一種電動(dòng)汽車增程模式下的能量管理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電動(dòng)汽車增程模式下的能量管 理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 增程式電動(dòng)汽車在純電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)上加裝一個(gè)小型增程器作為輔助能量源，有 效延長了純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程，消除了駕駛員的"里程焦慮"，被認(rèn)為是極具發(fā)展前景的 新能源汽車類型。當(dāng)車輛工作在增程模式時(shí)，增程器和動(dòng)力電池兩種能量源同時(shí)為車輛行 駛提供能量，此時(shí)，如何協(xié)調(diào)需求功率在增程器和動(dòng)力電池之間的分配，成為提高增程式電 動(dòng)汽車能量利用效率，提升用戶駕駛體驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003] 目前工程上常采用的增程式電動(dòng)汽車能量管理策略有:單點(diǎn)控制策略、多點(diǎn)控制 策略和功率跟隨型控制策略。單點(diǎn)控制策略下，増程器啟動(dòng)時(shí)總是工作在其最大效率點(diǎn)，這 樣做雖然増程器的工作效率高，但動(dòng)力電池由于需要適應(yīng)不斷變化的路面負(fù)載，長期處于 劇烈的充放電狀態(tài)，工作效率和耐久性都會(huì)受到影響;功率跟隨型控制策略下，増程器的輸 出功率動(dòng)態(tài)地跟蹤行駛過程中整車的功率需求，這樣能減輕動(dòng)力電池的工作負(fù)荷，但由于 増程器的工作點(diǎn)不斷動(dòng)態(tài)變化，其油耗和排放性能均不如單點(diǎn)控制時(shí)好;多點(diǎn)控制策略是 在上述兩種控制策略下的折衷，該控制策略下，増程器被控制在事先標(biāo)定好的兩個(gè)或兩個(gè) 以上的工作點(diǎn)，并根據(jù)整車需求功率切換。多點(diǎn)控制策略雖然能在一定程度上兼顧單點(diǎn)控 制策略和功率跟隨型控制策略的優(yōu)點(diǎn)，但控制效果的好壞依賴于工作點(diǎn)的標(biāo)定和選取，而 一組固定的標(biāo)定參數(shù)很難在不同的行駛工況下都表現(xiàn)出很好的控制效果。另一方面，上述 三種控制策略下，動(dòng)力電池的荷電狀態(tài)(SoC)均只能被維持在所設(shè)定的固定區(qū)間內(nèi)，無法實(shí) 現(xiàn)對(duì)行駛工況的自適應(yīng)維持，這進(jìn)一步限制了系統(tǒng)能效的提高。
[0004] 學(xué)術(shù)界對(duì)能量管理策略的研究，所采用的方法主要有動(dòng)態(tài)規(guī)劃法（Dynamic Programming )、等效燃油消耗最小法（Equi val ent Consumption Minimization Strategy)、模型預(yù)測(cè)控制法(Model Predictive Control)等。動(dòng)態(tài)規(guī)劃法和模型預(yù)測(cè)法雖 然能保證全局或局部的最優(yōu)性，但需要預(yù)知未來的工況信息，而且計(jì)算量非常大，還難以在 現(xiàn)階段的車載處理器上實(shí)現(xiàn)。等效燃油消耗最小法計(jì)算量相對(duì)較小，但為了保證控制效果， 需要至少標(biāo)定放電和充電狀態(tài)下的兩個(gè)等效油耗因子，而且對(duì)模型的依賴性很強(qiáng)，魯棒性 不尚。
[0005] 本發(fā)明旨在提供一種工程上可行的增程式電動(dòng)汽車能量管理方法，以解決目前增 程式電動(dòng)汽車工作在增程模式時(shí)混合動(dòng)力系統(tǒng)能效不高、動(dòng)力電池電量維持控制不能很好 地適應(yīng)行駛工況變化的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明基于最優(yōu)控制理論中的龐特里亞金極小值原理（Pontryagins 'Minimum Principle)提出和實(shí)現(xiàn)的，以整車燃油消耗最低為優(yōu)化目標(biāo)，通過構(gòu)建系統(tǒng)的HamiItonian 函數(shù)，并使函數(shù)取值最小確保增程器和動(dòng)力電池之間具有最佳的功率分配。然后，通過在線 更新控制因子，即Hami Itonian函數(shù)中的協(xié)態(tài)變量λ值，實(shí)現(xiàn)電量維持控制對(duì)行駛工況的適 應(yīng)性。
[0007] 電動(dòng)汽車增程模式下的能量管理方法包括如下步驟：
[0008] a)構(gòu)造 Hamiltonian函數(shù)值、包括增程器輸出功率的車輛狀態(tài)信息和控制動(dòng)力電 池 SoC變化的因子λ之間的映射表格，存儲(chǔ)存儲(chǔ)器中；
[0009] b)整車控制器獲取動(dòng)力電池瞬時(shí)SoC信息，將其與當(dāng)前所設(shè)定的參考SoC值進(jìn)行比 較，根據(jù)兩者的差值對(duì)控制策略中控制動(dòng)力電池 SoC變化的因子λ進(jìn)行調(diào)整和修正，獲得修 正后的因子λ(1〇,實(shí)現(xiàn)電量維持控制對(duì)行駛工況的適應(yīng)性；
[0010] c)整車控制器通過增程器瞬時(shí)輸出功率信息，預(yù)測(cè)下一個(gè)控制周期增程器輸出功 率的范圍，并對(duì)該范圍進(jìn)行離散獲得目標(biāo)功率候選集；
[0011] d)整車控制器根據(jù)當(dāng)前車輛的狀態(tài)信息和步驟b)中修正后的因子λ(1〇的值查步 驟a)中的映射表格，計(jì)算目標(biāo)功率候選集中的每一個(gè)候選目標(biāo)功率所對(duì)應(yīng)的HamiItonian 函數(shù)值，選取最小的Hamiltonian函數(shù)值所對(duì)應(yīng)的候選目標(biāo)功率為下一個(gè)控制周期增程器 的目標(biāo)輸出功率。
[0012] 優(yōu)選地，還包括步驟e)整車控制器判斷步驟d)中所確定的目標(biāo)輸出功率是否在某 設(shè)定時(shí)間內(nèi)持續(xù)小于等于某一特定值，若否，則將目標(biāo)輸出功率傳送給増程器控制器;若 是，則將停機(jī)指令傳送給増程器控制器，増程器停機(jī)。
[0013] 優(yōu)選地，所述某一特定值為零。
[0014] 優(yōu)選地，所述特定時(shí)間為5s
[0015] 優(yōu)選地，所述映射表格中的映射關(guān)系由下式?jīng)Q定：
[0016]
[0017] 式中，是對(duì)應(yīng)于增程器最大效率曲線的燃油消耗率；表示動(dòng)力電池 SoC的 變化率。
[0018] 優(yōu)選地，'C為整車需求功率、増程器輸出功率、動(dòng)力電池當(dāng)前SoC和環(huán)境溫度的 函數(shù)，或者基于動(dòng)力電池的等效內(nèi)阻模型和試驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)定得到。
[0019] 優(yōu)選地，為增程器的最佳燃油消耗曲線、輸出功率和環(huán)境溫度的函數(shù)，或者臺(tái) 架實(shí)驗(yàn)標(biāo)定得到。
[0020] 優(yōu)選地，所述修正后的因子λ(ι〇通過PI控制模塊調(diào)整因子λ得到。
[0021] 優(yōu)選地，所述下一個(gè)控制周期增程器輸出功率的范圍以0.5kW為間距進(jìn)行離散。 [0022]本發(fā)明還涉及一種增程式電動(dòng)汽車，使用如上所述的能量管理方法。
【附圖說明】
[0023]附圖1是本發(fā)明所提出的一種電動(dòng)汽車增程模式下的能量管理方法的實(shí)現(xiàn)流程 圖。
[0024]附圖2是特定協(xié)調(diào)變量λ和特定動(dòng)力電池瞬時(shí)電量SoC值下系統(tǒng)Hami Itonian函數(shù) 值與増程器輸出功率和整車需求功率之間的映射關(guān)系示例。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 現(xiàn)結(jié)合附圖進(jìn)一步說明。
[0026] 當(dāng)動(dòng)力電池電量下降到整車控制器中設(shè)定的閾值，車輛進(jìn)入增程模式后，整車控 制器通過CAN總線實(shí)時(shí)獲取增程器、動(dòng)力電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)等部件的狀態(tài)信息，并根據(jù)這些狀 態(tài)信息在線更新控制因子λ的值以及查表計(jì)算系統(tǒng)Hami Itonian函數(shù)的值，然后確定最小的 Hamiltonian函數(shù)值所對(duì)應(yīng)的候選目標(biāo)功率為該控制周期內(nèi)增程器的目標(biāo)輸出功率。
[0027]具體方法包括以下步驟：
[0028] a)離線構(gòu)造出系統(tǒng)Hami I tonian函數(shù)值與車輛相應(yīng)狀態(tài)之間的映射表格，存儲(chǔ)在 整車控制器flash中。車輛相應(yīng)狀態(tài)包括增程器輸出功率、動(dòng)力電池瞬時(shí)電量SoC、溫度、整 車需求功率和控制因子λ，映射表格中的映射關(guān)系由下式?jīng)Q定：
[0029]
[0030]某特定λ和SoC值下的映射表格示例如圖2所示。
[0031] 式中，《^是對(duì)應(yīng)于增程器最大效率曲線的燃油消耗率，其為増程器輸出功率的函 數(shù)，或由增程器的最佳燃油消耗曲線、輸出功率和環(huán)境溫度共同確定，也可由臺(tái)架實(shí)驗(yàn)標(biāo)定