CN102381314B - 一种混合动力汽车充放电控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种混合动力汽车充放电控制方法，包括以下步骤：（一）判断车辆是否处于驱动模式，如果不是，则进入其它控制模式，否则进入下一步；（二）计算需求转矩及其门限值，计算电池当前SOC及其门限值，（三）判断车辆当前所处的控制区间；（四）根据车辆当前所处的控制区间，进行充放电选择和充放电功率控制：在需求转矩不高且SOC较高区域，既不充电也不助力，电池放电满足功率需求；在需求转矩较大且SOC较高区域，电机进行助力；在SOC较低区域，进行一定程度的充电，且SOC越高充电功率越小。由于转矩门限值考虑了发动机的经济区间，SOC的门限值考虑了电池的效率和寿命以及再生制动回收的可能，可以提高混合动力系统的整体效率。

Description

一种混合动力汽车充放电控制方法

技术领域

本发明属于混合动力汽车控制领域，涉及一种混合动力汽车的充放电控制方法。

背景技术

混合动力汽车在传统汽车的基础上引入了电机和更大容量的电池。当驾驶员在加速或爬坡等工况下需求大的转矩时，电池放电，电机进行助力，发动机和电机共同输出转矩；当驾驶员在滑行、减速或制动等工况下时，电机进入发电模式，给电池充电。

为了实现电机助力功能，驱动过程中电池的荷电状态 (State of Charge, SOC)不能太低；为了回收滑行、减速或制动工况下的车辆动能，电池的SOC又不能太高。在驱动过程中，为了提高整个混合动力系统的效率，充放电功率的大小还要考虑发动机的工作点，降低发动机的效率损失。因此，混合动力汽车的充放电时机和充放电功率大小需要进行综合控制。

目前对混合动力汽车充放电的研究中，或者没有详细考虑电池SOC、车速、需求功率和用电功率等对充放电时机的综合影响，或者没有考虑充放电功率的大小。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种混合动力汽车的充放电控制方法，目的是根据混合动力汽车的电池荷电状态、车速、驾驶员需求功率和用电功率选择恰当的充放电时机和充放电功率大小。

本发明具体采用以下技术方案：

一种混合动力汽车充放电控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

（一）判断所述混合动力汽车是否处于驱动模式，如果不是，则进入其它控制模式，否则进入下一步；

（二）根据所述混合动力汽车当前发动机转速下的第一需求转矩门限值Tq₁和第二需求转矩门限值Tq₂，及当前车速下的电池第一荷电状态门限值SOC₁、第二荷电状态门限值SOC₂、第三荷电状态门限值SOC₃，建立当前状态下的充放电控制策略分区图，其中所述第一需求转矩门限值Tq₁和第二需求转矩门限值Tq₂分别为当前发动机转速对应的发动机转矩下限值和发动机转矩上限值；所述第一荷电状态门限值SOC₁、第二荷电状态门限值SOC₂、第三荷电状态门限值SOC₃依次减小，分别是随车速变化的曲线，通过试验标定获得；

（三）计算混合动力汽车当前状态下的需求转矩和电池荷电状态，根据当前状态下的充放电控制策略分区图判断所述混合动力汽车当前所处的控制区域；

（四）根据车辆当前所处的控制区域，按照预先制定的各控制区域充放电控制策略进行充放电选择和充放电功率控制。

在所述步骤（二）中，根据当前车速下的电池第一荷电状态门限值SOC₁、第二荷电状态门限值SOC₂、第三荷电状态门限值SOC₃，以及当前发动机转速下的第一需求转矩门限值Tq₁、第二需求转矩门限值Tq₂，分成第一至第六控制区域（A1、B1、C1、A2、B2、C2）共6个控制区域，其中第一至第三控制区域（A1、B1、C1）为电池放电区域，第四至第六控制区域（A2、B2、C2）为电池充电区域；

进一步，在发动机的万有特性图上，确定发动机等功率线的最低油耗，将最低油耗乘以110%得到允许油耗，找到对应允许油耗的发动机工作点，这些点对应的发动机转矩中，最小的发动机转矩即为第一需求转矩门限值，最大的发动机转矩即为第二需求转矩门限值，每一个发动机功率都对应一个第一需求转矩门限值和一个第二需求转矩门限值，所有的发动机功率就对应了第一需求转矩门限线Tq₁和第二需求转矩门限线Tq₂。转矩门限值和发动机功率一一对应，也和发动机转速一一对应，测得发动机转速即可得到转矩门限值。在所述步骤（二）中，第一至第三荷电状态门限值均是车速的函数，其变化曲线通过试验标定确定。

在所述步骤（三）中，当混合动力汽车当前状态下的需求转矩小于所述第一需求转矩门限值Tq₁，并且当前电池荷电状态大于等于所述第一荷电状态门限值SOC₁时，判断混合动力汽车当前处于第一控制区域（A1）；

当混合动力汽车当前状态下的需求转矩大于等于所述第一需求转矩门限值Tq₁但小于所述第二需求转矩门限值Tq₂，并且当前电池荷电状态大于等于所述第二荷电状态门限值SOC₂时，判断混合动力汽车当前处于第二控制区域（B1）；

当混合动力汽车当前状态下的需求转矩大于等于所述第二需求转矩门限值Tq₂，并且当前电池荷电状态大于等于所述第三荷电状态门限值SOC₃时，判断混合动力汽车当前处于第三控制区域（C1）；

当混合动力汽车当前状态下的需求转矩小于所述第一需求转矩门限值Tq₁，并且当前电池荷电状态小于所述第一荷电状态门限值SOC₁时，判断混合动力汽车当前处于第四控制区域（A2）；

当混合动力汽车当前状态下的需求转矩大于等于所述第一需求转矩门限值Tq₁但小于所述第二需求转矩门限值Tq₂，并且当前电池荷电状态小于所述第二荷电状态门限值SOC₂时，判断混合动力汽车当前处于第五控制区域（B2）；

当混合动力汽车当前状态下的需求转矩大于等于所述第二需求转矩门限值Tq₂，并且当前电池荷电状态小于所述第三荷电状态门限值SOC₃时，判断混合动力汽车当前处于第六控制区域（C2）。 在所述步骤（四）中，当所述混合动力汽车处于第一控制区域（A1）时，电机既不发电也不助力，电池放电功率P_discha等于用电功率P_elec。

在所述步骤（四）中，当所述混合动力汽车处于第四控制区域（A2）时，电池充电功率P_cha由下式决定：P_cha=k_A×(SOC₁-SOC),其中k_A为充电系数，取值范围为0<K_A<P_bat,P_bat为电池额定功率，SOC为电池当前的荷电状态；所述混合动力汽车发电功率P_gen由下式决定：P_gen=min{P_cha+P_elec,Tq_gmin×n/9550},其中Tq_gmin为根据发电机效率决定的最小发电转矩， P_elec为车辆用电功率，n为当前发电机转速。

在所述步骤（四）中，当所述混合动力汽车处于第二控制区域（B1）时，，电机既不发电也不助力，电池放电功率P_discha等于用电功率P_elec。

在所述步骤（四）中，当所述混合动力汽车处于第五控制区域（B2）时，电池充电功率P_cha由下式决定：P_cha=k_B×(SOC₂-SOC),其中k_B为充电系数，取值范围为0<K_B<P_bat,P_bat为电池额定功率；所述混合动力汽车发电功率P_gen由下式决定：P_gen==min{P_cha+P_elec,Tq_gmin×n/9550}，其中Tq_gmin为根据发电机效率决定的最小发电转矩， P_elec为车辆用电功率，n为当前发电机转速。

在所述步骤（四）中，当所述混合动力汽车处于第三控制区域（C1）时，电机进行助力，助力转矩Tq_m由下式决定：Tq_m=max{Tq_req-Tq₂,Tq_mmin}，其中Tq_req为需求转矩，Tq_mmin为电机最小助力转矩。

在所述步骤（四）中，当所述混合动力汽车处于第六控制区域（C2）时，充电功率P_cha由下式决定：P_cha=k_C×(SOC₃-SOC),其中k_C为充电系数，取值范围为0<K_C<P_bat,P_bat为电池额定功率；所述混合动力汽车发电功率P_gen由下式决定：P_gen=min{P_cha+P_elec,Tq_gmin×n/9550}，其中Tq_gmin为根据发电机效率决定的最小发电转矩， P_elec为车辆用电功率，n为当前发电机转速。

本发明由于采用以上技术方案，具有以下优点：（1）在需求转矩较低时，具有较多的充电机会，可以改善发动机效率，降低油耗；在需求转矩较高时，较少进行充电，也可以提高系统效率，降低油耗；（2）车速较低时，回收能量机会小，充电目标SOC大；车速较高时，回收能量机会大，充电目标SOC小，可较好利用滑行和制动回收能量；（3）通过设定最小发电转矩和最小助力转矩，可以避开电机的低效率区，从而提高整个系统的效率，降低油耗。

附图说明

图1是本发明的充放电控制策略分区图；

图2是本发明的电池SOC门限值随车速变化示意图；

图3是本发明的需求转矩门限值随转速变化示意图；

图4是本发明的充放电控制策略流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，并通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。

如图1所示为充放电控制策略分区图，本方法是根据电池的荷电状态SOC、需求转矩决定电池的充放电状态和充放电功率大小。其中电池的荷电状态设定SOC₁、SOC₂、SOC₃共3个门限值，需求转矩设定Tq₁、Tq₂共2个门限值，在发明实施例中优选分成A1、A2、B1、B2、C1、C2共6个区，其中A1、B1、C1为电池放电区域，A2、B2、C2为电池充电区域。在需求转矩小于第一需求转矩门限值Tq₁并且电池的荷电状态大于等于电池第一荷电状态门限值SOC₁的区域为第一控制区域（A1），在需求转矩大于等于第一需求转矩门限值Tq₁且小于等于第二需求转矩门限值Tq₂同时电池的荷电状态大于等于电池第二荷电状态门限值SOC₂的区域为第二控制区域（B1），在需求转矩大于第二需求转矩门限值Tq₂并且电池的荷电状态大于等于电池第三荷电状态门限值SOC₃的区域为第三控制区域（C1）；在需求转矩小于第一需求转矩门限值Tq₁并且电池的荷电状态小于电池第一荷电状态门限值SOC₁的区域为第四控制区域（A2），在需求转矩大于等于第一需求转矩门限值Tq₁且小于等于第二需求转矩门限值Tq₂同时电池的荷电状态小于电池第二荷电状态门限值SOC₂的区域为第五控制区域（B2），在需求转矩大于第二需求转矩门限值Tq₂并且电池的荷电状态小于电池第三荷电状态门限值SOC₃的区域为第六控制区域（C2）。上述划分只是本发明实施例的其中一个优选方案，还可以将A1，A2，A3合并成一个区或两个区，或者将B1，B2，B3合并成一个区或两个区，类似的分区方法都在本发明的权利要求范围内。

如图2所示为电池荷电状态（SOC）门限值随车速变化示意图，第一至第三荷电状态门限值均是车速的函数，其变化曲线通过试验标定确定。

如图3所示为需求转矩门限值随转速变化示意图，在发动机的万有特性图上，确定发动机等功率线的最低油耗，将最低油耗乘以110%得到允许油耗，找到对应允许油耗的发动机工作点，这些点对应的发动机转矩中，最小的发动机转矩即为第一需求转矩门限值，最大的发动机转矩即为第二需求转矩门限值，每一个发动机功率都对应一个第一需求转矩门限值和一个第二需求转矩门限值，所有的发动机功率就对应了第一需求转矩门限线Tq₁和第二需求转矩门限线Tq₂。转矩门限值和发动机功率一一对应，也和发动机转速一一对应，测得发动机转速即可得到转矩门限值。

如图4所示为充放电控制策略流程图，具体过程如下

（一）判断所述混合动力汽车是否处于驱动模式，如果不是，则进入其它控制模式，否则进入下一步；

（二）根据所述混合动力汽车当前发动机转速下的第一需求转矩门限值Tq₁和第二需求转矩门限值Tq₂，及当前车速下的电池第一荷电状态门限值SOC₁、第二荷电状态门限值SOC₂、第三荷电状态门限值SOC₃，建立当前状态下的充放电控制策略分区图，其中所述第一需求转矩门限值Tq₁和第二需求转矩门限值Tq₂分别为当前发动机转速对应的发动机转矩下限值和发动机转矩上限值，所述第一荷电状态门限值SOC₁、第二荷电状态门限值SOC₂、第三荷电状态门限值SOC₃依次减小，分别是随车速变化的曲线，通过试验标定获得；

（三）计算混合动力汽车当前状态下的需求转矩和电池荷电状态，根据当前状态下的充放电控制策略分区图判断所述混合动力汽车当前所处的控制区域；

（四）根据车辆当前所处的控制区域，进行充放电选择和充放电功率控制。

在所述步骤（二）中，根据当前车速下的电池第一荷电状态门限值SOC₁、第二荷电状态门限值SOC₂、第三荷电状态门限值SOC₃，以及当前发动机转速下的第一需求转矩门限值Tq₁、第二需求转矩门限值Tq₂，分成第一至第六控制区域（A1、B1、C1、A2、B2、C2）共6个控制区域，其中第一至第三控制区域（A1、B1、C1）为电池放电区域，第四至第六控制区域（A2、B2、C2）为电池充电区域；

在所述步骤（三）中，在需求转矩小于第一需求转矩门限值Tq₁并且电池的荷电状态大于等于电池第一荷电状态门限值SOC₁的区域为第一控制区域（A1），在需求转矩大于等于第一需求转矩门限值Tq₁且小于等于第二需求转矩门限值Tq₂同时电池的荷电状态大于等于电池第二荷电状态门限值SOC₂的区域为第二控制区域（B1），在需求转矩大于第二需求转矩门限值Tq₂并且电池的荷电状态大于等于电池第三荷电状态门限值SOC₃的区域为第三控制区域（C1）；在需求转矩小于第一需求转矩门限值Tq₁并且电池的荷电状态小于电池第一荷电状态门限值SOC₁的区域为第四控制区域（A2），在需求转矩大于等于第一需求转矩门限值Tq₁且小于等于第二需求转矩门限值Tq₂同时电池的荷电状态小于电池第二荷电状态门限值SOC₂的区域为第五控制区域（B2），在需求转矩大于第二需求转矩门限值Tq₂并且电池的荷电状态小于电池第三荷电状态门限值SOC₃的区域为第六控制区域（C2）； 

在所述步骤（二）中，在发动机的万有特性图上，确定发动机等功率线的最低油耗，将最低油耗乘以110%得到允许油耗，找到对应允许油耗的发动机工作点，这些点对应的发动机转矩中，最小的发动机转矩即为第一需求转矩门限值，最大的发动机转矩即为第二需求转矩门限值，每一个发动机功率都对应一个第一需求转矩门限值和一个第二需求转矩门限值，所有的发动机功率就对应了第一需求转矩门限线Tq₁和第二需求转矩门限线Tq₂。转矩门限值和发动机功率一一对应，也和发动机转速一一对应，测得发动机转速即可得到转矩门限值。

在所述步骤（二）中，第一至第三荷电状态门限值均是车速的函数，其变化曲线通过试验标定确定。测得当前车速，即可根据标定曲线得到第一至第三荷电状态门限值。

在所述步骤（四）中，当所述混合动力汽车处于第一控制区域（A1）时，电机既不发电也不助力，电池放电功率P_discha等于用电功率P_elec。

在所述步骤（四）中，当所述混合动力汽车处于第四控制区域（A2）时，电池充电功率P_cha由下式决定：P_cha=k_A×(SOC₁-SOC),其中k_A为充电系数，取值范围为0<K_A<P_bat,P_bat为电池额定功率，SOC为电池当前的荷电状态；所述混合动力汽车发电功率P_gen由下式决定：P_gen=min{P_cha+P_elec,Tq_gmin×n/9550},其中Tq_gmin为根据发电机效率决定的最小发电转矩， P_elec为车辆用电功率，n为当前发电机转速。

在所述步骤（四）中，当所述混合动力汽车处于第二控制区域（B1）时，，电机既不发电也不助力，电池放电功率P_discha等于用电功率P_elec。

在所述步骤（四）中，当所述混合动力汽车处于第五控制区域（B2）时，电池充电功率P_cha由下式决定：P_cha=k_B×(SOC₂-SOC),其中k_B为充电系数，取值范围为0<K_B<P_bat,P_bat为电池额定功率；所述混合动力汽车发电功率P_gen由下式决定：Pgen==min{Pcha+Pelec,Tqgmin×n/9550}，其中Tqgmin为根据发电机效率决定的最小发电转矩， Pelec为车辆用电功率，n为当前发电机转速。

在所述步骤（四）中，当所述混合动力汽车处于第三控制区域（C1）时，电机进行助力，助力转矩Tqm由下式决定：Tqm=max{Tqreq-Tq2,Tqmmin}，其中Tqreq为需求转矩，Tqmmin为电机最小助力转矩。

在所述步骤（四）中，当所述混合动力汽车处于第六控制区域（C2）时，充电功率Pcha由下式决定：Pcha=kC×(SOC3-SOC),其中kC为充电系数，取值范围为0<KC<Pbat,Pbat为电池额定功率；所述混合动力汽车发电功率Pgen由下式决定：Pgen=min{Pcha+Pelec,Tqgmin×n/9550}，其中Tqgmin为根据发电机效率决定的最小发电转矩， Pelec为车辆用电功率，n为当前发电机转速。

上述控制区域内的充放电控制策略只是该实施例的其中一个优选方案，也可采用类似的控制策略，例如在第四、五、六控制区域的充电功率计算中再增加一个偏移量，相似的策略都在本发明的权利要求范围内。

以上给出的实施例用以说明本发明和它的实际应用，并非对本发明作任何形式上的限制，任何一个本专业的技术人员在不偏离本发明技术方案的范围内，依据以上技术和方法作一定的修饰和变更当视为等同变化的等效实施例。

Claims (7)

1.一种混合动力汽车充放电控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

（一）判断所述混合动力汽车是否处于驱动模式，如果不是，则进入其它控制模式，否则进入下一步；

（二）根据所述混合动力汽车当前发动机转速下的第一需求转矩门限值Tq₁和第二需求转矩门限值Tq₂，及当前车速下的电池第一荷电状态门限值SOC₁、第二荷电状态门限值SOC₂、第三荷电状态门限值SOC₃，建立当前状态下的充放电控制策略分区图；其中所述第一需求转矩门限值Tq₁和第二需求转矩门限值Tq₂分别为当前发动机转速对应的发动机转矩下限值和发动机转矩上限值；所述第一荷电状态门限值SOC₁、第二荷电状态门限值SOC₂、第三荷电状态门限值SOC₃依次减小，分别是随车速变化的曲线，通过试验标定获得；

（三）计算混合动力汽车当前状态下的需求转矩和电池荷电状态，根据当前状态下的充放电控制策略分区图判断所述混合动力汽车当前所处的控制区域；

（四）根据车辆当前所处的控制区域，按照预先制定的各控制区域充放电控制策略进行充放电选择和充放电功率控制；

在发动机的万有特性图上，确定发动机等功率线的最低油耗，将最低油耗乘以110%得到允许油耗，找到对应允许油耗的发动机工作点，在当前车速对应的等功率线上，所述发动机工作点对应的发动机转矩中，最小的发动机转矩即为第一需求转矩门限值Tq₁，最大的发动机转矩即为第二需求转矩门限值Tq_2；

当混合动力汽车当前状态下的需求转矩小于所述第一需求转矩门限值Tq₁，并且当前电池荷电状态大于等于所述第一荷电状态门限值SOC₁时，判断混合动力汽车当前处于第一控制区域（A1）；

当混合动力汽车当前状态下的需求转矩大于等于所述第一需求转矩门限值Tq₁但小于所述第二需求转矩门限值Tq₂，并且当前电池荷电状态大于等于所述第二荷电状态门限值SOC₂时，判断混合动力汽车当前处于第二控制区域（B1）；

当混合动力汽车当前状态下的需求转矩大于等于所述第二需求转矩门限值Tq₂，并且当前电池荷电状态大于等于所述第三荷电状态门限值SOC₃时，判断混合动力汽车当前处于第三控制区域（C1）；

当混合动力汽车当前状态下的需求转矩小于所述第一需求转矩门限值Tq₁，并且当前电池荷电状态小于所述第一荷电状态门限值SOC₁时，判断混合动力汽车当前处于第四控制区域（A2）；

当混合动力汽车当前状态下的需求转矩大于等于所述第一需求转矩门限值Tq₁但小于所述第二需求转矩门限值Tq₂，并且当前电池荷电状态小于所述第二荷电状态门限值SOC₂时，判断混合动力汽车当前处于第五控制区域（B2）；

当混合动力汽车当前状态下的需求转矩大于等于所述第二需求转矩门限值Tq₂，并且当前电池荷电状态小于所述第三荷电状态门限值SOC₃时，判断混合动力汽车当前处于第六控制区域（C2）。

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车充放电控制方法，其特征在于：

当所述混合动力汽车处于第一控制区域（A1）时，电机既不发电也不助力，电池放电功率P_discha等于用电功率P_elec。

3.根据权利要求1所述的混合动力汽车充放电控制方法，其特征在于：

当所述混合动力汽车处于第四控制区域（A2）时，电池充电功率P_cha由下式决定：P_cha=k_A×(SOC₁-SOC),其中k_A为充电系数，取值范围为0<K_A<P_bat,P_bat为电池额定功率，SOC为电池当前的荷电状态；所述混合动力汽车发电功率P_gen由下式决定：P_gen=min{P_cha+P_elec,Tq_gmin×n/9550},其中Tq_gmin为根据发电机效率决定的最小发电转矩， P_elec为车辆用电功率，n为当前发电机转速。

4.根据权利要求1所述的混合动力汽车充放电控制方法，其特征在于：当所述混合动力汽车处于第二控制区域（B1）时，电机既不发电也不助力，电池放电功率P_discha等于用电功率P_elec。

5.根据权利要求1所述的混合动力汽车充放电控制方法，其特征在于：当所述混合动力汽车处于第五控制区域（B2）时，电池充电功率P_cha由下式决定：

P_cha=k_B×(SOC₂-SOC),

其中k_B为充电系数，取值范围为0<K_B<P_bat,P_bat为电池额定功率；

所述混合动力汽车发电功率P_gen由下式决定：

P_gen==min{P_cha+P_elec,Tq_gmin×n/9550}，

其中Tq_gmin为根据发电机效率决定的最小发电转矩， P_elec为车辆用电功率，n为当前发电机转速。

6.根据权利要求1所述的混合动力汽车充放电控制方法，其特征在于： 

 当所述混合动力汽车处于第三控制区域（C1）时，电机进行助力，助力转矩Tq_m由下式决定：Tq_m=max{Tq_req-Tq₂,Tq_mmin}，其中Tq_req为需求转矩，Tq_mmin为电机最小助力转矩。

7.根据权利要求1所述的混合动力汽车充放电控制方法，其特征在于：

当所述混合动力汽车处于第六控制区域（C2）时，充电功率P_cha由下式决定：P_cha=k_C×(SOC₃-SOC),其中k_C为充电系数，取值范围为0<K_C<P_bat,P_bat为电池额定功率；所述混合动力汽车发电功率P_gen由下式决定：

P_gen=min{P_cha+P_elec,Tq_gmin×n/9550}，

其中Tq_gmin为根据发电机效率决定的最小发电转矩， P_elec为车辆用电功率，n为当前发电机转速。

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