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1、(10)申请公布号 CN 102358285 A (43)申请公布日 2012.02.22 CN 102358285 A *CN102358285A* (21)申请号 201110240225.0 (22)申请日 2011.08.19 B60W 10/26(2006.01) B60W 10/08(2006.01) B60W 10/06(2006.01) B60W 40/08(2012.01) (71)申请人 北京汽车新能源汽车有限公司 地址 102606 北京市大兴区采育经济开发区 采和路 1 号 (72)发明人 曲婧瑶 詹文章 魏跃远 郑轶 朱波 (74)专利代理机构 北京市商泰律师事务所 。
2、11255 代理人 毛燕生 (54) 发明名称 一种增程式电动汽车控制系统及其控制方法 (57) 摘要 一种增程式电动汽车控制系统及其控制方 法， 属于电动汽车整车控制技术领域。包括车载 动力电池、 驱动电机、 增程器、 变速箱、 整车控制器 (VCU)、 电池管理系统 (BMS)、 电机控制器 (MCU)， 增程器由小型发动机、 集发电 / 驱动一体的发电 机、 发动机控制器、 发电机控制器组成， 增程器向 车载动力电池供电或者直接驱动电机， 整车控制 器根据驾驶员需求和整车各子系统的状态进行驱 动整车行驶控制并对整车能量进行管理， 对增程 器的子节点发送各种工作状态的指令。本发明以 电池系。
3、统安全和使用寿命为前提， 以避免增程器 频繁启停为目标， 协调制动能量回收发电和增程 器发电控制， 当进行远途行驶时， 增程器可受控开 启或关闭， 满足延长整车续驶里程的需求。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 4 页 CN 102358296 A1/2 页 2 1. 一种增程式纯电动汽车控制系统， 其特征在于 ： 包括车载动力电池、 驱动电机、 增程 器、 变速箱、 整车控制器 (VCU)、 电池管理系统 (BMS)、 电机控制器 (MCU)， 其中， 增程器由小 型发动机、 集发电 / 驱动一体的发。
4、电机、 发电机控制器组成， 增程器向车载动力电池供电或 者直接驱动电机， 整车控制器根据驾驶员需求和整车各子系统的状态进行驱动整车行驶控 制并对整车能量进行管理， 对增程器的子节点发送各种工作状态的指令。 2. 根据权利要求 1 所述的增程式纯电动汽车控制系统， 其特征在于 ： 该系统的动力电 池通过车载充电机进行外部充电， 增程器的启动通过整车控制器进行模式识别和判断， 或 者通过驾驶员的屏蔽按钮对其是否启动进行控制。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的增程式纯电动汽车控制系统， 其特征在于 ： 该增程器和 驱动电机根据不同工作模式的判断为动力电池进行行驶过程中的充电， 动力电池和增程器。
5、 能够同时或者单独为驱动电机供电。 4. 一种增程式电动汽车的整车控制方法， 其特征在于， 所述方法包括 ： (1) 整车控制系统唤醒、 上电、 信号采集及处理 ； (2) 整车控制器 (VCU) 判断是否进行外接充电控制， 当判断电池电量充满后， 车载充电 机主动关闭， 停止充电 ； 如果不进行外接充电， 对驾驶员的挡位、 两踏板信号进行驾驶员意 图解析， 对整车行驶工况模式识别 ； (3) 完成整车行驶模式识别后， 判断增程器屏蔽按钮是否启用， 如果没有启用， 允许进 行增程器启停控制 ； 如果已经启用， 只进行纯电动驱动控制。 5. 根据权利要求 4 所述的增程式电动汽车的整车控制方法，。
6、 整车工况模式判断包括 ： S1、 如果挡位处于前进挡或者倒档， 加速踏板开度小于 5并且车速小于 7km/h， 进行 模拟爬行工况控制 ； S2、 如果挡位处于前进挡或者倒档， 加速踏板小于 5， 并且车速大于 7km/h 进行模拟 发动机制动的制动能量回收控制 ； S3、 如果挡位处于前进挡或者倒档， 加速踏板大于 5， 电机无故障， 进行正常驱动行驶 控制 ； S4、 如果挡位处于前进挡或者倒档， 制动踏板信号非零， 并且增程器状态为关闭， 动力 电池温度小于 50， 进行正常制动能量回收控制 ； S5、 如果挡位处于前进挡或者倒档， 制动踏板信号非零， 并且增程器状态为开启， 或者 动。
7、力电池温度大于 50， 不进行制动能量回收控制。 6. 根据权利要求 4 或 5 所述的增程式电动汽车的整车控制方法， 在允许增程器启停的 条件下， 检测当前动力电池电量和发动机冷却水水温， 当发动机冷却水水温小于 20， 并且 电池电量小于 35， 进行增程器启动控制， 完成启动后进入增程器高怠速热机模式。 7. 根据权利要求 4 或 5 所述的增程式电动汽车的整车控制方法， 当电池电量小于 30， 并且动力电池温度低于 50， 增程器进行 30kW 恒功率发电控制 ； 当电池电量大于 40时， 并且动力电池温度低于 50则进行 20kW 恒功率发电控制 ； 当电池电量大于 50 时， 则进。
8、行增程器停止控制 ； 在恒功率发电过程中， 如果动力电池温度高于 50， 则进行降 功率发电或者停止发电， 随之进行降功率行驶。 8. 根据权利要求 4 所述的增程式电动汽车的整车控制方法， 整车控制器首先对驾驶意 图和行驶工况进行判断， 根据驾驶员的档位信号和踏板信号解析出停车、 爬行、 正常前进行 权 利 要 求 书 CN 102358285 A CN 102358296 A2/2 页 3 驶、 倒车行驶、 加速、 减速等工况 ； 整车工况判断完成后， 进行动力电池电量检测， 操纵信号 检测， 判断是否进行增程器的启停控制。 9. 根据权利要求 4 所述的增程式电动汽车的整车控制方法， 判。
9、断爬行工况和松加速踏 板制动能量回收的模式区分是以车速为指标， 当车速低于 7km/h 时， 为爬行工况， 高于 7km/ h 时进行制动能量回收 ； 前进挡和倒档都存在上述两种判断 ； 或 ： 增程器的工作模式为 ： 高怠速热机、 20kW 恒功率发电、 30kW 恒功率发电， 根据电池 电量进行不同工作模式的切换。 10.根据权利要求4或8所述的增程式电动汽车的整车控制方法， 当制动能量回收和增 程器发电需要协调控制时， 以增程器的稳定恒功率为控制方法的基本前提， 保护电池避免 过电流充电， 当增程器启动高功率工作后， 不进行踩制动踏板的制动能量回收。 权 利 要 求 书 CN 10235。
10、8285 A CN 102358296 A1/4 页 4 一种增程式电动汽车控制系统及其控制方法 技术领域 0001 本发明的一种增程式电动汽车控制系统及其控制方法， 属于增程式电动汽车整车 控制技术领域。 背景技术 0002 纯电动汽车存在着充电时间长， 一次充电续驶里程短， 电池成本高， 电池寿命短等 方面的技术问题， 因此增程式电动汽车以提升行驶里程， 降低电池成本和对电池能量密度 要求降低等方面的优势成为了电动汽车发展的方法过渡。 发明内容 0003 本发明的目的在于为增程式电动汽车提供一种高效、 安全的控制方法， 以纯电动 满足 60km 以上的续驶里程为设计目标， 满足基本的行驶里。
11、程需求。当进行远途行驶时， 增 程器可受控开启或关闭， 满足延长整车续驶里程的需求。 0004 一种增程式纯电动汽车控制系统， 包括车载动力电池、 驱动电机、 增程器、 变速箱、 整车控制器 (VCU)、 电池管理系统 (BMS)、 电机控制器 (MCU)， 其中， 增程器由小型发动机、 集 发电 / 驱动一体的发电机、 发动机控制器、 发电机控制器组成， 增程器向车载动力电池供电 或者直接驱动电机， 整车控制器根据驾驶员需求和整车各子系统的状态进行驱动整车行驶 控制并对整车能量进行管理， 对增程器的子节点发送各种工作状态的指令。 0005 一种增程式电动汽车的整车控制方法， 所述方法包括 ：。
12、 0006 (1) 整车系统初始化、 上电、 信号采集及处理 ； 0007 (2) 整车控制器 (VCU) 判断是否进行外接充电控制， 当判断电池电量充满后， 车载 充电机主动断开， 停止充电 ； 如果不进行外接充电， 对驾驶员的挡位、 两踏板信号进行驾驶 员意图解析， 对整车行驶工况模式识别 ； 0008 (3) 完成整车行驶模式识别后， 判断增程器屏蔽按钮是否启用， 如果没有启用， 允 许进行增程器启停控制 ； 如果已经启用， 只进行纯电动驱动控制。 0009 增程式电动汽车主要工作模式分为 ： 纯电动模式、 增程模式、 限制功率行驶模式、 跛行回家模式。纯电动行驶模式下， 可实现模拟爬行。
13、、 模拟发动机制动的制动能量回收、 制 动能量回收 ； 增程模式下， 可进行发动机系统预热、 边行驶边充电的恒功率发电 ； 限制功率 行驶模式是针对整车安全性设计的控制模式， 考虑电池和电机使用的安全性， 当达到一定 的报警级别， 进行电机输出功率的限制或者增程器发电功率的限制 ； 当电池电量和油量都 即将耗尽的时候， 提醒驾驶员， 并对输出功率和电辅助系统进行控制和限制， 保障车辆可以 回家或者到附近加油站。 0010 增程式电动汽车控制系统包括 ： 能量功率兼顾型动力电池、 小型发动机和永磁同 步发电机组成的增程器、 永磁同步驱动电机、 减速箱、 整车控制器、 发动机控制器、 发电机控 制。
14、器、 电机控制器、 电池管理系统， 小型发动机飞轮和发电机转子通过机械装置刚性连接， 发电机控制器中集成逆变功率元件， 发电机通过发电机控制器连接到高压母线， 通过 DC/DC 说 明 书 CN 102358285 A CN 102358296 A2/4 页 5 可以对动力电池充电， 通过电机控制器给驱动电机供电 ； 驱动电机直接通过机械变速箱与 车轮连接， 驱动车辆行驶。 0011 动力电池组采用能量功率兼顾型蓄电池， 既要满足一定续驶里程的要求， 还要满 足可以频繁 1.5C-2.5C 的充电能力。充电电池管理系统 (BMS) 对动力电池组充电、 放电时 的电流、 电压、 放电深度、 电池。
15、温度等进行监控， 保持单体电池间的一致性。 驱动电机是纯电 动汽车行驶的唯一动力装置。增程式电动汽车的整车控制器 (VCU) 除了进行驾驶员意图的 行驶工况能量管理， 更要进行行车发电的整车能量管理， 进行发动机启停工况的判断和指 令发送， 根据行驶工况对发电功率点进行切换判断， 实现各工况优化控制， 对各系统进行监 控并及时反馈信息和报警等等。 0012 增程式电动汽车的整车控制方法包括 ： 整车系统初始化， 上电， 信号采集及处理， 整车控制器 (VCU) 判断是否进行外接充电控制， 当判断电池电量充满后， 车载充电机主动 断开， 停止充电 ； 如果不进行外接充电， 对驾驶员的挡位、 两踏。
16、板信号进行驾驶员意图解析， 对整车行驶工况模式识别 ； 完成整车行驶模式识别后， 判断增程器屏蔽按钮是否启用， 如果 没有启用， 允许进行增程器启停控制 ； 如果已经启用， 只进行纯电动驱动控制。 0013 在允许增程器启停的条件下， 检测当前动力电池电量和发动机冷却水水温， 当发 动机冷却水水温小于 20， 并且电池电量小于 35， 进行增程器启动控制， 完成启动后进 入增程器高怠速热机模式 ； 当电池电量小于 30， 并且动力电池温度低于 50， 增程器进 行 30kW 恒功率发电控制 ； 当电池电量大于 40时， 并且动力电池温度低于 50则进行 20kW 恒功率发电控制 ； 当电池电量。
17、大于 50时， 则进行增程器停止控制 ； 在恒功率发电过 程中， 如果动力电池温度高于 50， 则进行降功率发电或者停止发电， 随之进行降功率行 驶。 0014 整车工况模式判断包括 ： 0015 S1、 如果挡位处于前进挡或者倒档， 加速踏板开度小于 5并且车速小于 7km/h， 进行模拟爬行工况控制 ； 0016 S2、 如果挡位处于前进挡或者倒档， 加速踏板小于 5， 并且车速大于 7km/h 进行 模拟发动机制动的制动能量回收控制 ； 0017 S3、 如果挡位处于前进挡或者倒档， 加速踏板大于 5， 进行正常驱动行驶控制 ； 0018 S4、 如果挡位处于前进挡或者倒档， 制动踏板信。
18、号非零， 并且增程器状态为关闭， 动力电池温度小于 50， 进行正常制动能量回收控制 ； 0019 S5、 如果挡位处于前进挡或者倒档， 制动踏板信号非零， 并且增程器状态为开启， 或者动力电池温度大于 50， 不进行制动能量回收控制。 0020 制动能量回收和增程器协调工作方法， 以电池系统安全和使用寿命为前提， 以避 免增程器频繁启停为目标， 协调制动能量回收发电和增程器发电控制。 0021 本发明中发动机使用工况比较简单， 可仅在高怠速、 两个可控经济区三点进行工 作， 避免全工况工作， 对燃油经济性、 排放性、 效率、 可靠性均可以进行明显改善。 0022 本发明的控制方法避免了发电功。
19、率点的频繁切换， 有利于发动机工作在最佳状 态， 有利于发动机的效率， 排放， 经济性等等。 附图说明 说 明 书 CN 102358285 A CN 102358296 A3/4 页 6 0023 图 1 为本发明的整车控制网络 ； 0024 图 2 为本发明的整车控制流程 ； 0025 图 3 为本发明的增程器恒功率发电控制流程 ； 0026 图 4 为本发明的增程器控制流程。 具体实施方式 0027 图 1 为本发明的整车控制网络， 增程式纯电动汽车控制系统包括车载动力电池、 驱动电机、 增程器、 变速箱、 整车控制器 (VCU)、 电池管理系统 (BMS)、 电机控制器 (MCU)， 。
20、增 程器由一小型发动机和集发电 / 驱动一体的发电机、 发动机控制器、 发电机控制器组成， 其 中， 增程器向动力电池供电或者直接驱动电机， 整车控制器根据驾驶员需求和整车各子系 统的状态进行驱动整车行驶控制和整车能量管理， 对增城器的子节点发送各种工作状态的 指令。 0028 图 2 为本发明的整车控制流程， 整车系统初始化， 上电， 信号采集及处理， 整车控 制器 (VCU) 判断是否进行外接充电控制， 当判断电池电量充满后， 车载充电机主动断开， 停 止充电 ； 如果不进行外接充电， 对驾驶员的挡位、 两踏板信号进行驾驶员意图解析， 对整车 行驶工况模式识别 ； 完成整车行驶模式识别后，。
21、 判断增程器屏蔽按钮是否启用， 如果没有启 用， 允许进行增程器启停控制 ； 如果已经启用， 只进行纯电动驱动控制。整车工况模式判断 包括 ： S1、 如果挡位处于前进挡或者倒档， 加速踏板开度小于 5并且车速小于 7km/h， 进行 模拟爬行工况控制 ； S2、 如果挡位处于前进挡或者倒档， 加速踏板小于 5， 并且车速大于 7km/h 进行模拟发动机制动的制动能量回收控制 ； S3、 如果挡位处于前进挡或者倒档， 加速 踏板大于 5， 并且电池温度低于 50， 进行正常驱动行驶控制 ； 否则， 对电机输出功率进 行相应的限制 ； S4、 如果挡位处于前进挡或者倒档， 制动踏板信号非零， 并。
22、且增程器状态为 关闭， 动力电池温度小于 50， 进行正常制动能量回收控制 ； S5、 如果挡位处于前进挡或者 倒档， 制动踏板信号非零， 并且增程器状态为开启， 或者动力电池温度大于 50， 不进行制 动能量回收控制。 0029 图 3 为本发明的增程器恒功率发电控制流程， 整车控制器采集来自加速踏板、 制 动踏板、 钥匙、 充电开关、 方向、 挡位、 电辅助器件开关等操纵指令信息， 进行挡位识别和误 操作判断， 充电控制、 基于目标的电机转矩控制， 发电机转速控制、 发动机转矩闭环控制、 制 动能量回收控制、 辅助系统控制等， 实现整车控制器和控制网络的自检、 正常驱动行驶控制 模式 ( 。
23、起步、 爬行、 前进、 倒车、 )、 停车模式、 驻车模式、 跛行回家模式、 限制功率行驶模式、 制动能量回收模式、 充电模式、 紧急停车模式。在车辆行驶的过程中， 如果没有进行增程器 屏蔽控制， 增程器根据电池电量和其他辅助系统的信息自动进行增程器的起停控制， 恒功 率发电控制， 发电功率切换控制。 0030 图 4 为本发明的增程器控制流程， 关于制动能量回收和增程器协调控制的方法 ： 当增程器不工作时， 为纯电动工况， 制动能量回收的基本原则是， 根据当前电池温度和 SOC 电池可进行充电的最大功率为电机发电功率需求进行最大可再生制动转矩计算， 该值与目 标制动力进行比较， 当小于目标制。
24、动力时， 执行最大可再生制动转矩的指令， 其余部分由机 械制动力补充 ； 若大于目标制动力， 则将目标制动力作为电机指令转矩。 其中涉及到的关键 问题是临界可充电温度的标定， 电池允许的充电特性， 电机的发电特性。 说 明 书 CN 102358285 A CN 102358296 A4/4 页 7 0031 在允许增程器启停的条件下， 检测当前动力电池电量和发动机冷却水水温， 当发 动机冷却水水温小于 20， 并且电池电量小于 35， 进行增程器启动控制， 完成启动后进 入增程器高怠速热机模式 ； 当电池电量小于 30， 并且动力电池温度低于 50， 增程器进 行 30kW 恒功率发电控制 。
25、； 当电池电量大于 40时， 并且动力电池温度低于 50则进行 20kW 恒功率发电控制 ； 当电池电量大于 50时， 则进行增程器停止控制 ； 在恒功率发电过 程中， 如果动力电池温度高于 50， 则进行降功率发电或者停止发电， 随之进行降功率行 驶。 0032 当增程器系统工作时， 由于制动为短时， 增程器工作为持续一段时间， 所以应该以 增程器为先。可以采用固定小电流发电， 或者不进行制动能量回收控制。如果采用固定小 电流发电， 需要根据对电池充电特性进行发电功率标定， 当前流程图中所有标定的参数是 以 35Ah 电池， 最大充电电流为 4C 充电特性进行设计。 说 明 书 CN 102358285 A CN 102358296 A1/4 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 102358285 A CN 102358296 A2/4 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 102358285 A CN 102358296 A3/4 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 102358285 A CN 102358296 A4/4 页 11 图 4 说 明 书 附 图 CN 102358285 A 。