專利名稱：串聯(lián)式混合動力車輛的驅(qū)動方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混合動力車輛的控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種用于 串聯(lián)式混合動力車輛的驅(qū)動方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前在世界范圍內(nèi)對于環(huán)保的重視程度日益加深，而且石油資源短缺的 問題也日益突出，對此有效的解決方式就是限制由內(nèi)燃機提供動力的車輛的 使用，轉(zhuǎn)而以由可充電電池提供動力的車輛來取代，這就使得采用電力驅(qū)動 車輛的技術(shù)成為工業(yè)界研究開發(fā)的方向。目前來說，由于電池技術(shù)的限制， 純電動車輛具有行駛里程的局限性，而混合動力車輛則可以避免這樣的問 題，而且成本相對便宜，因而成為了目前電力驅(qū)動車輛技術(shù)領(lǐng)域的主導(dǎo)。
目前混合動力車輛有串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種布置方法。串聯(lián)式混 合動力車輛的動力系統(tǒng)由發(fā)動機、發(fā)電機和電動機三部分組成，它們之間用 串聯(lián)方式組成，發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，電能被輸送到電池或電動機，由電 動機通過變速機構(gòu)驅(qū)動車輛。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)適用于城市內(nèi)頻繁起步和低速運行 工況，可以將發(fā)動機調(diào)整在最佳工況點附近穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，通過調(diào)整電池和電動 機的輸出來達到調(diào)整車速的目的。使發(fā)動機避免了怠速和低速運轉(zhuǎn)的工況， 從而提高了發(fā)動機的效率，減少了廢氣排放。
然而，就這樣一個看似合理的能量分配方法，不得不指出的是在從發(fā)動 機提供扭矩，經(jīng)過發(fā)電機和電池的能量轉(zhuǎn)換，再由電動機提供扭矩給車輪，
這一過程中將消耗約25%的功率。那么，從總體上看，對現(xiàn)有技術(shù)的串聯(lián)式 混合動力車輛的動力系統(tǒng)的能量分配方法來說，其燃油經(jīng)濟性仍然比較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的串聯(lián)式混合動力車輛的驅(qū)動方法的燃油經(jīng)濟性 差的缺點，提供了一種燃油經(jīng)濟性好的串聯(lián)式混合動力車輛的驅(qū)動方法和系 統(tǒng)。
本發(fā)明提供的串聯(lián)式混合動力車輛的驅(qū)動方法包括驅(qū)動處于行駛狀態(tài) 的車輛，其中，當(dāng)電池荷電量大于下限閾值并且加速度不大于上限加速度的
情況下，由電池為電動機供電而驅(qū)動車輛行駛，并且保持發(fā)動機不工作；當(dāng) 電池荷電量小于下限閾值或者加速度大于上限加速度的情況下，啟動發(fā)動機 驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。
本發(fā)明提供的串聯(lián)式混合動力車輛的驅(qū)動系統(tǒng)包括加速度傳感器、電量 測量裝置、整車控制器、發(fā)動機、發(fā)電機、逆變器、電動機和電池，其中發(fā) 動機、發(fā)電機、逆變器和電池順序連接，電動機通過逆變器與電池相連并通 過變速機構(gòu)與車輪相連從而驅(qū)動車輛行駛，其中，加速度傳感器，與整車控 制器連接，用于測量車輛的加速度，并且將該加速度發(fā)送給整車控制器；電 量測量裝置，與電池和整車控制器連接，用于測量電池荷電量，并將該電量 發(fā)送給整車控制器；整車控制器用于接收加速度傳感器測得的加速度和電量 測量裝置測的電池荷電量，并且將該加速度和電池荷電量分別與各自閾值執(zhí) 行比較，當(dāng)電池荷電量大于下限閾值并且加速度不大于上限加速度的情況 下，控制電池為電動機供電而驅(qū)動車輛行駛，并且保持發(fā)動機不工作；當(dāng)電 池荷電量小于下限閾值或者加速度大于上限加速度的情況下，啟動發(fā)動機驅(qū) 動發(fā)電機發(fā)電。
本發(fā)明提供的串聯(lián)式混合動力車輛的驅(qū)動裝置和方法是以使用電池為 主，并且以電源為電池充電，僅當(dāng)車輛的加速度大于上限加速度時或電池荷 電量不足時啟動發(fā)動機，減少了由化學(xué)能到機械能到電能再到機械能的轉(zhuǎn)化 過程發(fā)生的次數(shù)和時間，也就減少了這一系列轉(zhuǎn)化過程當(dāng)中的能量損失，從
而在最大限度上使用電力而減少使用燃油，實現(xiàn)了最好的燃油經(jīng)濟性。


圖1是串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)組成的示意圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖3A是根據(jù)本發(fā)明的方法的純電動模式的能量流動的示意圖； 圖3B是根據(jù)本發(fā)明的方法的串聯(lián)模式的能量流動的示意圖； 圖3C是根據(jù)本發(fā)明的方法的滿負荷模式的能量流動的示意圖； 圖3D是根據(jù)本發(fā)明的方法的剎車回饋模式的能量流動的示意圖； 圖3E是根據(jù)本發(fā)明的方法的便攜充電模式的能量流動的示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，串聯(lián)式混合動力車輛的驅(qū)動系統(tǒng)包括順序連接的發(fā)動機、 第一電機(用作發(fā)電機)、逆變器和電池，以及通過逆變器與電池相連的第 二電機(用作電動機)，第二電機通過變速機構(gòu)(未示出)與車輪相連從而 為車輛提供動力驅(qū)動其行駛。整車控制器則可以同時對發(fā)動機、第一電機、 第二電機執(zhí)行控制，控制其啟動和停止。另外，電池還可以通過電源來進行 充電。
本發(fā)明提供的串聯(lián)式混合動力車輛的驅(qū)動方法，該方法包括驅(qū)動處于 行駛狀態(tài)的車輛，其中，當(dāng)電池荷電量大于下限閾值并且加速度不大于上限 加速度的情況下，由電池為電動機供電而驅(qū)動車輛行駛，并且保持發(fā)動機不 工作；當(dāng)電池荷電量小于下限閾值或者加速度大于上限加速度的情況下，啟 動發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。
為了便于描述，將車輛分為5種工作模式，即純電動模式、串聯(lián)模式、 滿負荷模式、剎車回饋模式和便攜充電模式。
以下將參考圖2所示的流程來說明本發(fā)明提供的方法的工作步驟。 根據(jù)本發(fā)明的方法，當(dāng)車輛啟動時，首先整車控制器將讀取電池荷電量 (SOC)，判斷該SOC值是否大于下限閾值，如果該SOC值大于下限閾值， 車輛以電池為第二電機供電而驅(qū)動，把這種僅以電池供電的模式被稱為純電
動模式，并且車輛處于行駛狀態(tài)，當(dāng)soc值大于下限閾值，并且速度變化
平穩(wěn)，也就是加速度不大于上限加速度，車輛仍僅以電池為第二電機供電而
驅(qū)動，仍然是純電動模式。所述純電動模式的能量流動如圖3A所示。
根據(jù)本發(fā)明的方法，當(dāng)SOC值小于下限閾值或者加速度大于上限加速 度時，均會啟動發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。但是兩者之間有所不同，當(dāng)SOC 值小于下限閾值且加速度不大時，電池需要充電而且車輛也需要動力源，那 么啟動發(fā)動機，發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電為電動機供電，電動機驅(qū)動車輛行駛， 并且發(fā)電機為電池充電。這種模式稱為串聯(lián)模式，其能量流動如圖3B所示。 當(dāng)SOC值達到充電上限閾值時，車輛將退出串聯(lián)模式，轉(zhuǎn)而切換到純電動 模式運行。而當(dāng)SOC值不小于下限閾值但加速度大于上限加速度的情況下， 此時僅由電池提供動力不能滿足車輛的需要，也需要啟動發(fā)動機，那么在采 用電池為電動機供電的同時，啟動發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電為電動機供電，電 動機驅(qū)動車輛行駛。把這種模式稱為滿負荷模式運行，其能量流動如圖3C 所示。當(dāng)加速度減小后，車輛將退出滿負荷模式，轉(zhuǎn)而切換到純電動模式運 行。
根據(jù)本發(fā)明的方法，當(dāng)車輛處于行駛狀態(tài)，當(dāng)加速度大于回饋加速度且 為負時，如果電池荷電量小于上限閾值，由電動機將剎車所產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn) 化為電能并存儲到電池中。如果電池荷電量大于上限閾值，此時不能再對電 池進行充電，則不對該機械能進行轉(zhuǎn)化。把這種在剎車階段的工作模式稱為 剎車回饋模式，當(dāng)速度變化平穩(wěn)以后，則推出該模式，其能量流動如圖3D 所示。
根據(jù)本發(fā)明的方法，當(dāng)車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)，由電源對電池進行充電，把
這種模式稱為便攜充電模式，其能量流動如圖3E所示。
一般來說，電池的過充電和過放電對電池的壽命都是有不利影響的。在 本發(fā)明的方法中，所述下限閾值是電池放電的下限SOC值；所述上限閾值 是電池充電的上限SOC值，用于限制剎車時是否進入剎車回饋模式，這兩 者都是根據(jù)電池充電特性而確定的，如所述下限閾值可以是5%至10%,所 述上限閾值可以是90%至95%。而所述上限加速度則與電動車中采用的電池 有關(guān)，電池的放電電流的大小和大電流放電的持續(xù)時間決定了電池能夠提供 的最大輸出功率，相應(yīng)可以計算出上限加速度的范圍。根據(jù)目前本領(lǐng)域常用 的電池來計算，上限加速度的范圍是2.3-2.5米/秒2，也就是說當(dāng)車輛的正向 加速度超出這個范圍時，車輛就應(yīng)當(dāng)進入滿負荷模式，以滿足輸出功率的需 求。所述回饋加速度則對應(yīng)于發(fā)生急剎車時的加速度， 一般來說大于等于2.6 米/秒2，也就是說當(dāng)車輛的反向加速度不小于2.6米/秒2時，車輛就應(yīng)當(dāng)進 入剎車回饋模式，以便回收剎車能量，從而增加車輛續(xù)駛里程。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的方法中，采用一個設(shè)定的閾值代替電池充電的上限 閾值作為發(fā)動機帶動發(fā)電機為電池充電的實際上限閾值，該實際上限閾值為 本次充電前，單位時間內(nèi)行使相同或相近的里程，或者行駛相同時間多次充 電量的平均值。其數(shù)值是由整車控制器通過對多次積累的電池耗電量進行自 學(xué)習(xí)來確定， 一般來說遠小于由電池特性而確定的電池充電上限閾值，從而 在最大限度上使用電力而減少使用燃油，實現(xiàn)了最好的燃油經(jīng)濟性。
下面通過示例說明所述實際上限閾值的確定方法。例如，針對上班族， 他們每天的行車路線基本固定，大致是從家里到公司的這段距離，其能耗和 距離具有規(guī)律性，這樣車主在返程的過程中(假設(shè)距離稍微遠，電池電量不 夠往返使用)會在電池電量為下限閾值時啟動發(fā)動機開始發(fā)電，但是如果直 到電池電量達到上限閾值時才停止發(fā)電，有可能導(dǎo)致電池的電量在停車時還
有大量剩余，此時車上的整車控制器將記錄下停車時的電池的soc值(設(shè)
為SOC5)， SOC5-下限閾值+路上損耗二發(fā)電量二發(fā)動機功率x發(fā)電時間，所 以可以算出在回程時大致需要充電電量，這個數(shù)值加上下限閾值后為SOC6， 也就是說返程時只需要發(fā)動機帶動發(fā)電機給電池充電到SOC6就可以到家， 經(jīng)過多次記錄(次數(shù)為N) SOC6的值后整車控制器將各值取平均值并將該 值保存在存儲器里以后整車控制器將控制發(fā)動機帶動發(fā)電機給電池充電只 充到SOC6即可，從而最大限度的使用電池而少使用燃油。如果行車路程長 期發(fā)生改變，整車控制器會根據(jù)實際情況重新記錄SOC6值；如果行車路程 臨時發(fā)生改變，當(dāng)SOC值小于下限閾值時，車輛將再次進入串聯(lián)模式?；?于上述需求，其中所述多次充電量存儲在整車控制器的存儲器中。
本發(fā)明提供的串聯(lián)式混合動力車輛的驅(qū)動系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括加速度傳 感器、電量測量裝置、整車控制器、發(fā)動機、發(fā)電機、逆變器、電動機和電 池，其中發(fā)動機、發(fā)電機、逆變器和電池順序連接，電動機通過逆變器與電 池相連并通過變速機構(gòu)與車輪相連從而驅(qū)動車輛行駛，其中，加速度傳感器， 與整車控制器連接，用于測量車輛的加速度，并且將該加速度發(fā)送給整車控 制器；電量測量裝置，與電池和整車控制器連接，用于測量電池荷電量，并 將該電量發(fā)送給整車控制器；整車控制器用于接收加速度傳感器測得的加速 度和電量測量裝置測的電池荷電量，并且將該加速度和電池荷電量分別與各 自閾值執(zhí)行比較，當(dāng)電池荷電量大于下限閾值并且加速度不大于上限加速度 的情況下，控制電池為電動機供電而驅(qū)動車輛行駛，并且保持發(fā)動機不工作； 當(dāng)電池荷電量小于下限閾值或者加速度大于上限加速度的情況下，啟動發(fā)動 機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。
優(yōu)選地，所述整車控制器還用于當(dāng)電池荷電量小于下限閾值的情況下， 啟動發(fā)動機，發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電為電動機供電，電動機驅(qū)動車輛行駛， 并且發(fā)電機為電池充電。 優(yōu)選地，所述電池充電的上限閾值為本次充電前，單位時間內(nèi)行使相同 或相近的里程，或者行駛相同時間多次充電量的平均值。其中所述多次充電 量存儲在整車控制器中。
優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括電動機狀態(tài)切換裝置，所述整車控制器還用于 當(dāng)加速度大于回饋加速度且為負時，如果電池荷電量小于上限閾值，該裝置 將電動機切換到發(fā)電狀態(tài)將剎車所產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化為電能并存儲到電池 中。
對于電機來說，它本身可以兼做發(fā)動機和電動機，這是由電機控制器來 控制的，電動機狀態(tài)切換裝置是可以實現(xiàn)使電機控制器執(zhí)行電動機狀態(tài)切換 的裝置，可以是由與加速度傳感器連接的比較器控制的開關(guān)，也可以是由車 輛駕駛員控制的開關(guān)。
優(yōu)選地，所述整車控制器還用于當(dāng)加速度大于上限加速度的情況下，采 用電池為電動機供電的同時，啟動發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電為電動機供電，電 動機驅(qū)動車輛行駛。
本發(fā)明的系統(tǒng)的加速度傳感器，可以采用本領(lǐng)域公知的各種加速度傳感 器，如光電式、水銀式、差動變壓式和半導(dǎo)體式等，而且可以安裝在車輛的 位置， 一般安裝在車輛的行李艙內(nèi)或發(fā)動機艙內(nèi)。
本發(fā)明的系統(tǒng)的電量測量裝置、整車控制器、發(fā)動機、發(fā)電機、逆變器、 電動機和電池為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，可以采用各種電量測量裝置、整車 控制器、發(fā)動機、發(fā)電機、逆變器、電動機和電池，其具體結(jié)構(gòu)不再贅述。
權(quán)利要求
1、一種串聯(lián)式混合動力車輛的驅(qū)動方法，該方法包括驅(qū)動處于行駛狀態(tài)的車輛，其特征在于，當(dāng)電池荷電量大于下限閾值并且加速度不大于上限加速度的情況下，由電池為電動機供電而驅(qū)動車輛行駛，并且保持發(fā)動機不工作；當(dāng)電池荷電量小于下限閾值或者加速度大于上限加速度的情況下，啟動發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)電池荷電量小于下限閾值的情況下，啟動發(fā)動機，發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電為電動機供電，電動機 驅(qū)動車輛行駛，并且發(fā)電機為電池充電。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，電池充電的上限閾值為 本次充電前，單位時間內(nèi)行使相同或相近的里程，或者行駛相同時間多次充 電量的平均值。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，當(dāng)加速度大于回饋 加速度且為負時，如果電池荷電量小于上限閾值，由電動機將剎車所產(chǎn)生的 機械能轉(zhuǎn)化為電能并存儲到電池中。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)加速度大于上限加速 度的情況下，采用電池為電動機供電的同時，啟動發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電為 電動機供電，電動機驅(qū)動車輛行駛。
6、 一種串聯(lián)式混合動力車輛的驅(qū)動系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括加速度傳感器、 電量測量裝置、整車控制器、發(fā)動機、發(fā)電機、逆變器、電動機和電池，其 中發(fā)動機、發(fā)電機、逆變器和電池順序連接，電動機通過逆變器與電池相連并通過變速機構(gòu)與車輪相連從而驅(qū)動車輛行駛，其特征在于，加速度傳感器，與整車控制器連接，用于測量車輛的加速度，并且將該 加速度發(fā)送給整車控制器；電量測量裝置，與電池和整車控制器連接，用于測量電池荷電量，并將 該電量發(fā)送給整車控制器；整車控制器用于接收加速度傳感器測得的加速度和電量測量裝置測的 電池荷電量，并且將該加速度和電池荷電量分別與各自閾值執(zhí)行比較，當(dāng)電 池荷電量大于下限閾值并且加速度不大于上限加速度的情況下，控制電池為 電動機供電而驅(qū)動車輛行駛，并且保持發(fā)動機不工作；當(dāng)電池荷電量小于下 限閾值或者加速度大于上限加速度的情況下，啟動發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述整車控制器還用于 當(dāng)電池荷電量小于下限閾值的情況下，啟動發(fā)動機，發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電 為電動機供電，電動機驅(qū)動車輛行駛，并且發(fā)電機為電池充電。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述整車控制器還用于 控制電池充電的實際上限閾值，使電池充電的實際上限閾值為本次充電前， 單位時間內(nèi)行使相同或相近的里程，或者行駛相同時間多次充電量的平均 值。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括電動 機狀態(tài)切換裝置，所述整車控制器還用于當(dāng)加速度大于回饋加速度且為負 時，如果電池荷電量小于上限閾值，該裝置將電動機切換到發(fā)電狀態(tài)將剎車 所產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化為電能并存儲到電池中。
10、根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述整車控制器還用于當(dāng)加速度大于上限加速度的情況下，控制電池為電動機供電的同時，啟動發(fā) 動機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電為電動機供電，電動機驅(qū)動車輛行駛。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種串聯(lián)式混合動力車輛的驅(qū)動方法和系統(tǒng)，該方法包括驅(qū)動處于行駛狀態(tài)的車輛，其中，當(dāng)電池荷電量大于下限閾值并且加速度不大于上限加速度的情況下，由電池為電動機供電而驅(qū)動車輛行駛，并且保持發(fā)動機不工作；當(dāng)電池荷電量小于下限閾值或者加速度大于上限加速度的情況下，啟動發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。因此，可以在最大限度上使用電力而減少使用燃油，實現(xiàn)了最好的燃油經(jīng)濟性。
文檔編號B60W20/00GK101357633SQ20071012989
公開日2009年2月4日 申請日期2007年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者候貽真, 凱 劉, 波 周, 飛 張, 波 祖, 劍 龔 申請人:比亞迪股份有限公司