满足所述电动车辆的瞬时动力需求时选择所述第三驱动模式，并在所述电动车辆的瞬时动力需求回落时对应恢复到原第一驱动模式或第二驱动模式。

进一步地，所述控制器配置成在所述动力电池的剩余电量降低至不高于最小预设值时确定电池故障，并进一步判断是否允许选择所述第二驱动模式，

若不允许，则进入跛行模式或停车模式；

若允许，则选择所述第二驱动模式。

进一步地，所述最小预设值表示动力电池基本上处于没电状态；

所述预设标定值处于最大预设值和最小预设值之间并靠近最小预设值。

进一步地，所述最大预设值为80-100％；

所述最小预设值为15-18％；

所述预设标定值为18-25％；

所述预设中间值为40-80％。

特别地，本发明还提供了一种动力源切换控制方法，包括如下步骤：

将动力电池作为主能量源输出电力来驱动所述电动车辆的牵引电机；

将辅助能量装置作为辅助能量源输出电力来选择性地驱动所述电动车辆的所述牵引电机和/或向所述动力电池的充电；

从多种驱动模式中选择任一种来控制所述动力电池和所述辅助能量装置的工作，其中，所述多种驱动模式包括：

第一驱动模式，其中所述动力电池工作以单独驱动所述牵引电机；和

第二驱动模式，其中所述辅助能量装置工作以单独驱动所述牵引电机，并向所述动力电池充电；

其中，当所述动力电池的剩余电量不大于一预设标定值时选择所述第二驱动模式，直至所述动力电池的剩余电量升高至不低于一预设中间值；当所述动力电池的剩余电量不低于所述预设中间值时选择所述第一驱动模式，直至所述动力电池的剩余电量降低至不高于所述预设标定值；其中，所述动力电池具有表示其基本上处于满充状态的一最大预设值，所述预设中间值是处于所述最大预设值和所述预设标定值之间的值。

本发明的方案，辅助能量装置不仅能够给电池充电，还能够直接驱动电机，这是本申请能够选择任一能量源的前提。与现有技术相比，本申请的能量源能够在动力电池和辅助能量源之间进行选择。由此，动力电池和辅助能量源由于交替使用，使得两者的频率都有大幅度降低，使得电池寿命延长，同时降低了油耗，提高了节能性能。更进一步地，本发明中的最大预设值和最小预设值均没有设置为动力电池能够充放电的极限值，使得动力电池的荷电状态保持在规定的范围内，避免电池荷电状态过高或过低以改善电池的循环寿命。

按照本发明的方案，由于设定了预设标定值，使得不同驱动模式之间的选择过程更加平稳，不会出现动力性不足的情况或由于驱动模式的改变带来的不适感。此外，由于增加第三驱动模式，使得在特殊工况例如急加速或爬长坡下能够保证足够的动力性。本发明的方案也考虑到故障工况，即在动力电池的剩余电量降低至不高于最小预设值时，即可判断电动车辆处于故障工况，此时，可以根据整车零部件包括电池系统的故障代码，结合故障工况判断是否允许启用第二驱动模式，若不允许，则进入跛行模式或停车模式；若允许，则选择所述第二驱动模式。这使得能够及时检测到故障工况，保证电动车辆的正常运行。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是现有技术中功率跟随器和动力电池之间的控制策略原理图；

图2是根据本发明一个实施例的用于电动车辆的动力源的一般性结构框图；

图3是根据本发明一个实施例的第一驱动模式的驱动原理示意图；

图4是根据本发明一个实施例的第二驱动模式的驱动原理示意图；

图5是根据本发明一个实施例的不同驱动模式之间切换的控制策略原理图；

图6是根据本发明一个实施例的第三驱动模式的驱动原理示意图；

图7是根据本发明一个实施例的动力源切换控制方法的流程示意图；

图8是根据本发明另一实施例的动力源切换控制方法的流程示意图。

具体实施方式

图2是根据本发明一个实施例的用于电动车辆的动力源100一般性结构框图。如图2所示，用于电动车辆的动力源100一般性可以包括设置在电动车辆内的电池控制装置110、电机控制装置120、辅助能量装置130和控制器140。电池控制装置110可以包括动力电池11和用于控制动力电池11充电和/或放电的动力电池控制器12，动力电池11和动力电池控制器12电连接。电机控制装置120可以包括用于驱动车轮170的牵引电机21和用于将直流电转换为交流电的电机控制器22，牵引电机21和电机控制器22电连接。辅助能量装置130包括设置在电动车辆内的发动机31、发电机32和用于将交流电转换为直流电的整流器33，发动机31与发电机32相连接，发电机32与整流器33电连接。控制器140分别通过CAN总线与整流器33、电机控制器22和动力电池控制器12电连接。可以理解，为了检测电动车辆的加速度和当前道路的坡度，该用于电动车辆的动力源100还可以包括加速度传感器160和坡度传感器150，加速度传感器160和坡度传感器150分别与控制器140电连接。辅助能量装置130可以直接驱动牵引电机21，也可以向动力电池11充电。在一个实施例中，辅助能量装置130可以为功率跟随器。在其他实施例中，辅助能量装置130也可以是其他能够向动力电池11充电，同时能够直接驱动牵引电机21的能量源装置。采用辅助能量装置130和动力电池11作为能量源，可以尽量少的使用动力电池11，从而降低整个能源供给系统的成本。

为了将动力电池11和辅助能量装置130择一作为能量源，在一个实施例中，本发明方案中驱动模式可以包括第一驱动模式和第二驱动模式。图3示出了根据该实施例的第一驱动模式的驱动原理示意图，如图3所示，在第一驱动模式下，将动力电池11作为能量源以驱动所述牵引电机21，进而驱动车轮170行驶。图4示出了根据该实施例的第二驱动模式的驱动原理示意图，如图4所示，在第二驱动模式下，将辅助能量装置130作为辅助能量源以驱动所述牵引电机21，并向所述动力电池11供电。其中，辅助能量装置130可以配置成优先驱动牵引电机21，再向动力电池11供电。控制器140配置成当动力电池11的剩余电量不大于一预设标定值时选择第二驱动模式，直至动力电池11的剩余电量升高至不低于一预设中间值；当动力电池11的剩余电量不低于预设中间值时选择第一驱动模式，直至动力电池11的剩余电量降低至不高于预设标定值；其中，动力电池具有表示其基本上处于满充状态的一最大预设值，预设中间值是处于最大预设值和预设标定值之间的值。具体实施时，最大预设值选择为80-100％中的任意一个百分比，预设标定值选择为18-25％中的任意一个百分比，预设中间值选择为40-80％中的任意一个百分比。剩余电量可以用SOC值表示，但是不限于此。在本文中所描述的“SOC”是“State of Charge”的缩写，表示荷电状态，也可以理解为电池电量状态。本申请的方案，即是在电池电量充足的情况下，整车的驱动能量源由动力电池11提供；在电池电量下降到一定值时，整车的驱动能量源由辅助能量装置130提供；当电池电量由于辅助能量装置130的充电而升高至预设中间值时，整车的驱动能量源改由动力电池11提供；在整车处于特殊工况例如爬长坡和/或急加速时，整车的驱动能量源由动力电池11和辅助能量装置130共同提供。由于辅助能量装置130在驱动牵引电机21的同时还向动力电池11充电，由此，动力电池11的剩余电量会有一个从低到高的充电过程，同时一旦使用动力电池11，则动力电池11的电量又会有一个从高到低的放电过程，实现在不同驱动模式之间切换能量源。

图5是根据本发明一个实施例的不同驱动模式之间切换的控制策略原理图。如图5所示，控制器140配置成根据动力电池11的剩余电量的变化使得驱动模式在第一驱动模式和第二驱动模式之间进行交替性切换。在动力电池11的SOC值高于最小预设值且不高于标定值时，控制器140向发动机31发出启动指令。发动机31启动时即当前驱动模式为第二驱动模式。通常情况下，电动车辆还包括能量管理控制装置，用于检测动力电池11的SOC值，并对SOC值进行处理，以向控制器140发出指令。因此，发动机31接收到开始启动的指令的过程是：能量管理控制装置检测到动力电池11的SOC值高于最小预设值且不高于标定值时，通过控制器140向发动机31发送发动机31启动指令，发动机31一旦启动，则动力电池11便会自动停用。即在从第一驱动模式切换到第二驱动模式时的切换时间较短，使得切换过程较为平缓，避免了出现动力不足的情况或由于驱动模式的切换带来的不适感。更进一步地，本发明中的最大预设值和最小预设值均没有设置为动力电池11能够充放电的极限值，使得动力电池11的荷电状态保持在规定的范围内，避免动力电池11荷电状态过高或过低以改善电池的循环寿命。

本发明的方案，由于采用辅助能量装置130作为辅助能量源，不仅能够给动力电池11充电，还能够直接驱动牵引电机21，这是本申请能够选择任一能量源的前提。与现有技术相比，本申请的能量源能够在动力电池11和辅助能量装置130之间进行交替性切换。由此，动力电池11和辅助能量装置130的使用频率都有大幅度降低，使得动力电池11寿命延长，同时降低了油耗，提高了节能性能。

在车辆行驶过程中，避免不了出现一些特殊工况例如爬长坡和/或急加速，因此，为了满足这种特殊工况的动力性，驱动模式还可以包括第三驱动模式。图6示出了根据该实施例的第三驱动模式的驱动原理示意图，如图6所示，在第三驱动模式下，将所述动力电池11和所述辅助能量装置130作为能量源以驱动牵引电机21。需要说明的是，在驱动模式为第一驱动模式或第二驱动模式下无法满足整车的动力需求时的工况，均可以作为特殊工况。特殊工况可以包括爬长坡工况和急加速工况。爬长坡工况为当坡度传感器150检测到在行进方向上道路的坡度大于预设坡度值且大于预设坡度值的时间超过预设时间时或加速度传感器160检测到电动车辆的加速度变化率大于设定值且该加速度变化率大于设定值的时间超过一定时间的工况。急加速工况为当加速度传感器160检测到电动车辆的加速度变化率大于设定值时的工况。其中，坡度传感器150用于检测每一时刻在电动车辆的行进方向上时的道路坡度，并将该坡度数据与预设坡度值进行比较，当该坡度数据大于预设坡度值时，开始计算该坡度数据大于预设坡度值的时间。加速度传感器160用于检测每一时刻电动车辆的加速度，并计算每一时刻的加速度变化率，将该加速度变化率与设定值进行比较，当加速度变化率大于设定值时，计算加速度变化率大于设定值的时间。此外，控制器140配置成在特殊工况消除时，将驱动模式由第三驱动模式切换至爬长坡工况和/或急加速工况出现之前的驱动模式。

图5示出了根据一个实施例的电动车辆在不同驱动模式之间切换能量源的原理图，同时示出了在特殊工况下切换驱动模式的原理图。如图5所示，在T＝0时，动力电池11的剩余电量处于最大值处，随着动力电池11的电量的消耗，动力电池11的剩余电量逐渐减小，在T＝t₁时，动力电池11的剩余电量处于预设标定值处，发动机31处于待启动状态，当T＝t₂时，动力电池11的剩余电量处于预设标定值和最小预设值之间，发动机31开始启动，因此，在0-t₂时间内，驱动模式为第一驱动模式，在t₂-t₃时间内，驱动模式为第二驱动模式，此后，开始进行第一驱动模式和第二驱动模式之间的交替循环。即在t₃-t₄和t₅-t₆时间内，驱动模式为第一驱动模式，在t₅-t₆和t₆-t₇时间内驱动模式为第二驱动模式。由于电动汽车处于特殊工况，需要满足整车的动力性，因此，在t₇-t₈时间内，驱动模式为第三驱动模式，即将动力电池11和辅助能量装置130同时作为能量源以驱动电机21。一旦特殊工况消失，则驱动模式变为特殊工况出现之前所处的驱动模式，即在t₈-t₉时间内，驱动模式为第一驱动模式。

为了确保电动车辆行驶的安全性，在动力电池11的SOC值小于最小预设值时，需要检查电动车辆是否出现故障。这是由于在动力电池11的SOC值达到最小值时，辅助能量装置130都会对动力电池11进行充电，正常情况下，不会出现动力电池11的SOC值小于最小预设值的情况。本发明的方案，能量管理控制装置配置成在动力电池11的SOC值小于最小预设值时确定电动车辆处于故障工况，并根据整车各个零部件包括电池系统的故障代码，结合故障工况判断是否允许辅助能量装置130处于启动状态。若不允许，则向控制器140发送进入跛行模式或停车模式的指令，等待救援。若允许，则向控制器140发送将驱动模式切换至第二驱动模式的指令，说明电动车辆处于正常工况，辅助能量装置130可以驱动车辆行驶且向动力电池11充电。

特别地，本发明还提供了一种动力源切换控制方法，包括如下步骤：

将动力电池作为主能量源输出电力来驱动电动车辆的牵引电机；

将辅助能量装置作为辅助能量源输出电力来选择性地驱动电动车辆的牵引电机和/或向动力电池的充电；

从多种驱动模式中选择任一种来控制动力电池和辅助能量装置的工作，其中，多种驱动模式包括：

第一驱动模式，其中动力电池工作以单独驱动牵引电机；和

第二驱动模式，其中辅助能量装置工作以单独驱动牵引电机，并向动力电池充电；

其中，当动力电池的剩余电量不大于一预设标定值时选择第二驱动模式，直至动力电池的剩余电量升高至不低于一预设中间值；当动力电池的剩余电量不低于预设中间值时选择第一驱动模式，直至动力电池的剩余电量降低至不高于预设标定值；其中，动力电池具有表示其基本上处于满充状态的一最大预设值，预设中间值是处于最大预设值和预设标定值之间的值。

图7示出了根据本发明一个实施例的动力源切换控制方法的流程示意图。如图7所示，该方法可以包括如下步骤：

S110、当动力电池的SOC值不低于预设标定值时在第一驱动模式下驱动牵引电机；

S120、当动力电池的SOC值降低至不大于预设标定值时，将驱动模式由第一驱动模式切换至第二驱动模式，以驱动牵引电机；

S130、当动力电池的SOC值升高至不低于预设中间值时，将驱动模式由第二驱动模式切换至第一驱动模式，以驱动牵引电机；

S140、重复执行步骤S110和S130。

其中，驱动模式在第一驱动模式和第二驱动模式之间进行交替性切换；

预设标定值选择为18-25％中的任意一个百分比，预设中间值选择为40-80％中的任意一个百分比。

图8示出了本发明另一实施例的动力源切换控制方法的流程示意图。具体实施时，可能会遇到故障工况，在另一个实施例中，如图8所示，本发明的动力源切换控制方法可以包括如下步骤：

S210、当动力电池的SOC值不低于预设标定值时，即SOC≥标定值时(默认此时SOC≤max)，在第一驱动模式下驱动牵引电机；

S220、当动力电池的SOC值下降至小于预设标定值时，即SOC<标定值时，将驱动模式由第一驱动模式切换至第二驱动模式，以驱动牵引电机；

S230、当动力电池的SOC值升高至不低于预设中间值时，即SOC≥中间值时，将驱动模式由第二驱动模式切换至第一驱动模式，以驱动牵引电机；

S240、当动力电池的SOC值下降至不高于最小预设值min时，即SOC≤min时，检查电动车辆是否处于故障工况，

若是处于故障工况，则进入跛行模式或停车模式，等待救援；

若不是处于故障工况，则选择第二驱动模式。

其中，故障工况消除时或不出现故障工况时，该方法还重复执行步骤S210和S230。

进一步地，具体实施时，可能会遇到特殊工况例如爬长坡和/或急加速，在另一个实施例中，本发明的动力源切换控制方法可以包括如下步骤：

S310、当动力电池的SOC值不低于预设标定值时，即SOC≥标定值时(默认此时SOC≤max)，在第一驱动模式下驱动牵引电机；

S320、当动力电池的SOC值下降至小于预设标定值时，即SOC<标定值时，将驱动模式由第一驱动模式切换至第二驱动模式，以驱动牵引电机；

S330、升高至不低于预设中间值时，即SOC≥中间值时，将驱动模式由第二驱动模式切换至第一驱动模式，以驱动牵引电机；

S340、重复执行步骤S310和S330；

S350、当整车的瞬间动力需求大于辅助能量装置的发电量时，则将驱动模式由第二驱动模式或第一驱动模式切换至第三驱动模式，以驱动电机。

本发明方法的其他特征与上述系统的特征一一对应，在此不再赘述。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。