一種可外接充電式混合動力汽車發電機組的控制方法

2023-04-28 18:10:36 1

專利名稱：一種可外接充電式混合動力汽車發電機組的控制方法
技術領域：
本發明屬於混合動力汽車控制領域，尤其是可外接充電式混合動 力汽車，實現了對其發電機組的控制。
背景技術：
能源和環境是實現可持續發展的必要條件，減少和消除對石油的 依賴是一項有關全球經濟安全和能源安全的緊迫任務，而研究節能、 環保的汽車是緩解能源壓力、降低環境汙染的有效手段之一。可外接
充電式混合動力汽車PHEV (Plug-inHybridElectric Vehicle, PHEV) 是指可以使用電力網(包括家用電源插座，例如220V電源)對動力電 池進行充電的混合動力汽車。PHEV具有純電動行駛較長距離的功能， 但需要時仍然可以以全混合模式工作，其最大的特點是將混合動力驅 動系統和純電動驅動系統相結合，可以大大改善PHEV的有害氣體、溫 室氣體排放和燃油經濟性，提高純電動汽車的動力性能和續駛裡程。 因此PHEV是一種最有發展前景的混合動力汽車驅動模式，也是向最終 的清潔能源汽車過渡的最佳方案之一 。
根據車上電池荷電狀態的變化特點，可以將PHEV整車的工作模式 分為電量消耗、電量保持和常規充電模式，其中電量消耗又分為純電動 和混合動力兩種子模式。
"電量消耗-純電動"(all-electric mode)子模式中，發動機是關 閉的，電池是唯一的能量源，電池的荷電狀態降低；"電量消耗-混合動 力"(Blended mode)子模式中，發動機和電機同時工作，電池提供整車 功率需求的主要部分，電池的荷電狀態也在降^f氐，發動4幾用來補充電池輸出功率不足的部分，直至電池的荷電狀態達到最小允許值；"電量保
持"模式下，整車功率受到限制，電機為整車提供的功率全部來自於發 電機組，發電機組發的電除了滿足電機工作需求外，還將多餘的電量 提供給高壓電池；"常規充電，，模式就是用電網給PHEV的高壓電池充電。
基於以上PHEV混合動力汽車整車的工作模式，需要對發電機組進 行控制，傳統的發電機組的控制方法多為控制發電機組的起停功能， 而對於發電機組工作的平穩性與燃油的經濟性難以保證，同時缺乏對 發電機組運行過程中故障的監測；本發明提出的一種發電機組的控制 方法，用來實現各種模式的平穩切換、實現對全局燃料經濟性的最優 化以及保證發電機組的安全性，可靠性。

發明內容
本發明提出了一種對可外接充電式混合動力車發電機組的控制方
法，以滿足各種整車工作模式下的車輛工作的需求，實現低soc(電池 荷電狀態)下大的功率輸出，同時對電池起到有效的保護。
本發明公開了 一種可外接充電式混合動力汽車發電機組控制方
法，其特徵在於整車控制器接收整車CAN消息，判斷整車狀態，當 發動機處於停止模式時，判斷高壓電池荷電狀態是否低於30%,若低於 30%則發出起動請求信號，起動發電機組發電；當發動機處於運轉模式 時，判斷高壓電池荷電狀態是否高於55%，若高於55%則發出停止請求 信號，停止發電機組工作。
通過發動機的轉速判斷其工作狀態，當發動機轉速大於600rpm時， 判定發動機處於運轉模式；當發動機轉速低於250rpm時，判定發動機 處於靜止模式；發動機轉速在250 - 600rmp之間時，則判定發動機上 一周期的工作模式為當前的工作模式。
當發動機控制器接收到起動請求後，發動機工作模式由停止模式 轉化為發動機起動中模式，在起動中模式中，判斷發動機的轉速是否大於600rpm,當轉速大於或等於600rpm時，判定起動成功，轉化為發 動機運轉模式；當在發動機起動中模式中超過1500ms時，認為發動機 起動失敗，進入錯誤模式。
當發動機處於起動中模式，且發動機正常運行超過200ms後，發 電機組自動進入發電模式中，在發電模式中，發動機具有恆定的發電 扭矩，起動/發電機具有恆定的轉速。
在發動機運轉模式及發電模式中，當整車控制器監測到影響發電 機組發電的系統故障時，自動轉化為故障模式。
在發動機運轉模式和發電模式中，當整車控制器沒有監測到影響 發電機組發電的系統故障時，監測是否有停機請求，如果有停機請求， 將轉化為停機中模式，在停機中模式中，發電機組的扭矩和速度都為0。
在停機中模式中，當發動機在1500ms內沒有停機成功時，進入錯
誤模式。
採用本發明的控制方法，能夠保證低SOC下的大功率輸出和對高 壓電池的保護作用，同時控制發動機工作在最佳工作區間，從而實現 發電機組效率最大化。


圖1為混合動力汽車的系統結構圖； 圖2為發動機狀態判斷流程圖； 圖3為發電機組起動請求判斷流程圖； 圖4為發電機組停止請求判斷流程圖； 圖5為發電機組控制流程圖。
具體實施例方式
圖1為本發明混合動力汽車的系統結構圖，該混合動力汽車為可外 接充電式混合動力汽車，發動機1與起動/發電機2串連連接，組成發電機組，採用一體化設計，起動/發電機2將起動和發電功能集成於一 體，通過電機控制器MCU1進行控制。發電機組將發的交流電通過第一 逆變器3轉化成直流電儲存在高壓電池4中，也可以通過第二逆變器 6直接驅動電動才幾7，還可以與高壓電池共同以混合才莫式驅動電動才幾7， 電動機7的驅動力通過變速箱8傳遞給驅動輪9。同時，高壓電池4可 以通過外接電源來充電，也可以通過發電機組進行充電，電池控制系 統(BMS)對高壓電池狀態進行監控和控制，並將監控信息發到CAN網 絡中，高壓電池4中的電量通過第二逆變器6用於電動機7的驅動或 者通過DC-DC5，用於給小電池充電和滿足低壓負載需求。
混合動力整車控制器(VMS )、發動機控制器(EMS)、電機控制器(MCU1、 MCU2)共同參與發電機組的控制，以實現PHEV發電機組發電性能的最 優化。
圖2、 3、 4示出了發動機的狀態判斷和發電機組起動停止請求判斷 流程。
整車控制器(VMS )接收到整車CAN消息，然後判斷整車狀態。 首先判斷發動機1的工作狀態，當發動機1轉速大於600rpm時，可 以判定發動機1處於運轉狀態；若發動機轉速低於250rpm,可以判定 發動機l處於靜止狀態；若發動機轉速在這兩個速度之間，則判定發 動機上一周期的工作狀態為當前的工作狀態。
當發動機l處於停止狀態時，判斷高壓電池SOC (荷電狀態)是否 低於30%,若低於30%則需要起動發電機組發電，此時將發出起動請求 信號。VMS向發動機控制器EMS和起動/發電機控制器MCU1發出起動發 動機的請求，起動機將發動機拖動至300轉左右後，發動機開始噴油 點火，運行在怠速狀態，然後將發動機轉速、扭矩升高，使其在最佳 工作區域開始發電。
當發動機l處於運轉狀態時，判斷高壓電池SOC是否高於55%,若 高於55%則需要停止發電機組工作，此時將發出停止請求信號，VMS向 EMS發出停止發動機工作的請求，發電才幾組停止工作。這樣可以使高壓電池S0C維持在一定範圍內，避免S0C過充或過;^文帶來的對高壓電池 的損害，起到保護高壓電池的作用，同時保證低SOC下的大功率輸出。 圖5示出了發電機組的控制過程。
整車控制器(VMS)根據整車狀況，當SOC低於閥值時，發出起動請 求給發動機控制器(EMS)和電機控制器(MCUl) , MCU1接到請求指令 後，開始拖動發動機l, EMS接到起動請求指令後監控發動機1轉速， 當發動機1運轉在怠速狀態並正常工作200ms後，發電機組進入發電 狀態，並進行扭矩和轉速控制，將發動機1控制在最佳經濟區域輸出 功率發電。
在這個過程中，發電機組設定了 6種工作模式，分別是
1. 停止模式M1;
2. 起動中模式M2;
3. 運轉模式M3;
4. 發電模式M4;
5. 停止中才莫式M5;和
6. 錯誤模式M6。
在初始化以後，首先判斷發動機1的運行狀態，若發動機1運轉 中，則當前工作模式為運轉模式M3，否則判斷當前工作模式為停止模 式M1。在停止模式M1中，當EMS接受到起動請求後，當前工作模式將 由靜止模式M1轉化為起動中模式M2，在起動中模式M2中，將對起動/ 發電機2有起動請求以起動發動機；當接到起動請求的300ms內，檢 測到發動才凡在運轉狀態時，可以判定發動4幾起動成功，發電才幾組當前 工作模式轉化為運轉模式M3，當在起動中模式M2中超過1500ms時， 認為發動機起動失敗，當前工作模式進入錯誤模式M6;在運轉模式M3 中，對發動機沒有扭矩請求。在運轉模式M3中，發動機正常運行超過 200ms後，發電機組當前工作模式自動進入發電模式M4中，在發電模 式M4中，將控制發動機1有恆定的發電扭矩請求，對起動/發電機2 有恆定的轉速請求，此時，發電機組以最佳工作效率區域發電。在運轉模式M3和發電模式M4中，如果VMS監測到影響發電機組 發電的系統故障，都會自動轉化為故障模式M6,若沒有故障，將監測 是否有停機請求，如果有停機請求，將轉化為停機中模式M5,在停機 中模式M5中，對發電機組的扭矩和速度請求都為0。在停機中模式M5 中，要求發動機在1500ms內停機成功，成功則當前工作模式進入停止 模式M1，否則進入錯誤模式M6。
VMS將把各種模式下的扭矩請求發送給EMS,速度請求和工作模式發 送給電機控制器MCU1,從而實現對發電機組發電的控制。
權利要求
1、一種可外接充電式混合動力汽車發電機組控制方法，其特徵在於整車控制器接收整車CAN消息，判斷整車狀態，當發動機(1)處於停止模式(M1)時，判斷高壓電池荷電狀態是否低於30％，若低於30％則發出起動請求信號，起動發電機組發電；當發動機(1)處於運轉模式(M2)時，判斷高壓電池荷電狀態是否高於55％，若高於55％則發出停止請求信號，停止發電機組工作。
2、根據權利要求1所述的控制方法，其特徵在於通過發動機(l) 的轉速判斷其工作狀態，當發動機(1)轉速大於600rpm時，判定發 動機(1)處於運轉模式(M2);當發動機(1)轉速低於250rpm時， 判定發動機(1)處於靜止模式(Ml);發動機(l)轉速在250 - 600nnp 之間時，則判定發動機上一周期的工作模式為當前的工作模式。
3、 根據權利要求2所述的控制方法，其特徵在於當發動機控制 器接收到起動請求後，發動機工作模式由停止模式(Ml)轉化為發動 機起動中模式(M2)，在起動中模式(M2)中，判斷發動機(1)的轉 速是否大於600rpm,當轉速大於或等於600rpm時，判定起動成功，轉 化為發動機運轉模式(M3);當在發動機起動中模式(M2)中超過1500ms 時，認為發動機起動失敗，進入錯誤模式(M6)。
4、 根據權利要求3所述的控制方法，其特徵在於當發動機處於 起動中模式(M2),且發動機正常運行超過200ms後，發電機組自動 進入發電模式(M4)中，在發電模式(M4)中，發動機(1)具有恆定 的發電扭矩，起動/發電機(2)具有恆定的轉速。
5、 根據權利要求4所述的控制方法，其特徵在於在發動機運轉 模式(M3)及發電模式(M4)中，當整車控制器監測到影響發電機組 發電的系統故障時，自動轉化為故障模式(M6)。
6、 根據權利要求4或5所述的控制方法，其特徵在於在發動機 運轉模式(M3)和發電模式(M4)中，當整車控制器沒有監測到影響 發電機組發電的系統故障時，監測是否有停機請求，如果有停機請求， 將轉化為停機中模式(M5)，在停機中模式(M5)中，發電機組的扭 矩和速度都為0。
7、 根據權利要求4-6任一項所述的控制方法，其特徵在於在 停機中模式(M5)中，當發動機在1500ms內沒有停機成功時，進入錯 誤模式(附)。
全文摘要
本發明公開了一種可外接充電式混合動力汽車發電機組控制方法，其特徵在於整車控制器接收整車CAN消息，判斷整車狀態，當發動機(1)處於停止模式(M1)時，判斷高壓電池荷電狀態是否低於30％，若低於30％則發出起動請求信號，起動發電機組發電；當發動機(1)處於運轉模式(M2)時，判斷高壓電池荷電狀態是否高於55％，若高於55％則發出停止請求信號，停止發電機組工作。本發明還公開了發電機組在多種工作模式下的控制方法。採用本發明的控制方法，能夠保證低SOC下的大功率輸出和對高壓電池的保護作用，同時控制發動機工作在最佳工作區間，從而實現發電機組效率最大化。
文檔編號B60W10/06GK101519074SQ200910132389
公開日2009年9月2日 申請日期2009年4月1日 優先權日2009年4月1日
發明者超 馮 申請人:奇瑞汽車股份有限公司