一种增程式电动拖拉机控制方法及其系统与流程

本发明属于电动拖拉机技术领域，涉及一种双动力耦合传动装置及其控制方法，具体涉及一种基于作业时间控制阈值的增程式电动拖拉机控制方法及其系统。

背景技术：

目前，市场上的电动拖拉机大多数仍以柴油机作为动力源，这种传统柴油拖拉机不仅噪声大、效率低而且严重污染环境。电动拖拉机是使用电能来驱动车辆，相比传统柴油拖拉机电动拖拉机具有低排放、清洁无污染、低噪音和能量利用率高等优点，而且电机具有灵活控制的优点，进一步简化拖拉机的传动结构，因此电动拖拉机已成为了拖拉机发展新趋势。

在电动拖拉机的研究中，多采用单电机驱动，这种方式难以满足拖拉机的复杂工况，而混合动力拖拉机中电动机作为辅助动力，主要依靠柴油机作为主要动力，这种方式并未充分发挥电动机能量利用率高，控制灵活等特点。采用双电机来驱动拖拉机可以有效的提高电动拖拉机整个驱动系统的性能，双动力耦合机构可以有效的将双电机的动力进行汇流和分流，通过灵活控制双电机以满足拖拉机的复杂工况。

技术实现要素：

有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种增程式电动拖拉机控制方法及其系统，既达到节能减排的效果，又保护了动力电池组，延长其使用寿命。采用双电机来驱动拖拉机可以有效的提高电动拖拉机整个驱动系统的性能；并通过启动增程器，提供车辆的续驶里程，保证车辆的正常运行，发挥电动机能量利用率高，控制灵活等特点。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种增程式电动拖拉机控制方法，包括以下步骤：

s1：控制时间阈值判定过程：

s11：第一检测模块检测此次作业预判完成时间t0与按照纯电动模式工作下电池消耗至soc＝25％时所需要的时间t总；

s12：第一检测模块比较t0与t总的大小：当t总≥t0时，则整车控制器控制车辆以纯电动模式运行，直至作业结束；

当t总＜t0时，整车控制器控制增程器的开启与关闭，从而为车辆运行提供动力；

s2：控制电量阈值判定过程：

s21：定义电池总电量为c总、25％电池电量为c25，第二检测模块检测剩余电量需求c与当前实际soc；

s22：第二检测模块比较(c+c25)与(soc×c总)的大小：

当(c+c25)＞(soc×c总)时，则整车控制器控制其进行再循环判断；

当(c+c25)≤(soc×c总)时，则整车控制器以纯电动模式运行，直至作业结束。

进一步的，步骤s12中，当t总＜t0时，检测当前实际soc的大小：若soc＞90％，关闭增程器，以纯电动模式工作；若soc≤90％，整车控制器控制增程器的开启与关闭，从而为车辆运行提供动力。

进一步的，若当前实际soc≤90％，判断当前实际soc是否满足soc＞50％：若当前实际soc≤50％，增程器开启，进入增程模式；若当前实际soc＞50％，检测剩余电量需求c与当前实际soc，进入控制电量阈值判定过程。

进一步的，步骤s11中，检测此次作业预判完成时间t0的步骤包括：

a1：驾驶员在外界输入面板上输入作业目标，即作业面积s；

a2：根据平均作业速度得此次作业总时间其中，平均作业速度根据电动拖拉机每次作业平均速度的平均值而进行更新，其中第一次作业，则根据出厂作业平均时速设置。

进一步的，步骤s11中，其中，前15min平均每秒耗电量的计算步骤包括：

a1：获取前15min的能量总损耗en；

a2：根据前15min的能量总损耗en，得出前15min的平均每秒耗电量

(1)根据前15min的当前能量损耗en，求得前15min的总电量消耗值cn；其中，cn＝en/vf，vf是放电过程中，平均放电电压；

(2)根据前15min的总电量消耗值cn，可求得前15min平均每秒耗电量其中，

进一步的，获取前15min的能量总损耗en的步骤包括：

(1)在电动拖拉机行驶过程中，通过电流传感器和电压传感器，周期性获取动力电池组的放电电压u和放电电流i；

(2)根据放电电压u和放电电流i，更新动力电池组的当前能量损耗en：其中，en-1为前此更新后的动力电池组的能量损耗，t1为获取动力电池组的放电电压u和放电电流i的获取周期；

(3)根据动力电池组(5)的当前能量损耗en，得出前15min的当前能量损耗en。

进一步的，步骤s11中，按照纯电动模式工作下电池消耗至soc＝25％时所需要的时间t总，其计算步骤如下：

a1：在电动拖拉机上电时，获取动力电池组的总电量c总；

a2：根据动力电池组的总电量c总以及前15min平均每秒耗电量求得当前纯电动工作模式下电池消耗至25％时所需的时间t总：

进一步的，步骤s21中，剩余电量需求c的计算步骤包括：

a1：通过计时器面板显示已工作时间t1，根据预判完成作业时间t0，计算剩余工作时间t2＝t0-t1；

a2：根据剩余工作时间t2与放电量平均值得剩余电量需求c：

一种增程式电动拖拉机控制系统，包括机械传动系统、驱动电动机、驱动电动机控制器、功率变换器、动力电池组、bms、整车控制器、充电机、增程器、时间阈值处理器、信号箱，还包括用于完成控制时间阈值判定过程的第一检测模块、用于完成控制电量阈值判定过程的第二检测模块；

所述时间阈值处理器、信号箱、增程器、驱动电动机控制器均与整车控制器相连，所述驱动电动机与机械传动系统相连，增程器与动力电池组电性连接，充电机通过电性连接的方式连接所述动力电池组。

本发明的有益效果是：

一种增程式电动拖拉机控制方法及其系统，既达到节能减排的效果，又保护了动力电池组，延长其使用寿命。并通过启动增程器，提供车辆的续驶里程，保证车辆的正常运行。具体表现在：

本发明的系统中，各个模块相互配合，逻辑紧密，特别是整车控制器和增程器的紧密配合，使得电动拖拉机在双驱动模式下自由切换，发挥电动机能量利用率高，控制灵活等特点，满足了在不同行驶工况时的电能需求，凸显节能减排的效果；采用双电机来驱动拖拉机可以有效的提高电动拖拉机整个驱动系统的性能，双动力耦合机构可以有效的将双电机的动力进行汇流和分流，通过灵活控制双电机以满足拖拉机的复杂工况；

本发明的增程式控制方法中，首先预估本次作业总时间，采集前15min平均每秒耗电量并求得以纯电动模式运行至soc＝25％的时间t总。对本次作业总时间t0与纯电动模式运行最大时间进行t总判断。根据剩余工作时间与平均每秒耗电量计算剩余电量需求c。再由剩余电量需求c与25％电池总电量c25之和同当前实际soc与电池总电量c总乘积的大小，判断剩余作业路程是否可以由纯电动模式单独完成。其中，控制soc维持在50％～90％之间，使电池在大多数时间可以维持在放电高效率区，提高电池的使用效率。当电池soc大于90％时，控制车辆以纯电动模式运行，达到节能减排避免过充的效果；当电池soc小于50％时，控制车辆以增程模式运行，即控制增程器启动，为车辆提供运行动力的同时为动力电池组充电。根据此控制方法，可以使动力电池组得到充分利用，并在作业结束时，电池soc为25％，避免过放。从而既达到节能减排的效果，又保护了动力电池组，延长其使用寿命。并通过启动增程器，提供车辆的续驶里程，保证车辆的正常运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的控制方法整体流程示意图；

图中标记：1、机械传动系统，2、驱动电动机，3、驱动电动机控制器，4、功率变换器，5、动力电池组，6、bms，7、整车控制器，8、充电机，9、增程器，10、时间阈值处理器，11、信号箱。

具体实施方式

下面给出具体实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整、详细地说明。本实施例是以本发明技术方案为前提的最佳实施例，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种增程式电动拖拉机控制方法，包括以下步骤：

s1：控制时间阈值判定过程：

s11：第一检测模块检测此次作业预判完成时间t0与按照纯电动模式工作下电池消耗至soc＝25％时所需要的时间t总；

s12：第一检测模块比较t0与t总的大小：当t总≥t0时，则整车控制器7控制车辆以纯电动模式运行，直至作业结束；

当t总＜t0时，整车控制器7控制增程器9的开启与关闭，从而为车辆运行提供动力；

s2：控制电量阈值判定过程：

s21：定义电池总电量为c总、25％电池电量为c25，第二检测模块检测剩余电量需求c与当前实际soc；

s22：第二检测模块比较(c+c25)与(soc×c总)的大小：

当(c+c25)＞(soc×c总)时，则整车控制器7控制其进行再循环判断；

当(c+c25)≤(soc×c总)时，则整车控制器7以纯电动模式运行，直至作业结束。因此在作业结束时电池剩余电量soc＝25％，不会造成电池过放。并在作业结束时，使电池的电量得到了充分运用，动力电池组得到最大化利用。并且，增程器9的开启在满足车辆运行动力的情况下还可以为动力电池组充电，从而可以延长行驶里程，满足车辆的运行条件，对节能减排的环保倡议做出相应支持。

进一步的，步骤s12中，当t总＜t0时，检测当前实际soc的大小：若soc＞90％，关闭增程器9，以纯电动模式工作；若soc＜90％，整车控制器7控制增程器9的开启与关闭，从而为车辆运行提供动力。

进一步的，若当前实际soc≤90％，判断当前实际soc是否满足soc＞50％：若当前实际soc≤50％，增程器9开启，进入增程模式；若当前实际soc＞50％，检测剩余电量需求c与当前实际soc，进入控制电量阈值判定过程。进一步的，控制电池放电范围在50％90％之间，而一般电池放电的高效率区soc值范围在50％～80％之间，因此该增程式控制方法可以使电池在大多数时间维持在放电高效率区。

进一步的，步骤s11中，检测此次作业预判完成时间t0的步骤包括：

a1：驾驶员在外界输入面板上输入作业目标，即作业面积s；

a2：根据平均作业速度得此次作业总时间其中，平均作业速度根据电动拖拉机每次作业平均速度的平均值而进行更新，其中第一次作业，则根据出厂作业平均时速设置。

进一步的，步骤s11中，其中，前15min平均每秒耗电量的计算步骤包括：

a1：获取前15min的能量总损耗en；

a2：根据前15min的能量总损耗en，得出前15min的平均每秒耗电量

(1)根据前15min的当前能量损耗en，求得前15min的总电量消耗值cn；其中，cn＝en/vf，vf是放电过程中，平均放电电压；

(2)根据前15min的总电量消耗值cn，可求得前15min平均每秒耗电量其中，

进一步的，获取前15min的能量总损耗en的步骤包括：

(1)在电动拖拉机行驶过程中，通过电流传感器和电压传感器，周期性获取动力电池组5的放电电压u和放电电流i；

(2)根据放电电压u和放电电流i，更新动力电池组5的当前能量损耗en：其中，en-1为前此更新后的动力电池组5的能量损耗，t1为获取动力电池组5的放电电压u和放电电流i的获取周期；

(3)根据动力电池组5的当前能量损耗en，得出前15min的当前能量损耗en。

进一步的，步骤s11中，按照纯电动模式工作下电池消耗至soc＝25％时所需要的时间t总，其计算步骤如下：

a1：在电动拖拉机上电时，获取动力电池组5的总电量c总；整车控制器7通过与电池管理系统bms6通信，获取所述动力电池组5的总电量c总；

a2：根据动力电池组的总电量c总以及前15min平均每秒耗电量求得当前纯电动工作模式下电池消耗至25％时所需的时间t总：

进一步的，步骤s21中，剩余电量需求c的计算步骤包括：

a1：通过计时器面板显示已工作时间t1，根据预判完成作业时间t0，计算剩余工作时间t2＝t0-t1；

a2：根据剩余工作时间t2与放电量平均值得剩余电量需求c：

本发明的一种增程式电动拖拉机控制系统，包括机械传动系统1、驱动电动机2、驱动电动机控制器3、功率变换器4、动力电池组5、bms(电池管理系统)6、整车控制器7、充电机8、增程器9、时间阈值处理器10、信号箱11，还包括用于完成控制时间阈值判定过程的第一检测模块、用于完成控制电量阈值判定过程的第二检测模块；

所述时间阈值处理器10、信号箱11、增程器9、驱动电动机控制器3均与整车控制器7相连，所述驱动电动机2与机械传动系统1相连，增程器9与动力电池组5电性连接，充电机8通过电性连接的方式连接所述动力电池组5。

本发明的工作流程为：

本发明的控制方法中，首先预估本次作业总时间，采集前15min平均每秒耗电量并求得以纯电动模式运行至soc＝25％的时间t总。对本次作业总时间t0与纯电动模式运行最大时间进行t总判断。根据剩余工作时间与平均每秒耗电量计算剩余电量需求c。再由剩余电量需求c与25％电池总电量c25之和同当前实际soc与电池总电量c总乘积的大小，判断剩余作业路程是否可以由纯电动模式单独完成。其中，控制soc维持在50％～90％之间，使电池在大多数时间可以维持在放电高效率区，提高电池的使用效率。当电池soc大于90％时，控制车辆以纯电动模式运行，达到节能减排避免过充的效果；当电池soc小于50％时，控制车辆以增程模式运行，即控制增程器启动，为车辆提供运行动力的同时为动力电池组充电。根据此控制方法，可以使动力电池组得到充分利用，并在作业结束时，电池soc为25％，避免过放。从而既达到节能减排的效果，又保护了动力电池组，延长其使用寿命。并通过启动增程器，提供车辆的续驶里程，保证车辆的正常运行。

进一步的，本发明中，当增程器9输出功率大于车辆运行的功率需求时，多余的能量用于为车辆动力电池组充电。另外，整车控制器7用于实现该动力系统的增程控制。

进一步的，本发明的增程式控制方法应用范围较为广泛，可以适用于很多类型的混合动力系统，比如：混合动力系统客车，混合动力系统货车，混合动力系统轿车，混合动力系统拖拉机等，在本实例中，以混合动力系统拖拉机为例。而且，本发明的发明点在于控制方法，并不局限于实施该方法的动力系统，动力系统可以是图1所示的结构，也可以是现有当中的其他的结构，本实施例以图1所示的结构为例来说明控制方法。

本发明中，机械传动系统1用来满足拖拉机的传动需求；驱动电动机2用来驱动拖拉机运行；整车控制器7根据动力电池组5的当前实际soc和其他控制信息，控制驱动电动机3、bms(电池管理系统)6、以及增程器9来控制驱动力的分配；功率变换器4包括并不仅限于双向dc/dc电能变换器，用来调节驱动电动机2与动力电池组5之间的电压，并具有良好的动态特性，以满足驱动电动机2在不同行驶工况时的电能需求。动力电池组5用来为车辆提供驱动能量。充电机8用来在夜间或者停车时为动力电池组5充电，能够充分利用电网电谷，提高电能的利用率，为节能减排做出贡献。增程器9用来为车辆提供运行动力的同时为动力电池组5充电，从而提高续驶里程，满足车辆的运行要求。时间阈值处理器10包括计时器面板，外界输入控制板，电量传感器，电压传感器等，从而满足拖拉机对时间阈值的判断。其中计时器面板用于显示当前车辆运行时间等信息；外界输入控制板用于驾驶员输入作业目标即作业面积，从而通过平均速度，求得完成作业总时间；电量传感器与电压传感器用于周期性检测当前动力电池组的放电电压u与放电电流i，为求前15min平均每秒放电量消耗值做准备。信号箱11包括驱动转矩控制器，soc检测模块，拖拉机停启控制器，制动反馈能量回收控制器等。其中驱动转矩控制器输出车辆所需的驱动转矩，相当于传统的油面开度；拖拉机停启控制器用于控制车辆的启动或者停止；soc检测模块用于检测动力电池组5的当前实际soc值。制动反馈能量回收控制器用于回收制动反馈能量，从而更凸显节能减排的效果。

本实施例中，拖拉机有两个工作模式：纯电动模式和增程式模式，其中，拖拉机处于纯电动模式时，动力电池组5为驱动电动机2提供电能，此时增程器9关闭，不参与工作。

以上显示和描述了本发明的主要特征、基本原理以及本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。