专利名称：多动力源汽车电动推进系统及其控制方法
技术领域：
本发明属于新能源汽车领域，具体说涉及一种多动力源汽车电动推进系统，可应 用于采用电机直接驱动的燃料电池汽车、混合动力汽车、纯电动汽车等新能源汽车。本发明还涉及一种控制方法，该方法用于上述所述电动推进系统。
背景技术：
目前新能源汽车的发展已明确了三大方向混合动力，纯电动以及燃料电池。而混 合动力技术动力系统构型具有多样性(串联、并联以及混联)，燃料电池汽车动力系统同样 存在不同的拓扑结构，因此给新能源汽车的开发带来相当的难度，主要表现在1)相关零 部件难以定型，形成系列化产品；2)动力系统构架多种多样，需要开发不同规格的零部件， 零部件难以通用，开发成本及产业化成本增加；3)控制策略需针对不同的构架，控制策略 复杂，开发难度及开发周期增加；4)动力系统平台难以共用，开发周期及开发成本上升。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种汽车电动推进系统，能应用于多动力源的新 能源汽车。本发明采用以下技术方案一种多动力源汽车电动推进系统，包括车辆控制单元，该单元发出指令及处理来 自各子系统控制器的信息；所述子系统包括车载供电系统，该单元接收所述测量控制单元 指令并输出电功率；电驱动系统，该系统根据电功率输出供车辆前景的转矩；及整车电动 附件系统；所述车辆控制单元、电驱动系统、及整车电动附件系统并联，且与高压母线电连 接。进一步地，所述电驱动系统包括功率电子单元和电机，所述子系统控制器包括控 制车载供电系统的能量管理系统、控制电驱动系统的电机控制单元、和控制整车电动附件 系统的电控单元，所述能量管理系统、控制电机控制单元和电控单元通过总线与车载控制 单元连接。进一步地，所述车载供电系统包括一个能量源。优选地，所述能量源为动力蓄电池。进一步地，所述车载供电系统包括一个主能量源和一个辅助能量源并联连接于高 压母线上。 优选地，所述主能量源为储能系统，所述辅助能量源为辅助功率单元。本发明可用于多种动力源汽车电动推进系统，建立了一个通用的构架平台，不仅 能共用关键零部件，降低整车成本，降低产业化成本。本发明要解决的另一个技术问题是提供一种汽车电动推进系统的控制方法，同样 能应用于多动力源的新能源汽车。一种多动力源汽车电动推进系统的控 方法，包括车辆控制单元、车载供电系统、电驱动系统和整车电功附件系统，所述车载供电系统、电驱动系统和整车电功附件系统并 联，且与高压母线电连接，车辆控制单元接收驾驶员的信号和分别来自所述车载供电系统、 电驱动系统和整车电功附件系统的的参数信息，进行处理并发出指令相应反馈给车载供电 系统、电驱动系统和整车电功附件系统。进一步地，所述车载供电系统包括一个主能量源和一个辅助能量源并联连接于高 压母线上，共同输出电功率，辅助能量源输出功率恒定；车辆控制单元根据车辆路况决定所 需电功率，当辅助能量源输出功率高于所需电功率时，高出的部分给主能量源充电；当辅助 能量源输出功率低于所需电功率时，主能量源补充不足的部分。本发明可用于多种动力源汽车电动推进系统，能实现对该电动推进系统的控制， 保证该系统工作于最佳状态。
图1为本发明涉及的多动力源汽车电动推进系统的构架示意图。图2为本发明涉及的多动力源汽车电动推进系统的控制方法的构架平台。图3为本发明涉及的多动力源汽车电动推进系统的控制方法中针对能量分配的 示意图。图4为本发明涉及的多动力源汽车电动推进系统的第一种实施例，应用于燃料电 池汽车上。图5为本发明涉及的多动力源汽车电动推进系统的第二种实施例，应用于混合动 力汽车上。图6为本发明涉及的多动力源汽车电动推进系统的的第三种实施例，同样应用于 混合动力汽车，但该实施例中只有蓄电池作为主能量源。。
具体实施例方式参见图1，本发明涉及的汽车电动推进系统包括车辆控制单元1，该单元发出指令 及处理来自各控制器的信息；车载供电系统2，该子系统接收车辆控制单元1的指令并输出 电功率；电驱动系统，包括功率电子单元3 (PEU)、电机和减速/差速机构，功率电子单元3 接收到电功率可控制电机4输出转矩经过减速/差速机构传递到车轮，驱动车辆前进；整车 电动附件系统，包括电动空调压缩机、冷却风扇、冷却水泵等，为车上除电机外其他同样需 要自带电机而驱动并控制的附件系统。其中，所述车载供电系统2可由燃料电池系统、动力 蓄电池、发动机/发电机系统来组成，所述电驱动系统中的电机4、减速差速机构5可集成 为一体式的同轴输出系统，以原汽车结构中解决尺寸大、布置困难的缺陷。电驱动系统也可 采用分布式的轮毂电机替代集中式的主电机驱动系统。车载供电系统采用具有相当能量密 度、功率密度可载车辆应用的能量源，例如太阳能发电系统、超级电容等。所述车载供电系 统2通过高压母线与功率电子单元3、整车电动附件系统4并联。车辆控制单元1也是动力控制平台的主控单元。上述车载供电系统2的控制器为 能量管理系统6 (EMS)，功率电子单元3的控制器为电机控制单元7 (MCU)，整车电动附件系 统4的控制器为电控单元8 (ECU)。动力控制平台呈分布式，所述能量管理系统6、电机控制 单元7、电控单元8分别控制和管理相关的子系统，而车辆控制单元1通过总线9与上述三
4个控制器连接，接收信号并负责扭矩管理策略、多能源分配策略、整车安全策略和故障检测 和处理。本发明的构型可分为两种构型独立式，混合式。所谓独立式构型，即车载供电系 统2由一个能量源组成动力蓄电池。此构型下，动力蓄电池作为电压源，提供车辆运行时 的全部功率需求，并回收车辆在减速或刹车时的能量。所谓混合式构型，即车载供电系统2由两个能量源并联组成主能量源，辅助能量 源。为保证系统动态响应、提高新能源汽车燃油经济性，主能量源可采用化学蓄电池、超级 电容或飞轮储能系统等储能系统，而辅助能量源采用辅助功率单元(APU)，包括燃料电池系 统、汽油/柴油发动机-发电机系统或者代用燃料发动机_发电机系统。辅助能量源提供 车辆常规速度行驶时所需的平均功率，而主能量源一方面用来提供峰值功率以补充车辆在 加速或爬坡时主能量源输出功率能力的不足，另一方面用于回收车辆在减速或刹车时的能 量。此构型下，高压直流母线的电压直接由储能系统决定，而与主能量源输出能力之间无耦 合关系，同时主能量源作为电流源，其功率输出可自由调节。另外，对应于该构架，有一种控制方法，用于实现上下电时序控制、驾驶员期望转 矩解析、能量管理、整车热管理、整车故障诊断及处理，可根据车载供电系统2的变化灵活 调整，能保证该系统工作于最佳状态。图2为本发明涉及的控制方法的构架平台。包括整 车控制器(设于车辆控制单元1上)，用于接收驾驶员发出的信号，及各子系统控制器发出 的信号并进行处理，将处理结果传送到各子系统控制器上。所述子系统包括能量管理系统 6 (EMS)、电机控制单元7 (MCU)和电控单元8 (ECU)，具体说，所述能量管理系统6包括辅助功 率单元控制器、储能系统控制器，所述电机控制单元7包括电机控制单元控制器，所述电控 单元8包括冷却系统控制器，空调系统控制器，电气系统控制器，显示单元控制器。整车控 制器接收辅助单元的功率值，并控制辅助单元的开/关，和需求功率。整车控制器接收储能 系统控制器的SOC (主能量源)参数和温度参数，并控制储能系统的开/关。整车控制器接 收电机驱动系统的转速、转矩、温度参数，并控制电机驱动系统的开/关。其它各子系统通 过控制器将参数发给整车控制器，由整车控制器在处理后作出相应的指令。在混合式构型中，基于车载供电系统由两个能量源并联组成，需对两能量源进行 能量分派。见图3，主能量源输出功率跟踪车辆行驶功率需求，当主能量源SOC较低时，启动 辅助能量源并输出恒定功率(最优工作点)，高于车辆行驶功率需求部分用于给主能量源 充电。当车辆行驶功率需求超过辅助能量源最优点功率时，由主能量源补充不足部分。当 主能量源SOC过高时，关闭主能量源。能量分配应确保1)合理分配辅助能量源和主能量 源之间的能量供给；2)主动控制辅助能量源尽量工作在最佳工况区域，包括启停控制和功 率输出控制；3)被动控制主能量源，补偿需求功率的波动部分-“削峰填谷”;4)调整主能 量源适当地充放电，控制其SOC保持在适当的范围内，兼顾主能量源的安全和性能优化。当采用独立式构型，只需取消辅助功率单元部分，去除能量分配策略即可。本方法具有多用途，可灵活在不同构型和不同车载供电系统切换，搭建了具有共 性技术的动力平台技术，有效解决了新能源汽车开发成本高、开发复杂以及开发周期长的 问题。以下为本发明涉及的电动推进系统的三个实施例。如图4所示，该电动推进系统应用于插电式燃料电池汽车中。该系统由一套小功率燃料电池系统(包括燃料电池和储氢系统)供电，并通过一个电流型的单向DC/DC与高 压母线连接。同时采用一套大功率的动力蓄电池与高压母线并联，主驱动电机系统与电动 附件系统(电动空调压缩机、冷却风扇、冷却水泵等)、电池(Battery)直接接入高压母线。 动力蓄电池可利用民用220V交流电充电，以提高车辆的续驶里程。由图可知，每个子系统 都设有控制器，包括燃料电池控制器尔⑶)，储氢系统控制器(HMU)，电池控制器(BMS)，DC/ DC控制器(DCF)，均与车辆控制单元连接。如图5所示，该电动推进系统应用于油电混合动力汽车中。该系统由一套发动机 /发电机系统供电，而动力蓄电池与高压母线并联，主驱动电机系统与电动附件系统(电 动空调压缩机、冷却风扇、冷却水泵等)、电池(Battery)直接接入高压母线。其中，发动 机与发电机通过相应的弹性装置直接连接，两者转速相同。由图可知，每个子系统都设有 控制器，均与车辆控制单元连接。辅助功率单元(APU)输出功率由测量控制单元VMS控制 EMS (发动机管理系统)以及GCU(发电机控制器)来实现。如图6所示，该电动推进系统应用于纯电动汽车中。该系统由动力蓄电池供电，主 驱动电机系统与电动附件系统(电动空调压缩机、冷却风扇、冷却水泵等)、电池(Battery) 直接接入高压母线。其中，车辆运行所需功率完全由动力蓄电池提供。由图可知，每个子系 统都设有控制器，均与车辆控制单元连接，包括电池管理系统(BMS)。
权利要求
一种多动力源汽车电动推进系统，其特征是包括车辆控制单元(1)，该单元发出指令及处理来自各子系统控制器的信息；所述子系统包括，车载供电系统(2)，该系统接收所述测量控制单元指令并输出电功率；电驱动系统，该系统根据电功率输出供车辆前景的转矩；及整车电动附件系统；所述车辆控制单元(1)、电驱动系统、及整车电动附件系统并联，且与高压母线电连接。
2.根据权利要求1所述的多动力源汽车电动推进系统，其特征是所述电驱动系统包 括功率电子单元⑶和电机(4)，所述子系统控制器包括控制车载供电系统(2)的能量管理 系统(6)、控制电驱动系统的电机控制单元(7)、和控制整车电动附件系统的电控单元(8)， 所述能量管理系统(6)、控制电机控制单元(7)和电控单元⑶通过总线(9)与车载控制单 元连接。
3.根据权利要求2所述的多动力源汽车电动推进系统，其特征是所述车载供电系统 (2)包括一个能量源。
4.根据权利要求3所述的多动力源汽车电动推进系统，其特征是所述能量源为动力 蓄电池。
5.根据权利要求2所述的多动力源汽车电动推进系统，其特征是所述车载供电系统 (2)包括一个主能量源和一个辅助能量源并联连接于高压母线上。
6.根据权利要求5所述的多动力源汽车电动推进系统，其特征是所述主能量源为储 能系统，所述辅助能量源为辅助功率单元。
7.一种多动力源汽车电动推进系统的控制方法，包括车辆控制单元(1)、车载供电系 统(2)、电驱动系统和整车电功附件系统，所述车载供电系统(2)、电驱动系统和整车电功 附件系统并联，且与高压母线电连接，其特征是车辆控制单元(1)接收驾驶员的信号和分 别来自所述车载供电系统(2)、电驱动系统和整车电功附件系统的的参数信息，进行处理并 发出指令相应反馈给车载供电系统(2)、电驱动系统和整车电功附件系统。
8.根据权利要求7所述的多动力源汽车电动推进系统的控制方法，其特征是所述车 载供电系统(2)包括一个主能量源和一个辅助能量源并联连接于高压母线上，共同输出电 功率，辅助能量源输出功率恒定；车辆控制单元(1)根据车辆路况决定所需电功率，当辅助 能量源输出功率高于所需电功率时，高出的部分给主能量源充电；当辅助能量源输出功率 低于所需电功率时，主能量源补充不足的部分。
全文摘要
本发明公开了一种多动力源汽车电动推进系统及其控制方法，所述电动推进系统包括车辆控制单元，该单元发出指令及处理来自各子系统控制器的信息；所述子系统包括，车载供电系统，该系统接收所述测量控制单元指令并输出电功率；电驱动系统，该系统根据电功率输出供车辆前景的转矩；及整车电动附件系统；所述车辆控制单元、电驱动系统、及整车电动附件系统并联，且与高压母线电连接。该系统可用于多种动力源汽车电动推进系统，建立了一个通用的构架平台，不仅能共用关键零部件，降低整车成本，降低产业化成本。
文档编号B60L11/00GK101947922SQ20101025208
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月12日 优先权日2010年8月12日
发明者卢冶, 曹建荣, 梁伟铭, 程伟, 税方 申请人:上海汽车工业(集团)总公司