混合动力汽车阶梯式过充抑制控制方法及混合动力汽车与流程

1.本发明属于混合动力汽车过充抑制领域，具体涉及一种混合动力汽车阶梯式过充抑制控制方法及混合动力汽车。


背景技术：

2.随着环境污染的日益严重和能源危机的不断加剧，汽车行业正在进行新能源产业的变革。混合动力汽车作为当前最好的解决方案，由于其节能、低排放、平顺和实用性强等特点已成为汽车研究与开发的一个重点。如图1所示，混合动力汽车动力系统是将高压动力电池、驱动电机/发电机和发动机高效地组合在一起，多动力源，系统复杂，如何高效可靠的控制多动力源是发挥节能环保的关键。
3.目前，由于驱动电机和发电机都存在一定的扭矩精度偏差，尤其是可定义的偏差都是在电机转毂台架上稳态测出的，而在实车上都是动态运行工况，且环境复杂。这些因素都会加剧执行器的扭矩偏差，引发系统功率不平衡，尤其是在下长坡工况下，车辆长时间处于滑行/制动工况，或者在高速巡航的时候发动机单独驱动，执行器扭矩的偏差会导致电池的过充。这样不仅影响电池的使用寿命，还可能造成行驶过程中电池过温、异常断开电池继电器，甚至会有触发火灾的风险。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种混合动力汽车阶梯式过充抑制控制方法及混合动力汽车，解决混合动力汽车电池过充的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种混合动力汽车阶梯式过充抑制控制方法，包括以下步骤：
6.(1)第一阶梯判断
7.判断电池当前实际soc是否大于第一目标值且电池当前短时允许充电能力是否小于等于第一阈值；若是，则进入第二阶梯判断；若否，则根据电池当前实际允许的充放电功率调整限制发电机当前实际的回收扭矩；
8.(2)第二阶梯判断
9.当由于电机扭矩精度误差导致电池soc继续升高时，判断电池当前实际soc是否小于第二目标值且电池当前短时允许充电能力是否小于等于第二阈值；若否，则进入第三阶梯判断；若是，则控制各执行器按照一定优先级主动耗电：风扇耗电、ptc加热器/空调ac耗电、发电机拖动发动机耗电、驱动电机耗电，直至紧急下电；
10.(3)第三阶梯判断
11.当由于电机扭矩精度误差导致电池soc继续升高时，判断电池当前实际soc是否小于第三目标值且电池当前短时允许充电能力是否小于等于第三阈值；若否，则进入第四阶梯判断；若是，则控制各执行器按照一定优先级主动耗电：ptc加热器/空调ac耗电、发电机拖动发动机耗电、驱动电机耗电，直至紧急下电；
12.(4)第四阶梯判断
13.当由于电机扭矩精度误差导致电池soc继续升高时，判断电池当前实际soc是否小于第四目标值且电池当前短时允许充电能力是否小于等于第四阈值；若否，则进入第五阶梯判断；若是，则控制各执行器按照一定优先级主动耗电：发电机拖动发动机耗电、驱动电机耗电，直至紧急下电；
14.(5)第五阶梯判断
15.当由于电机扭矩精度误差导致电池soc继续升高时，判断电池当前实际soc是否小于第五目标值且电池当前短时允许充电能力是否小于等于第五阈值；若是，则判断当前车速是否小于预设速度阈值；若当前车速小于预设速度阈值，则紧急下电，否则，发电机拖动发动机耗电同时驱动电机耗电；
16.其中，第一目标值＜第二目标值＜第三目标值＜第四目标值＜第五目标值，第一阈值＜第二阈值＜第三阈值＜第四阈值＜第五阈值。
17.接上述方案，ptc加热器/空调ac耗电包括：若当前温度低于预设温度阈值，则开启ptc加热器耗电，否则开启空调ac耗电。
18.接上述方案，第二阶梯判断中，ptc加热器/空调ac为低档耗电；第三阶梯判断中，ptc加热器/空调ac为高档耗电。
19.接上述方案，第二阶梯判断和第三阶梯判断中，发电机低速拖动发动机耗电；第四阶梯判断和第五阶梯判断中，发电机高速拖动发动机耗电。
20.接上述方案，通过计算过充功率并除以当前电机转速得到驱动电机扭矩指令，以驱动驱动电机耗电，具体包括：
21.根据电池当前实际电流ia，以及电池当前实际电压va，计算当前电池实际功率pa＝ia×va
/1000；其中，当前实际电流ia充电时为负，放电时为正，该式除以1000表示把功率换算成千瓦单位；获取电池当前允许短时充电功率p
cm
，计算过充功率p
op
＝max(p
cm-pa,0)；
22.根据电池当前实际电流ia，以及电池当前允许的最大充电电流i
cm
，计算得到充电时电池的过充电流ib＝max(i
cm-ia,0)；再结合电池当前实际电压va，计算当前充电过程中由于超过电池电流能力的超限功率poi＝ib×va
/1000；
23.根据电池当前实际电压va，电池当前允许的最大充电电压v
cm
，计算得到充电时电池的过充电压vb＝max(v
a-v
cm
,0)；再结合电池当前环境温度下的内阻值r，计算当前充电过程中由于超过电池电压能力的超限功率pov＝vb×va
/(1000
×
r)；
24.基于以上三种过充条件判断后，输出最大的电池超过电池允许能力的功率偏差p
err
＝max(max(p
op
,p
oi
,p
ov
),0)，把该过充的功率偏差除以当前电机转速nc，得到给驱动电机的耗电扭矩指令tw＝p
err
/nc。
25.接上述方案，第一阈值、第二阈值、第三阈值、第四阈值、第五阈值由电池不同温度和电池soc查表输出最大充电功率表插值计算得到。
26.接上述方案，第一目标值、第二目标值、第三目标值、第四目标值、第五目标值分别为70％、80％、85％、90％、95％。
27.本发明还提供一种混合动力汽车，该混合动力汽车采用上述的混合动力汽车阶梯式过充抑制控制方法。
28.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
29.本发明结合车辆当前状态、电池soc状态、电池允许充放电能力、发动机、发电机、驱动电机、散热风扇、直流ptc加热器/电动空调ac，判断车辆当前电池soc是否超过设定的电池高效可用区间及当前电池实际的允许充电功率值，将超过高效可用区间高限值的电池soc和电池允许充电功率分段，运用阶梯控制方式让各执行器按照一定优先级主动放电，确保电池soc不会持续攀升；该方法既可以规避执行器偏差导致的某些特殊工况下的电池过充危险，又能平衡动力系统的功率偏差，有效保护电池使用寿命。
附图说明
30.图1为本发明背景技术提供的混合动力汽车动力系统结构图；
31.图2为本发明实施例提供的阶梯式过充抑制控制方法简略流程图；
32.图3为本发明实施例提供的阶梯式过充抑制控制方法详细流程图。
具体实施方式
33.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
34.混合动力系统复杂且运行模式多，当执行器(发动机/发电机/驱动电机)有扭矩精度偏差时会导致功率不平衡，再加上混合动力电池的容量较小，故在一些特殊工况下，如长下坡工况，当电池已经充满的状态下即使禁止系统再生回收，但是由于执行器扭矩精度导致的功率偏差，仍然容易对电池造成过充，或者在高速巡航等工况下发动机单独长时间驱动，电机一直处于随动状态，即使整车控制器给电机控制器发送0nm，但是由于电机扭矩精度偏差也可能给电池慢充导致soc上升，触发电池异常断高压风险，危及电池使用寿命。
35.为了更好地平衡系统能量，避免这种长下坡滑行/制动/发动机单独驱动巡航等工况导致的异常过充情况，保护电池，延长电池寿命，平衡动力系统功率，本发明提供了一种混合动力汽车阶梯式过充抑制控制方法，结合车辆当前状态、电池soc状态、电池允许充放电能力、发动机、发电机、驱动电机、散热风扇、直流ptc加热器/电动空调ac，判断车辆当前soc是否超过设定的电池高效可用区间及当前电池实际的允许充电功率值，将超过高效可用区间高限值的电池soc和电池允许充电功率分段，运用阶梯控制方式让各执行器按照一定优先级主动放电，确保电池soc不会持续攀升。如图2和图3所示，具体步骤如下：
36.(1)第一阶梯判断：
37.为了判断当前电池真实的能力状态，根据电池当前实际soc判断是否大于设定第一目标值70％且电池当前短时允许充电能力是否小于等于a(该值是来自与电池不同温度和电池soc查表输出最大充电功率表插值计算得到)，若上述条件成立，则进入下一阶梯判断，否则当前实际的回收扭矩根据电池当前实际允许的充放电功率进行动态调整限制。
38.(2)第二阶梯判断：
39.实时监测第一阶梯状态，判断由于电机扭矩精度误差导致电池soc是否继续升高，当前实际soc是否小于设定第二目标值80％且电池当前短时允许充电能力是否小于等于b(该值是来自与电池不同温度和电池soc查表输出最大充电功率表插值计算得到)，若上述
条件成立，再判断当前前舱散热器风扇是否有故障，无故障，则开启风扇消耗电能；若有故障则再判断当前ptc/ac是否有故障，若无故障且当前环境温度是否低于f，若低于则开启ptc低档，高于则开启ac低档耗电；若当前ptc/ac有故障，则再判断发动机/发电机isg是否有故障，若无故障，则优先让发电机isg拖动发动机进入串联，转速维持在n1，消耗电池能力，若发动机/发电机isg有故障且驱动电机过热或有故障，则会通过仪表提醒驾驶员并进入紧急下电模式，若发动机/发电机isc有故障且驱动电机不过热且无故障，则通过内部计算过充功率除以当前电机转速得到驱动电机扭矩指令，进行驱动耗电。
40.其中，内部过充功率计算如下：根据电池当前实际电流ia(充电为负，放电为正)，电池当前实际电压va，计算当前电池实际功率为pa,pa＝ia×va
/1000，其中上式除以1000表示把功率换算成千瓦单位。电池当前允许短时充电功率为p
cm
，其中正值代表放电，负值代表充电，该p
cm
为负值；充电时超出电池允许充电功率的过充功率p
op
，用电池当前允许短时充电功率减去电池当前实际功率得到，即p
op
＝max(p
cm-pa,0)。根据电池当前实际电流ia(充电为负，放电为正)，电池当前允许的最大充电电流为i
cm
(充电为负，放电为正)，可得到充电时的电池的过充电流ib，即ib＝max(i
cm-ia,0)；再结合电池当前实际电压va，计算当前充电过程由于超过电池电流能力的超限功率为p
oi
,即p
oi
＝ib×va
/1000。根据电池当前实际电压va，电池当前允许的最大充电电压为v
cm
，可得到充电时的电池的过充电压vb，即vb＝max(v
a-v
cm
,0)；再结合电池当前环境温度下的内阻值r，计算当前充电过程由于超过电池电压能力的超限功率为p
ov
,即p
ov
＝vb×va
/(1000
×
r)。基于以上三种过充条件判断后，输出最大的电池超过电池允许能力的功率偏差p
err
，即p
err
＝max(max(p
op
,p
oi
,p
ov
),0)，把该过充的功率偏差除以当前电机转速nc，得到给驱动电机的耗电扭矩指令tw，即tw＝p
err
/nc。
41.(3)第三阶梯判断：
42.实时监测第二阶梯状态，判断由于电机扭矩精度误差导致电池soc是否继续升高，当前实际soc是否小于设定第三目标值85％且电池当前短时允许充电能力是否小于等于c(该值是来自与电池不同温度和电池soc查表输出最大充电功率表插值计算得到)，上述条件成立，再判断当前ptc/ac是否有故障，无故障且当前环境温度是否低于f，若低于则开启ptc高档，高于则开启ac高档耗电；若当前ptc/ac有故障且发动机/发电机isg无故障，则优先让isg拖动发动机进入串联，转速维持在n1，消耗电池能力，若当前ptc/ac有故障且发动机/发电机isg有故障，则判断驱动电机是否过热或故障，若无过热且无故障，则通过内部计算过充功率除以当前电机转速得到驱动电机扭矩指令，进行驱动耗电，若有过热或故障，则会通过仪表提醒驾驶员并进入紧急下电模式。
43.(4)第四阶梯判断：
44.实时监测第三阶梯状态，判断由于电机扭矩精度误差导致电池soc是否继续升高，当前实际soc是否小于设定第三目标值90％且电池当前短时允许充电能力是否小于等于d(该值是来自与电池不同温度和电池soc查表输出最大充电功率表插值计算得到)，上述条件成立，再判断当前发动机是否有故障，若无故障则优先让发电机isg拖动发动机进入串联，转速维持在n2(n2＝k*n1，k》1)，消耗电池能力；若当前发动机有故障且驱动电机也过热或有故障，则会通过仪表提醒驾驶员并进入紧急下电模式；否则通过内部计算过充功率除以当前电机转速得到驱动电机扭矩指令，进行驱动耗电。
45.(5)第五阶梯判断：
46.实时监测第四阶梯状态，判断由于电机扭矩精度误差导致电池soc是否继续升高，当前实际soc是否小于设定第三目标值95％且电池当前短时允许充电能力是否小于等于e(该值是来自与电池不同温度和电池soc查表输出最大充电功率表插值计算得到)，上述条件成立，则继续判断当前车速是否小于g，若小于则通过仪表提醒驾驶员当前电池电量已经过高不能再回收，进入紧急下电模式；若车速大于g且发动机/发电机无故障且驱动电机无过热或故障，则会让isg拖动发动机进入串联，转速维持在n2(n2＝k*n1，k》1)，同时通过内部计算过充功率除以当前电机转速得到驱动电机扭矩指令，进行同时耗电；若上述条件不满足，则通过仪表提醒驾驶员当前电池电量已经过高不能再回收，进入紧急下电模式。
47.其中，a《b《c《d《e，这几个是负值。
48.本发明还提供一种混合动力汽车，该混合动力汽车采用上述的混合动力汽车阶梯式过充抑制控制方法。
49.本发明的阶梯式过充抑制控制方法既可以平衡动力系统的功率偏差，又能满足特殊工况下导致的电池过充和过放，比如：长下坡减速及巡航发动机单独驱动等工况下电机扭矩偏差容易给电池造成过充情况，甚至可能造成行驶过程中强制断开电池继电器，不仅影响电池寿命，还影响驾驶安全性。
50.本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。