电能限幅装置以及移动充电车的制作方法

本实用新型涉及新能源汽车技术，特别涉及用于移动充电车的电能限幅装置以及包含该电能限幅装置的移动充电车。

背景技术：

近年来随着电动车汽车市场急速发展，城市充电设施建设不到位，中长途/特定线路和大型活动后勤等充电保障日益困难，因而移动充电车逐渐成为充电保障网络的重要一环。

按照运行模式划分，移动充电车通常包括燃油车带储能电池型、电动车带储能电池型、纯取力发电型和取力发电加储能电池型等多种类型。基于取力发电加储能电池的移动充电车很好地兼顾了续航里程、携能多和高充电功率的要求，因此受到用户的青睐。但是由于需要同时考虑发动机寿命和充电服务的满足度，因此这种模式对于系统控制的要求较高。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的是提供一种用于移动充电车的电能限幅装置，其能够提高充电车的充电效率和充电过程的鲁棒性。

按照本实用新型的一个或多个实施例的用于移动充电车的电能限幅装置包含：

输入模块，配置为接收与发动机相关联的运行状态参数；

处理模块，配置为根据所述运行状态参数来确定所述取力发电单元的可用发电能力(P.GenPwrMax)或优化发电能力(P.GenPwrOpt)，以及针对不同的工作模式，根据所述可用发电能力(P.GenPwrMax)或优化发电能力(P.GenPwrOpt)来确定所述电能输出单元的输出电能的范围(P11,P12)；以及

输出模块，配置为输出所确定的输出电能的范围(P11,P12)。

优选地，在上述电能限幅装置中，所述运行状态参数为发动机的转速(ω0)，所述处理模块配置为根据所述发动机的转速(ω0) 来确定所述取力发电单元中的发电机的可用发电能力 (P.GenPwrMax)或优化发电能力(P.GenPwrOpt)。

优选地，在上述电能限幅装置中，根据所述取力发电单元中的发电机的转速(ω1)、变速箱档位和分动箱切换位置确定所述发动机的转速(ω0)。

优选地，在上述电能限幅装置中，所述运行状态参数为变速箱档位和分动箱切换位置，所述处理模块配置为根据所述变速箱档位和分动箱切换位置来确定所述取力发电单元中的发电机的可用发电能力(P.GenPwrMax)或优化发电能力(P.GenPwrOpt)。

优选地，在上述电能限幅装置中，所述工作模式为极速模式，在该模式下依照下列方式确定所述电能输出单元的输出电能的范围 (P11,P12)：

根据所述取力发电单元的可用发电能力(P.GenPwrMax)和所述储能电池单元的输出电能的最大值(V.BatPwrMax)确定所述电能输出单元的输出电能的上限(P11)，并且将所述电能输出单元的输出电能的最小值确定为所述电能输出单元的输出电能的下限 (P12)。

优选地，在上述电能限幅装置中，所述工作模式为续航模式，在该模式下依照下列方式确定所述电能输出单元的输出电能的范围 (P11,P12)：

将所述取力发电单元的可用发电能力(P.GenPwrMax)确定为所述电能输出单元的输出电能的上限(P11)，并且将所述电能输出单元的输出电能的最小值确定为所述电能输出单元的输出电能的下限(P12)。

优选地，在上述电能限幅装置中，所述工作模式为经济模式，在该模式下依照下列方式确定所述电能输出单元的输出电能的范围 (P11,P12)：

根据所述取力发电单元的优化发电能力(P.GenPwrOpt)和所述储能电池单元的输出电能的最大值(V.BatPwrMax)确定所述电能输出单元的输出电能的上限(P11)，并且根据所述取力发电单元的优化发电能力(P.GenPwrOpt)和所述储能电池单元的输出电能的最小值(V.BatPwrMin)确定所述电能输出单元的输出电能的下限(P12)。

优选地，在上述电能限幅装置中，所述工作模式为电池寿命模式，在该模式下依照下列方式确定所述电能输出单元的输出电能的范围(P11,P12)：

对所述储能电池单元的输出电能的优化值(V.BatPwrCmd0)执行限幅操作以确定所述储能电池单元的输出电能的设定值(P31)，其中，限幅操作的上限由充电需求(P10)确定，下限由所述取力发电单元的可用发电能力(P.GenPwrMax)的相反值确定；

根据所述取力发电单元的可用发电能力(P.GenPwrMax)和所述储能电池单元的输出电能的设定值(P31)确定所述电能输出单元的输出电能的上限(P11)，并且将所述电能输出单元的输出电能的最小值确定为所述电能输出单元的输出电能的下限(P12)。

优选地，在上述电能限幅装置中，所述电能输出单元的输出电能的范围以功率范围或电流范围表示。

本实用新型的另一个目的是提供一种移动充电车，其能够提高充电效率和充电过程的鲁棒性。

按照本实用新型一个或多个实施例的移动充电车，包括：

发动机；

电能输出单元；

与所述发动机耦合的取力发电单元；

储能电池单元；

电能限幅装置；以及

与所述电能输出单元和所述电能限幅装置耦合的充电管理单元，其配置为控制所述电能输出单元对电动汽车的充电过程，

其中，所述取力发电单元和储能电池单元并联接入所述电能输出单元，

其中，所述电能限幅装置包括：

输入模块，配置为接收与所述发动机相关联的运行状态参数；

处理模块，配置为根据所述运行状态参数来确定所述取力发电单元的可用发电能力(P.GenPwrMax)或优化发电能力 (P.GenPwrOpt)，以及针对不同的工作模式，根据所述可用发电能力(P.GenPwrMax)或优化发电能力(P.GenPwrOpt) 来确定所述电能输出单元的输出电能的范围(P11,P12)；以及输出模块，配置为输出所确定的输出电能的范围 (P11,P12)。

优选地，在上述移动充电车中，所述电能输出单元包括DC/DC 模块；所述取力发电单元包括：与发动机耦合的分动箱、与所述分动箱耦合的发电机和与所述发电机耦合的AC/DC模块，所述AC/DC 模块经公共直流母线与所述电能输出单元的DC/DC模块耦合；其中，所述储能电池单元包括储能电池和与所述储能电池耦合的双向 DC/DC模块，所述双向DC/DC模块经所述公共直流母线与所述电能输出单元的DC/DC模块耦合。

优选地，在上述移动充电车中，所述电能输出单元包括AC/DC 模块；所述取力发电单元包括：与发动机耦合的分动箱、与所述分动箱耦合的发电机和与所述发电机耦合的AC/AC模块，所述发电机经公共交流母线与所述电能输出单元的AC/DC模块耦合；其中，所述储能电池单元包括储能电池和与所述储能电池耦合的双向 DC/AC模块，所述双向DC/AC模块经所述公共交流母线与所述电能输出单元的AC/DC模块耦合。

优选地，在上述移动充电车中，其中，所述电能输出单元为直流或交流充电桩。

与现有的移动充电车相比，按照本实用新型的一个或多个实施例通过静态或动态调整电能输出的限幅，能够减少充电过程中发动机过载和熄火等事件的发生，延长发动机寿命和提高充电服务的满足度。

附图说明

本实用新型的上述和/或其它方面和优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解，附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示。附图包括：

图1为按照本实用新型一个实施例的移动充电车的示意框图。

图2为按照本实用新型另一个实施例的移动充电车的示意框图。

图3为按照本实用新型另一个实施例的电能限幅装置的示意框图，其可应用于图1和2所示的实施例。

图4为极速模式(a)下确定电能输出单元的输出电能范围的示意图。

图5为续航模式(b)下确定电能输出单元的输出电能范围的示意图。

图6为经济模式(c)下确定电能输出单元的输出电能范围的示意图。

图7为电池寿命模式(d)下确定电能输出单元的输出电能范围的示意图。

图8为按照本实用新型另一个实施例的用于移动充电车的能量管理方法的流程图。

具体实施方式

下面参照其中图示了本实用新型示意性实施例的附图更为全面地说明本实用新型。但本实用新型可以按不同形式来实现，而不应解读为仅限于本文给出的各实施例。给出的上述各实施例旨在使本文的披露全面完整，以将本实用新型的保护范围更为全面地传达给本领域技术人员。

在本说明书中，诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本实用新型的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。

诸如“第一”和“第二”之类的用语并不表示单元在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元之用。

在以下的描述中，术语“与发动机相关联的运行状态参数”应当宽泛地理解为涉及发动机运行的各种状态参数，例如包括但不限于下列中的一种或多种：发动机的转速(其可以直接测得或者基于发电机的状态参数估算)、变速箱档位和分动箱切换位置等。

图1为按照本实用新型一个实施例的移动充电车的示意框图。

如图1所示的移动充电车10包括电能输出单元110、发动机120、取力发电单元130、储能电池单元140、电能限幅装置150、充电管理单元160、第一控制器170A、第二控制器170B和第三控制器170C 以及电子控制单元(ECU)180。

在图1所示的移动充电车10中，示例性地，电能输出单元110 包括DC/DC模块111，其将来自取力发电单元120和储能电池单元 130的DC输出转换至适于充电的直流电压范围。可选地，电能输出单元110也可包括DC/AC模块以提供交流充电。

如图1所示，取力发电单元130包括与发动机120耦合的分动箱131、与分动箱131耦合的发电机132(例如永磁发电机)和与发电机132耦合的AC/DC模块133，其中，AC/DC模块133经公共直流母线与电能输出单元110的DC/DC模块111耦合。另一方面，储能电池单元140包括储能电池141和与储能电池141耦合的双向 DC/DC模块142，其中，双向DC/DC模块142也经公共直流母线与电能输出单元110的DC/DC模块111耦合。由此，取力发电单元 130和储能电池单元140被并联接入电能输出单元110。

需要指出的是，取力发电单元130和储能电池单元140的电能输出也可以为交流形式。在这种情况下，电能输出单元110的DC/DC 模块111被替换为AC/DC模块或AC/AC模块，取力发电单元130 的AC/DC模块133被替换为AC/AC模块，储能电池单元140的双向DC/DC模块142被替换为双向DC/AC模块，并且取力发电单元 130的AC/AC模块和储能电池单元140的双向DC/AC模块可以经公共交流母线并联连接至电能输出单元110的AC/DC模块或 AC/AC模块。此外，发电机132的电能输出也可以直接接入公共交流母线。

在图1所示的移动充电车10中，电能限幅装置150与ECU 180 耦合，其配置为根据与发动机相关联的运行状态参数来确定取力发电单元的可用发电能力P.GenPwrMax或优化发电能力 P.GenPwrOpt，并且针对不同的工作模式，根据可用发电能力 P.GenPwrMax或优化发电能力P.GenPwrOpt来确定电能输出单元的输出电能的范围(例如上限P11和下限P12)。在本实施例中，电能输出单元的输出电能的范围以功率范围或电流范围表示。

示例性地，可用发电能力可以是取力发电单元能够产生的最大电能在扣除辅助电源能耗、功率链路损耗等之后的电能值；优化发电能力可以是当发动机运行于特定优化工作目标区域(该目标区域可以基于油耗、尾气排放和耐久等因素中的一个或多个而确定)内时，取力发电单元产生的电能在扣除辅助电源能耗、功率链路损耗等之后的电能值。在本实施例中，运行状态参数为发动机120的转速ω0，其例如可以由ECU 180提供。电能限幅装置150可由发动机的转速ω0来确定取力发电单元中的发电机的可用发电能力 P.GenPwrMax或优化发电能力P.GenPwrOpt。具体地，可以按照下列方式来确定P.GenPwrMax或P.GenPwrOpt。首先，根据预先确定的发动机转速-功率曲线或发动机转速-转矩曲线确定取力发电单元中的发电机的最大发电能力或额定优化发电能力，随后扣除移动充电车的辅助供电需求V.AuxPwr(例如车载照明和空调耗电)，并且计入分动箱的转换效率η1、AC/DC模块133和DC/DC模块111 的转换效率η2等，从而得到P.GenPwrMax或P.GenPwrOpt。

可选地，在本实施例中，运行状态参数也可以是变速箱档位和分动箱切换位置(例如由ECU 180提供)。在这种情况下，电能限幅装置150配置为根据变速箱档位和分动箱切换位置来确定取力发电单元中的发电机的可用发电能力(P.GenPwrMax)或优化发电能力(P.GenPwrOpt)。

如图1所示，电能限幅装置150与充电管理单元160耦合，以从充电管理单元160接收充电需求P10，并向充电管理单元160指示所确定的电能输出单元的输出电能的范围以使充电管理单元160 经第三控制器170C控制电能输出单元110对电动汽车30的充电过程。

图2为按照本实用新型另一个实施例的移动充电车的示意框图。

如图2所示的移动充电车20包括电能输出单元210、发动机220、取力发电单元230、储能电池单元240、电能限幅装置250、充电管理单元260、第一控制器270A、第二控制器270B和第三控制器270C、转速换算单元280。

与图1所示的实施例相比，在本实施例中，电能限幅装置250 与转速换算单元280耦合以从转速换算单元280接收发动机转速ω0，这里的发动机转速ω0为转速换算单元280根据发电机的转速ω1、变速箱档位和分动箱切换位置计算得到的转换值。同样地，电能限幅装置150可配置为按照与图1所示实施例相同或类似的方式，根据与发动机相关联的运行状态参数确定取力发电单元的可用发电能力 P.GenPwrMax或优化发电能力P.GenPwrOpt，并且针对不同的工作模式，根据可用发电能力P.GenPwrMax或优化发电能力 P.GenPwrOpt来确定电能输出单元的输出电能的范围。

图3为按照本实用新型另一个实施例的电能限幅装置的示意框图，其可应用于图1和2所示的实施例。

图3所示的电能限幅装置350包括输入模块351、处理模块352 和输出模块353。在图3所示的电能限幅装置350中，输入模块351 配置为从ECU 180或者转速换算单元280接收与发动机相关联的运行状态参数(例如前述发动机转速和分动箱切换位置)。此外，输入模块351还可配置为从充电管理单元160接收充电需求P10。

在图3所示的实施例中，输入模块351还配置为接收工作模式指令M，有关工作模式的特征将在下面作进一步的描述。工作模式指令M可以由操作人员经人机接口向输入模块351提供，或者由移动充电车(例如整车控制器)根据移动充电车的状态(例如储能电池工况、剩余容量(SOC)、功率限制和寿命要求以及发动机功率曲线和效率曲线的优化需求等)和充电需求生成并提供给输入模块 351。

如图3所示，处理模块352与输入模块351耦合，其配置为根据与发动机相关联的运行状态参数来确定取力发电单元的可用发电能力P.GenPwrMax或优化发电能力P.GenPwrOpt，并且针对不同的工作模式，根据可用发电能力P.GenPwrMax或优化发电能力 P.GenPwrOpt来确定电能输出单元的输出电能的范围。

参见图3，输出模块353与处理模块352耦合，其配置为向充电管理单元160输出电能输出单元的输出电能的范围。

在本实施例中，工作模式可以包括下列模式：

(a)极速模式：取力发电单元和储能电池同时向电能输出单元供电；

(b)续航模式：取力发电单元单独向电能输出单元供电；

(c)经济模式：取力发电单元向电能输出单元供电，同时对储能电池单元充电或放电；以及

(d)电池寿命模式：取力发电单元向电能输出单元供电，同时对储能电池执行特定模式的充电或放电。

以下对各种工作模式作进一步的描述。

图4为极速模式(a)下确定电能输出单元的输出电能范围的示意图。

参见图4，根据取力发电单元的可用发电能力P.GenPwrMax和储能电池单元的输出电能的最大值V.BatPwrMax确定电能输出单元的输出电能的上限P11(例如P11可以为P.GenPwrMax和 V.BatPwrMax之和)，并且随后将电能输出单元的输出电能的最小值确定为电能输出单元的输出电能的下限P12(例如为0)。

图5为续航模式(b)下确定电能输出单元的输出电能范围的示意图。

参见图5，将取力发电单元的可用发电能力P.GenPwrMax确定为电能输出单元的输出电能的上限P11，并且将电能输出单元的输出电能的最小值确定为电能输出单元的输出电能的下限P12(例如为0)。

图6为经济模式(c)下确定电能输出单元的输出电能范围的示意图。

参见图6，根据取力发电单元的优化发电能力P.GenPwrOpt和储能电池单元的输出电能的最大值V.BatPwrMax确定电能输出单元的输出电能的上限P11(例如P11可以是P.GenPwrOpt和V.BatPwrMax二者之和)，并且根据取力发电单元的优化发电能力 P.GenPwrOpt和储能电池单元的输出电能的最小值V.BatPwrMin 确定电能输出单元的输出电能的下限P12(例如P12可以是 P.GenPwrOpt和V.BatPwrMin二者之和)。

图7为电池寿命模式(d)下确定电能输出单元的输出电能范围的示意图。

参见图7，首先对储能电池单元的输出电能的优化值 V.BatPwrCmd0执行限幅操作以确定储能电池单元的输出电能的设定值P31，其中，限幅操作的上限由充电需求P10确定，下限由取力发电单元的可用发电能力P.GenPwrMax的相反值确定。随后，根据取力发电单元的可用发电能力P.GenPwrMax和储能电池单元的输出电能的设定值P31确定电能输出单元的输出电能的上限P11 (P11例如可以是P.GenPwrMax与P31二者之和)，并且将电能输出单元的输出电能的最小值确定为电能输出单元的输出电能的下限 P12(例如为0)。

图8为按照本实用新型另一个实施例的用于移动充电车的能量管理方法的流程图。示例性地，这里以图3所示的电能限幅装置作为方法实施的载体。但是需要指出的是，本实施例并不局限于具有上述特征的电能限幅装置。

如图8所示，在步骤810，输入模块351接收与发动机相关联的运行状态参数。

随后进入步骤820，处理模块352根据运行状态参数来确定所述取力发电单元的可用发电能力P.GenPwrMax或优化发电能力 P.GenPwrOpt，并且针对不同的工作模式，根据可用发电能力 P.GenPwrMax或优化发电能力P.GenPwrOpt来确定电能输出单元的输出电能的范围。

接着进入步骤830，输出模块353输出所确定的输出电能的范围。

提供本文中提出的实施例和示例，以便最好地说明按照本技术及其特定应用的实施例，并且由此使本领域的技术人员能够实施和使用本实用新型。但是，本领域的技术人员将会知道，仅为了便于说明和举例而提供以上描述和示例。所提出的描述不是意在涵盖本实用新型的各个方面或者将本实用新型局限于所公开的精确形式。

鉴于以上所述，本公开的范围通过以下权利要求书来确定。