【技术实现步骤摘要】
一种串联混合动力系统的能量管理方法
本专利技术涉及车辆
，具体涉及一种车辆混合动力系统及控制。
技术介绍
随着日益突出的能源与环境问题，新能源汽车获得了各国、各大企业与研究机构的关注与推广，在减少能耗和降低排放的需求推动下，新能源车辆也开始逐步推广到商用车领域。由于商用车整车质量较大，采用纯电动构型续驶里程受限，需要配备很大电量的电池，带来成本高昂、载货空间小和车辆质心过高等问题，混合动力成为目前商用车电动化的重要技术路线。目前已经有串联式、并联式和混联式等多种混合动力构型。在串联构型中，由发动机、减震器、发电机和发电机控制器等构成辅助动力单元(APU)，该APU单元与驱动电机(含控制器)之间只有电气连接，没有机械连接，使得APU单元和驱动电机和独立布置，增加了灵活性。对一些大型和重型车辆，例如重型卡车、特种车辆、矿用车辆等，当其采用串联混合动力构型时，由于其发动机的功率比较大，采用单个发动机+发电机方案时，驱动电机及其控制器对应的功率范围往往也比较大，需要单独设计和配置。单个较大的发动机+发电机，其重量、高度等往往比较大，在车上布置时存在困难，会影响上装和重心高度。申请号为CN201510906845.1的中国专利公开了一种针对重型车辆的分布式混合动力系统及车辆，如附图1所示，其系统包含动力模块，所述动力模块包括一个或多个辅助动力单元，每个所述辅助动力单元包括发动机和发电机，所述动力模块用于为重型车辆的电力系统提供动力。能量管理策略决定了混合动力车辆不同动力源间的功率或转矩分配...
【技术保护点】
1.一种串联混合动力系统的能量管理方法，所述混合动力系统用于车辆，包含辅助动力系统和储能系统，辅助动力系统和储能系统均通过动力总线连接驱动电机控制器，所述辅助动力系统包括两套或多套辅助动力单元APU，所述储能系统包括多套动力电池；/n所述辅助动力单元APU由发动机、发电机及发电机控制器组成，该发电机控制器可以控制发电机的工况点，对混合动力系统具有整流作用；/n其特征在于，所述能量管理方法根据所指定的总功率需求P
【技术特征摘要】
1.一种串联混合动力系统的能量管理方法，所述混合动力系统用于车辆，包含辅助动力系统和储能系统，辅助动力系统和储能系统均通过动力总线连接驱动电机控制器，所述辅助动力系统包括两套或多套辅助动力单元APU，所述储能系统包括多套动力电池；
所述辅助动力单元APU由发动机、发电机及发电机控制器组成，该发电机控制器可以控制发电机的工况点，对混合动力系统具有整流作用；
其特征在于，所述能量管理方法根据所指定的总功率需求Pdemand，确定辅助动力系统的总输出功率PAPU和动力电池系统的总输出功率Pbat，其中，Pdemand＝PAPU+Pbat，并根据总输出功率PAPU确定出各套APU的目标输出功率PAPU,i，及在此功率下的发动机工况点，用以控制各套APU的发动机和发电机功率。
2.如权利要求1所述的一种串联混合动力系统的能量管理方法，包括以下步骤：
步骤S1:确定辅助动力单元APU的效率特性图及APU的最高效率曲线，每套APU的发动机仅工作在最高效率曲线所确定的工况点上，所述效率特性图是由APU的发动机各个转速及转矩所对应的工况点所构成的特性图，所述最高效率曲线为APU的任意输出功率下使得APU效率最高的发动机工况点组成的曲线，每套APU的效率由其所包含的发动机的效率、发电机及发电机控制器的效率共同决定；
步骤S2：确定各套APU之间的功率分配方式，其中，各套APU的目标输出功率PAPU,i之和等于辅助动力系统的总输出功率PAPU；
步骤S3：确定满足发动机工况优化需求的辅助动力系统的总输出功率PAPU的范围，该辅助动力系统的总输出功率PAPU的范围被称为辅助动力系统总功率优先取值区；
步骤S4：确定一定总需求功率Pdemand下的辅助动力系统的目标输出功率PAPU，其中，Pdemand由车辆的驱动功率和附件功率组成，驱动功率通过当前行驶状况计算，根据驾驶员踏板给出的踏板信号可以得到整车的驱动转矩需求，结合当前车速可以求出当前的驱动功率需求，附件功率指各类附件的功耗，所述附件包括但不限于空调、散热系统、转向系统；
对于单套APU，在收到根据步骤S1-S4所给出的输出功率和工况点目标后，所述单套APU的发动机控制器和发电机控制器来完成发动机和发电机的控制，若所述APU的目标功率为零，其工作状态可能为停机或怠速，若上一个控制采样周期发动机状态为停机，则继续停机，若上一个控制采样周期发动机状态为怠速，则根据APU已经处于怠速状态的时间来确定本控制采样周期该APU发动机继续怠速或停机，当已经怠速的时间超过预先设定的门限值Tidle时，发动机关闭。
3.如权利要求2所述的一种串联混合动力系统的能量管理方法，其中，对所述步骤S1中确定的任意APU输出功率下的APU最高效率值及其对应的发动机转速、转矩工况点，将其发动机等效燃油消耗率写为APU输出功率的函数依据式(1)计算任意APU的运行工况点的燃油消耗速率：
4.如权利要求2所述的一种串联混合动力系统的能量管理方法，其中，所述步骤S1中，各套APU发动机的运行工况被确定在发动机的最小油耗曲线上，发动机的最小油耗曲线根据发动机的万有特性确定，将发电机及其控制器的效率视为常数，记为则第i套发动机在发动机最小油耗曲线上的有效燃油消耗率为发动机输出功率Peng,i的函数对于不同的运行工况点运行工况点，其燃油消耗速率可以据式(2)计算：
5.如权利要求2-4任一所述的一种串联混合动力系统的能量管理方法，其中，所述步骤S2中，设辅助动力系统的总目标功率为PAPU，则各套APU的输出功率之和应该满足式(3)：
其中，n为APU的总套数，PAPU,i为第i套APU的功率，在满足式(5)条件下使得总的燃油消耗速率最小的各个PAPU,i的配置就是所述各套APU之间的功率分配方式，即寻找式(3)约束下的最小值及对应的取得最小值的各APU功率值PAPU,i。
6.如权利要求5所述的一种串联混合动力系统的能量管理方法，其中，当各套APU相同时，则各套APU之间的功率通过以下方式进行分配：
情形A：当辅助系统总功率需求小于单套APU的最大功率时，即PAPU<PAPU,max，仅采用单套APU，PAPU,1＝PAPU，而其余各APU的目标功率为零，PAPU,i＝0(i＝2,3,...,n)；
情形B：当辅助系统总功率需求介于单套APU最大功率和单套APU最大功率的2倍之间时，即PAPU,max≤PAPU<2PAPU,max，采用2套APU平均分配目标功率而其余各APU的目标功率为零，PAPU,i＝0(i＝3,4,...,n)；
情形C：当辅助系统总功率需求介于单套APU最大功率的m倍和单台APU最大功率的(m+1)倍之间时(m≥2)，即mPAPU,max≤PAPU<(m+1)PAPU,max，(m-1)套APU输出最大功率PAPU,1＝PAPU,2＝...＝PAPU,m-1＝PAPU,max，2套APU平均分配剩余的辅助系统总目标功率，即而其余各APU目标功率为零，即PAPU,i＝0(i＝m+2,...,n)。
7.如权利要求6所述的一种串联混合动力系统的能量管理方法，其中，当各套APU相同时，根据辅助动力系统的总目标功率需求，采用平均分配的方式配置各套APU的功率。
8.如权利要求2-4,6-7的任一所述的一种串联混合动力系统的能量管理方法，其中，确定步骤S3所述的辅助动力系统总功率优先取值区的方法如下：根据步骤S1中所确定的APU最高效率曲线，截取一段最高效区域，使单套APU的工况点位于这段区域，设这一区域的下限功率和上限功率分别为PL,i和PH,i，其中角标i代表第i套APU；
由于单套APU的功率被尽可能约束在所述功率范围内，在所述步骤S3中，对取值范围为的辅助动力系统的总功率值PAPU，也需从其取值范围中选择根据步骤S2中所述的功率分配方式，各APU输出功率合理的范围，即可以使各套APU工作在高效区的各APU总功率范围，即所述的辅助动力系统总功率优先取值区。
9.如权利要求8所述的一种串联混合动力系统的能量管理方法，其中，
使各套APU的功率PAPU,i满足如下2个条件之一：<...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡家毅，李建秋，李航，徐梁飞，欧阳明高，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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