一种增程式电动汽车APU控制方法

摘要

本发明公开了一种增程式电动汽车APU的控制方法。增程式电动汽车由驱动电机提供车辆行驶的驱动力，而电机所需的电能有动力电池和增程器两个来源。由于增程式电动汽车所配备的增程器功率较小，在车辆行驶的CS阶段不能满足车辆的动力性要求，因此本发明通过在车辆行驶的CD阶段启动增程器并工作在设定的工作点，达到了减小电池最大放电电流和延长CD阶段行驶距离的目的。在CS阶段采用对请求功率的跟随方法，而且增程器的功率跟随是通过在高效率区采用“定点+分段固定转速调节转矩”来实现的，避免了发动机工作在效率很低的低功率区域，也避免了发动机转速随请求功率的频繁改变而改变，有利于改善增程器发动机的效率和噪声。

说明书

技术领域

本发明应用于一种配备小功率增程器的电动汽车，主要针对车辆行驶里程超出纯电续驶里程的情况。

背景技术

目前，纯电动汽车的发展受到了续驶里程短，电池成本高等问题的制约，如果电池技术得不到突破，那么这些制约也很难得到解决。增程式电动汽车是当前解决这些问题的一种过渡方案，它是在纯电动汽车的基础上增加了一台增程器，当电池电量消耗完以后通过启动增程器发电来给车辆提供动力，达到延长续驶里程的目的。

当预计行驶里程超过纯电续驶里程时，可将增程式电动汽车的整个行驶过程分为两个阶段：CD阶段(电量消耗)和CS阶段(电量维持)，对CD-CS模式常用的增程式电动汽车控制方法有恒温器方法和最佳燃油曲线功率跟随方法。

恒温器方法虽然能够保证车辆行驶进入到CS阶段后增程器发动机始终工作在最优点，但进入CS阶段后动力电池却始终处于充放电状态，不利于电池的使用寿命。

最佳燃油曲线功率跟随能够实现在CS阶段增程器对请求功率的跟随，有利于减少电池的频繁充放电次数，但是由于增程器发动机在低功率区域工作时经济性能较差，这就导致了最佳燃油曲线功率跟随方法的整体燃油经济性能不理想，再加上如果车辆行驶工况复杂多变也会造成增程器发动机工作点的频繁改变，这些都对发动机不利。最后要说明的是，由于车辆配备的增程器功率较小，当车辆行驶进入到CS阶段后，增程器并不能满足车辆的动力性能要求，仅仅能够维持车辆以一定的车速继续行驶。

针对现有控制方法的不足，本发明提供了一种适合于配备小功率增程器的增程式电动汽车的控制方法，该方法可延长车辆在满足动力性能条件下的行驶距离，同时兼顾了电池的使用寿命和燃油经济性能。

发明内容

技术方案为：将整个行驶过程分为CD和CS两个阶段，但分别对这两个阶段进行控制，具体如下：

CD阶段控制方法：

1、当驱动电机的请求功率大于动力电池最大放电功率的80％时启动增程器并工作在P_max点，此时启动增程器是为了分担部分功率请求，来减小动力电池需要提供的功率值，从而减小电池的最大放电倍率，降低对电池的放电倍率要求并且有利于电池的使用寿命。

2、当行驶车速大于设定的某固定速度时也启动增程器并工作在最佳燃油P_best点，此时启动增程器用来减小车辆行驶对电池的消耗，减小电池SOC下降的速度，延长SOC下降到下限值SOC_min时车辆行驶的距离，从而延长了车辆以满动力性行驶的距离。

CS阶段控制方法：

1、首先根据发动机的Map图，在上面选取最小功率固定工作点和分段定转速功率跟随区域。

2、在CS阶段当请求功率小于我们在第1步中选取的最小固定工作点时不启动增程器，由电池单独驱动；当请求功率大于设置的最小功率固定工作点且小于分段定转速功率跟随的最小分段区间的功率时，增程器启动并工作在第1步中所选取的最小功率工作点。

3、当请求功率位于设定的分段区间时，增程器启动并对请求功率进行功率跟随。

附图说明

图1为CD阶段增程器发动机工作点选取图；

图2为CD阶段控制方法流程图；

图3为CS阶段设定的增程器发动机工作点图；

图4为CS阶段增程器控制方法流程图。

具体实施方式

本发明的具体实施如下：

在车辆行驶前首先预估(根据导航)本次行驶距离，若距离小于车辆纯电动的续驶里程则不启动增程器。若预计行驶里程大于纯电续驶里程，则按照本发明设计的控制方法对车辆能量系统进行控制。

对于CD阶段本发明的具体实施主要包括以下步骤：

1、如图1所示，根据车辆实际配备的增程器发动机，在其Map图中的高效率区选择两个固定的运行点P_max和P_best，其中P_max为发动机高效率区的最大输出功率运行点，P_best为发动机整个工作区域内的最高效率点。

2、开始行驶，首先检测电池的SOC，若大于SOC_target则说明当前处于CD阶段。其中SOC_target为车辆行驶CD和CS阶段的分界阈值，针对本发明设为0.4，因为当SOC<0.4后电池的放电功率将会急剧下降。不同车型该阈值要根据实际标定来确定。

3、实时获取当前的实际车速V_vehicle，并根据驾驶员输出信号得到当前车辆行驶的请求功率P_req。

5、判断第3步得到的车辆请求功率是否大于我们设定的电池最大放电功率的80％(0.8*P_{battery_dis_max})，其中P_{battery_dis_max}为电池的最大放电功率，即P_req>0.8*P_{battery_dis_max}。若成立，则启动增程器并且让增程器发动机工作在预先设定的P_max点。

6、判断第3步获得的实际车速是否大于设定的车速值V_constant，即V_vehicle>Vset是否成立，其中Vset为预先设定的值，该数值根据不同车型和行驶工况具体标定而定，本发明所试验车型设置为Vset＝40km/h。若成立，则启动增程器使发动机工作在预先设定的P_best点。

7、若第5步中的P_req>0.8*P_{battery_dis_max}和第6步中的V_vehicle>Vset都不成立，则不启动增程器，由动力电池单独驱动车辆行驶。

对于CS阶段本发明的具体实施主要包括以下步骤：

1、如图3所示，根据车辆实际配备的增程器发动机，在其Map图上设定一个最小功率固定工作点P_min和四个功率跟随分段P_1-1’、P_2-2’、P_3-3’、P_4-4’，4个分段的设定要求能够覆盖发动机大于P_min的整个功率范围，且为了避免请求功率刚好在分段交界处频繁改变，在各分段交接处留有重叠部分。

2、第1步中的每个分段分别工作在固定转速X₁、X₂、X₃、X₄，通过调节转矩来实现对各分段功率的跟随。

3、车辆行驶进入CS阶段后，先根据驾驶员的输出信号和当前车速计算出请求功率P_req。

4、判断请求功率P_req和第1步预设的发动机最小启动功率P_min的大小关系，若P_req<P_min则不启动发动机；若P_min<P_Req<P_1-1’则启动增程器，并且让发动机工作在P_min点。

5、若P_Req∈P_1-1’，则启动增程器，并且让发动机工作在固定转速为X₁,对请求功率进行跟随。

6、若P_Req∈P_2-2’，则启动增程器，并且让发动机工作在固定转速为X₂,对请求功率进行跟随。

7、若P_Req∈P_3-3’，则启动增程器，并且让发动机工作在固定转速为X₃,对请求功率进行跟随。

8、若P_Req∈P_4-4’，则启动增程器，并且让发动机工作在固定转速为X₄,对请求功率进行跟随。

9、若P_Req大于发动机功率范围P_4-4’所能输出的最大功率，且电池的SOC>SOC_min，其中SOC_min为电池能够放电的最小SOC值。则增程器和电池共同为电机提供电能，发动机运行在P_4-4’内的最大输出功率处，电池提供不足的功率。

10、若P_Req大于发动机功率范围P_4-4’所能输出的最大功率，且电池的SOC<SOC_min时，若电池继续放电会对电池的使用后寿命不利。该情况下，增程器运行在P_4-4’内的最大输出功率点单独驱动电机，不足以满足车辆的请求功率，只能牺牲车辆的动力性能。