用于电动车辆的功率跟随器与动力电池的控制装置及方法与流程

本发明涉及电动车辆技术领域，特别是涉及一种用于电动车辆的功率跟随器与动力电池的控制装置及方法。

背景技术：

目前，车辆油耗和排放要求的越来越严，市场上已经出现了用于减少车辆的油耗、降低车辆的排放的增程式电动汽车，这种增程式电动汽车，能源供给是以动力电池为主，需要的动力电池容量大、重量重。功率跟随器作为辅助能源，当动力电池剩余电量soc(在本文中所描述的“soc”是“State of Charge”的缩写，表示荷电状态，即电池电量状态)小于某值时，功率跟随器给动力电池充电。功率跟随器中的发动机高效率工作在一个或者几个定转速点，功率跟随器给动力电池充电，电池输出电量给驱动电机带动车辆行驶。功率跟随器给动力电池充电和动力电池放电驱动电机，都将损耗一定的能量，并且动力电池频繁使用导致动力电池寿命降低。现有技术中的功率跟随器及动力电池的控制策略存在油耗较高且节能性能差的问题。

技术实现要素：

本发明的一个目的是要提供一种用于电动车辆的功率跟随器与动力电池的控制装置，以解决现有技术中的功率跟随器及动力电池的控制策略存在油耗较高且节能性能差的问题。

特别地，本发明提供了一种用于电动车辆的功率跟随器与动力电池的控制装置，包括：

动力电池，用于输出电力驱动所述电动车辆的牵引电机；

功率跟随器，用于输出电力驱动所述牵引电机和/或向所述动力电池充电；

控制器，用于控制所述动力电池和所述功率跟随器的驱动模式；所述控制器被配置成：当所述动力电池的剩余电量不大于第一预定值时选择第二驱动模式，直至所述动力电池的剩余电量升高至第二预定值；当所述动力电池的剩余电量不小于所述第二预定值时选择第一驱动模式，直至所述动力电池的剩余电量不大于所述第一预定值；并在所述第一驱动模式和所述第二驱动模式之间进行交替切换；所述第二预定值大于所述第一预定值；

激活装置，用于根据驾驶员需求手动控制所述第二预定值的数值；

其中，所述第一驱动模式为所述动力电池单独工作以输出电力驱动所述牵引电机；所述第二驱动模式为所述功率跟随器单独工作以输出电力驱动所述牵引电机，并向所述动力电池充电。

进一步地，所述功率跟随器包括发动机和发电机。

进一步地，所述激活装置设置在所述车辆中控台方便驾驶员操作的位置。

进一步地，所述激活装置包括未激活状态和激活状态；其中，所述未激活状态时，所述第二预定值为所述动力电池基本上处于满充状态时的电量；所述激活状态时，所述第二预定值为根据驾驶员需求手动控制得到。

进一步地，所述未激活状态时，所述第二预定值为82-100％。

进一步地，所述激活状态时，所述第二预定值为25-82％。

进一步地，所述第一预定值为18-24％。

进一步地，所述驱动模式还包括第三驱动模式，所述动力电池和所述功率跟随器均同时输出电力以驱动所述牵引电机；

其中，所述控制器被配置成：当所述第一驱动模式或所述第二驱动模式无法满足所述电动车辆的瞬时动力需求时选择所述第三驱动模式，并在所述电动车辆的瞬时动力需求回落时对应恢复到原第一驱动模式或第二驱动模式。

特别地，本发明还提供了一种用于电动车辆的功率跟随器与动力电池的控制方法，包括如下步骤：

采用动力电池输出电力驱动所述电动车辆的牵引电机；

采用功率跟随器输出电力驱动所述电动车辆的所述牵引电机和/或向所述动力电池充电；

通过控制器控制所述动力电池和所述功率跟随器的驱动模式；所述控制器被配置成：当所述动力电池的剩余电量不大于第一预定值时选择第二驱动模式，直至所述动力电池的剩余电量升高至第二预定值；当所述动力电池的剩余电量不小于所述第二预定值时选择第一驱动模式，直至所述动力电池的剩余电量不大于所述第一预定值；并在所述第一驱动模式和所述第二驱动模式之间进行交替切换；所述第二预定值大于所述第一预定值；其中，所述第一驱动模式为所述动力电池单独工作以输出电力驱动所述牵引电机；所述第二驱动模式为所述功率跟随器单独工作以输出电力驱动所述牵引电机，并向所述动力电池充电；

通过激活装置根据驾驶员需求手动控制所述第二预定值的数值，以控制所述动力电池的充电量。

进一步地，所述驱动模式还包括第三驱动模式，所述动力电池和所述功率跟随器均同时输出电力以驱动所述牵引电机；

其中，所述控制器被配置成：当所述第一驱动模式或所述第二驱动模式无法满足所述电动车辆的瞬时动力需求时选择所述第三驱动模式，并在所述电动车辆的瞬时动力需求回落时对应恢复到原第一驱动模式或第二驱动模式。

本发明提供的用于电动车辆的功率跟随器与动力电池的控制装置，通过采用功率跟随器与动力电池两种能量输出源为电动车辆提供动力，并将动力电池作为主要的能量输出源，通过控制器实现功率跟随器与动力电池两种能量输出源之间的不同驱动模式的切换，通过激活装置根据驾驶员的需求手动控制所述第二预定值的数值，以控制所述动力电池的充电量，使得降低了油耗，提高了节能性能。

本发明提供的用于电动车辆的功率跟随器与动力电池的控制装置，还设置了不同的预定值，以限定动力电池的充电和放电的电量范围，使得动力电池的荷电状态保持在规定的范围内，避免电池荷电状态过高或过低，使得电池寿命延长。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的用于电动车辆的功率跟随器与动力电池的控制装置的一般性结构框图；

图2是根据本发明一个实施例的用于电动车辆的功率跟随器与动力电池的控制装置的不同驱动模式之间切换的控制策略原理图；

图3是根据本发明一实施例的用于电动车辆的功率跟随器与动力电池的控制方法的不同驱动模式切换控制的流程示意图；

图4是根据本发明一实施例的控制装置的驾驶员根据需求请求定量充电模式的控制流程示意图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的用于电动车辆的功率跟随器与动力电池的控制装置的一般性结构框图。如图1所示，用于电动车辆的功率跟随器与动力电池的控制装置可以包括动力电池1、功率跟随器2、控制器3和激活装置4。动力电池1用于输出电力驱动电动车辆的牵引电机5，进而带动所述电动车辆的车轮6转动。功率跟随器2包括发动机21和发电机22，用于输出电力驱动牵引电机5和/或向动力电池1充电。发动机21与发电机22相连接，以使发动机21工作时带动发电机22转动以发电，发动机21可以采用汽油、柴油、天然气等能源。发电机22与动力电池1连接，以将动力电池充电，发电机22与牵引电机5相连接，以输出电力使得牵引电机5转动。控制器3与功率跟随器2和动力电池电连接，用于控制动力电池1和功率跟随器2的驱动模式；其驱动模式可以有多种，控制器3控制动力电池1和功率跟随器2选择所述多种驱动模式中的一种进行工作。所述多种驱动模式包括第一驱动模式和第二驱动模式，其中，所述第一驱动模式为动力电池1单独工作以输出电力驱动牵引电机5；所述第二驱动模式为功率跟随器2单独工作以输出电力驱动牵引电机5，并向动力电池1充电。控制器3被配置成：当所述动力电池的剩余电量不大于第一预定值时选择第二驱动模式，直至动力电池1的剩余电量升高至第二预定值；当动力电池1的剩余电量不小于所述第二预定值时选择第一驱动模式，直至动力电池1的剩余电量不大于所述第一预定值；并在所述第一驱动模式和所述第二驱动模式之间进行交替切换。其中所述第二预定值大于所述第一预定值。激活装置4与控制器3电连接，以用于根据驾驶员需求手动控制所述第二预定值的数值，从而控制动力电池1的充电量。

具体地，在第一驱动模式下，动力电池1单独工作以输出电力驱动牵引电机5，此时，功率跟随器2处于停止工作状态。在第二驱动模式下，功率跟随器2单独工作以输出电力驱动牵引电机5，并同时向动力电池1充电。此时，动力电池1仅处于充电状态，动力电池1并不输出动力，以使得动力电池1能够尽快地充电。在一个具体的实施方式中，激活装置4设置在所述车辆中控台方便驾驶员操作的位置，例如可以设置在换挡杆上以便于操作。更具体地，激活装置4可以是一个按钮或者带有旋转刻度的开关，以控制其处于激活状态或者未激活状态。在未激活状态时，所述第二预定值被设定为所述动力电池1基本上处于满充状态时的电量，此时当控制器控制所述动力电池1和功率跟随器2以第二驱动模式工作时能够将动力电池1的剩余电量soc充电至基本上满充状态，然后动力电池1和功率跟随器2再以第一驱动模式工作至soc不大于第一预定值。当激活装置4处于激活状态时，即驾驶员根据需要按下或者打开激活装置4时，所述第二预定值被设定为驾驶员选择的数值大小，此时，当控制器控制所述动力电池1和功率跟随器2以第二驱动模式工作时，仅仅将动力电池1的剩余电量soc充电至驾驶员选择的第二预定值数值处，即控制动力电池1和功率跟随器2切换至第一驱动模式下工作，使得动力电池1根据驾驶员的实时需求进行浅充。对动力电池的充电的百分比取决于驾驶员的实时需求和驾驶员的设置的第二预定值数值的大小。例如，在一个具体的实施方式中，驾驶员有自行充电需求时，如确定半小时后可以进行插电充电，可以通过激活装置4控制从自动满充切换成电池定量浅充的状态，从而使得所充电量正好满足之后半小时的电量使用，以减少发动机21的油耗，提高节能性能。

图2是根据本发明一个实施例的用于电动车辆的功率跟随器与动力电池的控制装置的不同驱动模式之间切换的控制策略原理图。如图2所示，在T＝0时，动力电池1的电量处于最大值max处，在0-t₁时间内，驱动模式为第一驱动模式，动力电池1的电量逐渐减小至第一预定值。在T＝t₁时，动力电池1的电量处于第一预定值处，发动机21处于待启动状态，当动力电池1的电量小于第一预定值时，驱动模式切换为第二驱动模式，此时动力电池1停止工作，发动机21开始工作并带动发电机22发电，以同时输出电力驱动牵引电机5并为动力电池1充电。此时若激活装置处于未激活状态，如图中t₁-t₂时刻内，则第二预定值的大小基本上与最大值max相等，动力电池1能够在第二驱动模式下基本上充至满充状态。在t₂-t₃时间内，动力电池1充至满充状态后，控制器3控制器切换为第一驱动模式，重复0-t₁时间内的工作状态。在T＝t₃时，激活装置处于激活状态，此时，激活状态的第二预定值大小为驾驶员根据实时需求设定的数值，t₃-t₄时间内，处于第二驱动模式下，动力电池1充至激活状态的第二预定值大小处即停止充电，同时切换为第一驱动模式。在t₄-t₅时间内，处于第一驱动模式下，动力电池1单独工作以驱动牵引电机5转动，并不断交替性切换第一驱动模式和第二驱动模式，使得动力电池1处于浅充状态。

在一个优选的实施方式中，所述第一预定值为18-24％中任意一个百分比值。激活装置4处于未激活状态时，所述第二预定值为82-100％中任意一个百分比值。激活装置4处于激活状态时，所述第二预定值为25-82％中任意一个百分比值。本发明还设定动力电池1的最小电量min为15-18％之间的任一百分比值。从而使得动力电池1在充电和放电过程中，以限定动力电池的充电和放电的电量范围，使其荷电状态能够一直处于规定的范围内，避免电池荷电状态过高或过低，使得电池寿命延长。

进一步地，本发明的控制装置的驱动模式还包括第三驱动模式，所述动力电池1和所述功率跟随器2均同时输出电力以驱动所述牵引电机5；其中，所述控制器3被配置成：当所述第一驱动模式或所述第二驱动模式无法满足所述电动车辆的瞬时动力需求时选择所述第三驱动模式，并在所述电动车辆的瞬时动力需求回落时对应恢复到原第一驱动模式或第二驱动模式。例如，在车辆行驶过程中，避免不了的出现一些特殊工况例如爬长坡和/或急加速的情况。此时，在驱动模式为第一驱动模式或第二驱动模式下无法满足整车的动力需求，控制器控制动力电池1和所述功率跟随器2以第三驱动模式工作，动力电池1和所述功率跟随器2同时工作以提供电力驱动牵引电机5。并在特殊工况例如爬长坡和/或急加速消失后，所述电动车辆的瞬时动力需求可以被第一驱动模式或所述第二驱动模式满足时，控制器3对应地控制动力电池1和所述功率跟随器2恢复到特殊工况前的原第一驱动模式或第二驱动模式。

本发明提供的用于电动车辆的功率跟随器与动力电池的控制装置，通过采用功率跟随器与动力电池两种能量输出源为电动车辆提供动力，并将动力电池作为主要的能量输出源，通过控制器实现功率跟随器与动力电池两种能量输出源之间的不同驱动模式的切换，通过激活装置根据驾驶员的需求手动控制所述第二预定值的数值，以控制所述动力电池的充电量，使得降低了油耗，提高了节能性能。

本发明提供的用于电动车辆的功率跟随器与动力电池的控制装置，还设置了不同的预定值，以限定动力电池的充电和放电的电量范围，使得动力电池的荷电状态保持在规定的范围内，避免电池荷电状态过高或过低，使得电池寿命延长。

本发明还提供了一种用于电动车辆的功率跟随器与动力电池的控制方法，包括如下步骤：

采用动力电池1输出电力驱动所述电动车辆的牵引电机5；

采用功率跟随器2输出电力驱动所述电动车辆的所述牵引电机5和/或向所述动力电池1充电；

通过控制器3控制所述动力电池1和所述功率跟随器2的驱动模式；所述控制器3被配置成：当所述动力电池1的剩余电量不大于第一预定值时选择第二驱动模式，直至所述动力电池1的剩余电量升高至第二预定值；当所述动力电池1的剩余电量不小于所述第二预定值时选择第一驱动模式，直至所述动力电池1的剩余电量不大于所述第一预定值；并在所述第一驱动模式和所述第二驱动模式之间进行交替切换；所述第二预定值大于所述第一预定值；其中，所述第一驱动模式为所述动力电池1单独工作以输出电力驱动所述牵引电机5；所述第二驱动模式为所述功率跟随器2单独工作以输出电力驱动所述牵引电机5，并向所述动力电池1充电；

通过激活装置4根据驾驶员需求手动控制所述第二预定值的数值，以控制所述动力电池1的充电量。

进一步地，所述驱动模式还包括第三驱动模式，所述动力电池和所述功率跟随器均同时输出电力以驱动所述牵引电机；

其中，所述控制器被配置成：当所述第一驱动模式或所述第二驱动模式无法满足所述电动车辆的瞬时动力需求时选择所述第三驱动模式，并在所述电动车辆的瞬时动力需求回落时对应恢复到原第一驱动模式或第二驱动模式。

图3是根据本发明一实施例的用于电动车辆的功率跟随器与动力电池的控制方法的不同驱动模式切换控制的流程示意图。如图3所示，采用动力电池1输出电力驱动所述电动车辆的牵引电机5；采用功率跟随器2输出电力驱动所述电动车辆的所述牵引电机5和/或向所述动力电池1充电。包括以下步骤：

步骤1：动力电池1驱动车辆，

步骤2：当动力电池1电量下降到第一预定值(第一预定值>soc设定的最小值min，以避免过量放电对电池的损害)，启动发动机供电、停止电池供电。此时若：<1>若驾驶员对电池充电没有需求，即未激活激活装置4时，将自动控制电池充电直至为激活状态下的第二预定值(其大小基本上等同于soc设定的最大值max)，下一步进入步骤3。<2>若驾驶员有自行充电需求时，即激活激活装置4时，例如确定半小时后可以进行插电充电，可以通过换档杆上设计的激活装置4控制从自动满充切换成电池定量浅充的状态，下一步进入步骤4。同时需在车辆使用说明书中告知该功能。

步骤3：当SOC>＝最大值max，发动机21停机，重复步骤1。

步骤4：当SOC>＝第二预定值，发动机21停机，重复步骤1。

图4是根据本发明一实施例的控制装置的驾驶员根据需求请求定量充电模式的控制流程示意图。如图4所示，激活装置4集成设置在所述车辆的换挡杆处。在一个具体的实施方式中，激活装置4为激活摁扭C，代表Charging，可以实现电池定量充电,该激活摁扭C只有两种模式ON/OFF，分别表示激活和未激活，摁下为ON，抬起来为OFF。优选地，仪表盘上还可以显示当前状态如档位、是否正在充电，充电百分比值等信息。如图4所示，只有当换挡杆的位置位于D档(前进档)时才允许驾驶员激活该摁扭，同时仪表盘上显示当前状态D档并正在定量充电C；若该摁扭未激活，仪表盘上将只显示D档运行；否则仪表盘显示的为非D档。同时需在车辆使用说明书中告知该功能。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。