本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車領(lǐng)域,涉及一種混合動(dòng)力汽車DC/DC控制方法。
背景技術(shù):
在環(huán)境污染、能源危機(jī)日益嚴(yán)重的今天,電動(dòng)汽車特別是混合動(dòng)力汽車已經(jīng)成為汽車行業(yè)研究的熱點(diǎn)?;旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車普遍去除傳統(tǒng)車輛的發(fā)電機(jī),而采用DC/DC將高壓電轉(zhuǎn)換為低壓電的方式為12V蓄電池和整車低壓負(fù)載提供電能。
對(duì)于不可外接充電的混合動(dòng)力汽車,或者進(jìn)入電量平衡模式的可外接充電混合動(dòng)力汽車,DC/DC的電能來源只有電機(jī)發(fā)電,但是電能傳遞路徑有兩種:第一種是電機(jī)所發(fā)電能直接傳遞到DC/DC;第二種是電機(jī)所發(fā)電能傳遞到動(dòng)力電池并存儲(chǔ),動(dòng)力電池放電時(shí)再傳遞到DC/DC輸入端。減少第二種電能傳遞方式的時(shí)間,從而降低動(dòng)力電池充放電能量損耗,提高高壓電到低壓電的能量轉(zhuǎn)換效率,將直接影響到整車經(jīng)濟(jì)性。
以往專利中,專利CN201010103517.5公開了一種中度混合動(dòng)力汽車DC/DC控制方法,DC/DC的開啟關(guān)閉控制由車輛系統(tǒng)運(yùn)行模式、動(dòng)力電池SOC及DC/DC故障狀態(tài)決定,輸出電壓等級(jí)由通過監(jiān)測(cè)輸出電流決定,輸出電壓只有14.5V和12V兩個(gè)等級(jí),與本發(fā)明相比,控制方法不同,無法降低動(dòng)力電池充放電能量損耗,且不能合理利用蓄電池儲(chǔ)存的低壓電能;專利CN201310121615.5公開了一種混合動(dòng)力汽車低壓供電系統(tǒng)及其控制方法,其供電系統(tǒng)保留了低壓發(fā)電機(jī),控制方法側(cè)重于低壓發(fā)電機(jī)與DC/DC的協(xié)調(diào)供電,與本發(fā)明相比,沒有涉及到DC/DC的自動(dòng)開啟與關(guān)閉控制,以及DC/DC輸出電壓等級(jí)的控制。
現(xiàn)階段,混合動(dòng)力汽車電機(jī)所發(fā)電能到DC/DC的傳遞過程中,損耗最大的部分為動(dòng)力電池充放電損耗,導(dǎo)致高壓電到低壓電的能量轉(zhuǎn)換效率降低,不利于節(jié)油。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明根據(jù)上述問題提出了一種混合動(dòng)力汽車DC/DC控制方法,該方法能夠最大限度避免電能傳遞過程中的動(dòng)力電池充放電損耗,提高能量轉(zhuǎn)換效率,達(dá)到節(jié)油目的,具有控制邏輯簡(jiǎn)單,實(shí)現(xiàn)方便,不需額外增加硬件的優(yōu)勢(shì)。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種混合動(dòng)力汽車DC/DC控制方法,具體步驟如下:
步驟一、整車控制器檢測(cè)動(dòng)力電池端高壓直流母線電流信號(hào)、12V蓄電池端低壓直流母線電流信號(hào)和12V蓄電池端電壓信號(hào):
整車控制器通過第一霍爾電流傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)動(dòng)力電池端高壓直流母線的電流,第一霍爾電流傳感器安裝于高壓直流母線動(dòng)力電池端的正極處,要求電流由電機(jī)控制器流向動(dòng)力電池作為正電流,電流由動(dòng)力電池流向電機(jī)控制器或DC/DC作為負(fù)電流,整車控制器根據(jù)所使用的第一霍爾電流傳感器的輸出特性對(duì)其檢測(cè)的電流進(jìn)行解析;
整車控制器通過第二霍爾電流傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)12V蓄電池端低壓直流母線的電流,第二霍爾電流傳感器安裝于低壓直流母線12V蓄電池端的正極處,要求電流由DC/DC流向12V蓄電池作為正電流,電流由12V蓄電池流向整車低壓負(fù)載為負(fù)電流,整車控制器根據(jù)所使用的第二霍爾電流傳感器的輸出特性對(duì)其檢測(cè)的電流進(jìn)行解析;
整車控制器通過霍爾電壓傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)12V蓄電池端電壓,霍爾電壓傳感器安裝于低壓直流母線的12V蓄電池端,整車控制器根據(jù)所使用的霍爾電壓傳感器的輸出特性對(duì)其檢測(cè)的電壓進(jìn)行解析;
步驟二、整車控制器判斷動(dòng)力電池充放電狀態(tài):
按照步驟一中要求對(duì)第一霍爾電流傳感器安裝,并進(jìn)行其信號(hào)解析后,整車控制器進(jìn)行動(dòng)力電池的充放電狀態(tài)判斷,當(dāng)解析的動(dòng)力電池端高壓直流母線的電流值為正時(shí),動(dòng)力電池處于放電狀態(tài),當(dāng)解析的動(dòng)力電池端高壓直流母線的電流值為負(fù)時(shí),動(dòng)力電池處于充電狀態(tài),當(dāng)解析的電流值為0時(shí),動(dòng)力電池處于不充不放狀態(tài),即:
其中iHighVoltage(t)為當(dāng)前動(dòng)力電池端高壓直流母線的電流;
步驟三、整車控制器估算當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池的荷電狀態(tài)SOC:
車輛鑰匙門On后,采用安時(shí)法對(duì)當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池荷電狀態(tài)SOC進(jìn)行估算,估算方程為:
其中SOC0為初始時(shí)刻12V蓄電池的荷電狀態(tài),CN為12V蓄電池廠家提供的12V蓄電池的額定容量,η為12V蓄電池廠家提供的12V蓄電池的充放電效率,iLowVoltage為當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池端低壓直流母線的電流,SOC為當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池的荷電狀態(tài);
初始時(shí)刻12V蓄電池的荷電狀態(tài)SOC0計(jì)算:
車輛鑰匙門Off時(shí)刻將估算的當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池的荷電狀態(tài)SOC進(jìn)行存儲(chǔ),存儲(chǔ)值為SOCstoraged1,如果鑰匙門Off狀態(tài)時(shí)間小于4個(gè)小時(shí),SOC0等于SOCstoraged1;如果鑰匙門Off狀態(tài)時(shí)間超過4個(gè)小時(shí),則每隔1小時(shí)對(duì)12V蓄電池端電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè),并根據(jù)12V蓄電池端電壓進(jìn)行估算,將估算的當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池的荷電狀態(tài)SOC進(jìn)行存儲(chǔ),存儲(chǔ)值為SOCstoraged2,SOCstoraged2估算方程為:
其中VBO(t)為當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池端電壓,Va為充滿時(shí)12V蓄電池端電壓,Vb為充分放電時(shí)12V蓄電池端電壓,則SOC0的估算方程為:
步驟四、整車控制器做出DC/DC開啟/關(guān)閉判斷:
由12V蓄電池廠家提供12V蓄電池的可用荷電狀態(tài)范圍:允許最低荷電狀態(tài)SOClow~允許最高荷電狀態(tài)SOChigh,以及荷電狀態(tài)最佳平衡點(diǎn)SOCequ;
車輛鑰匙門On后,整車控制器對(duì)當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池的荷電狀態(tài)SOC進(jìn)行判斷,當(dāng)當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池的荷電狀態(tài)SOC低于允許最低荷電狀態(tài),即SOC<SOClow時(shí),整車控制器(1)控制DC/DC開啟;當(dāng)當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池的荷電狀態(tài)SOC處于允許最低荷電狀和允許最高荷電狀之間,即SOClow≤SOC≤SOChigh時(shí),整車控制器對(duì)動(dòng)力電池的充放電狀態(tài)進(jìn)行判斷,如果動(dòng)力電池為充電狀態(tài),則整車控制器控制DC/DC開啟,如果動(dòng)力電池為放電狀態(tài),則整車控制器控制DC/DC關(guān)閉;當(dāng)當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池的荷電狀態(tài)SOC高于允許最高荷電狀態(tài),即SOC>SOChigh時(shí),整車控制器控制DC/DC關(guān)閉;
步驟五、整車控制器計(jì)算需求的DC/DC的輸出電壓:
當(dāng)整車控制器允許DC/DC開啟時(shí),整車控制器對(duì)當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池的荷電狀態(tài)SOC進(jìn)行判斷,如果12V蓄電池的荷電狀態(tài)低于允許最低荷電狀態(tài),即SOC<SOClow時(shí),則整車控制器控制DC/DC的輸出電壓等于16V;當(dāng)當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池的荷電SOC狀態(tài)處于允許最低荷電狀和荷電狀態(tài)最佳平衡點(diǎn)之間,即SOClow≤SOC≤SOCequ,則整車控制器控制DC/DC的輸出電壓等于14.5V;當(dāng)當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池的荷電狀態(tài)SOC處于荷電狀態(tài)最佳平衡點(diǎn)和允許最高荷電狀態(tài)之間,即SOCequ<SOC≤SOChigh時(shí),則整車控制器控制DC/DC的輸出電壓等于12V;當(dāng)當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池的荷電狀態(tài)SOC高于允許最高荷電狀態(tài),即SOC>SOChigh,則整車控制器控制DC/DC的輸出電等于0V;
步驟六、整車控制器將DC/DC開啟/關(guān)閉命令信號(hào)和需求DC/DC輸出電壓命令信號(hào)發(fā)送給DC/DC,DC/DC執(zhí)行整車控制器的命令。
通過以上發(fā)明內(nèi)容的實(shí)施,當(dāng)當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池的荷電狀態(tài)SOC大于等于允許最低荷電狀態(tài)SOClow時(shí)完全消除了高壓電能到低壓電能轉(zhuǎn)換過程的動(dòng)力電池充放電損耗,當(dāng)當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池4的荷電狀態(tài)SOC小于允許最低荷電狀態(tài)SOClow時(shí)能及時(shí)的開啟DC/DC為蓄電池充電防止其饋電。
在保證低壓負(fù)載正常工作且12V蓄電池的電量平衡的前提下,最大限度的消除了電能經(jīng)過動(dòng)力電池的路徑,減小了電能的傳遞損耗,提高了電能由高壓到低壓的轉(zhuǎn)換效率,提高了節(jié)油率。
通過混合動(dòng)力汽車動(dòng)力總成臺(tái)架測(cè)試及整車轉(zhuǎn)轂測(cè)試,在NEDC循環(huán)工況下,采用本發(fā)明DC/DC控制方法與DC/DC常開并以14.5V恒壓輸出相比,節(jié)油率可提升1%~2%。
附圖說明
圖1是本發(fā)明所述的一種混合動(dòng)力汽車DC/DC控制結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本方法中DC/DC開啟/關(guān)閉和輸出電壓控制命令計(jì)算流程圖。
圖中:1.整車控制器,2.動(dòng)力電池,3.高壓直流母線,4. 12V蓄電池,5.低壓直流母線,6.第一霍爾電流傳感器,7.電機(jī)控制器,8.DC/DC,9.第二霍爾電流傳感器,10.整車低壓負(fù)載,11.霍爾電壓傳感器,12.驅(qū)動(dòng)/發(fā)電電機(jī)。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖,對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
圖1是本發(fā)明所述的一種混合動(dòng)力汽車DC/DC控制結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示,本發(fā)明所述的一種混合動(dòng)力汽車DC/DC控制結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)/發(fā)電電機(jī)12、電機(jī)控制器7、高壓直流母線3、第一霍爾電流傳感器6、動(dòng)力電池2、DC/DC 8、整車低壓負(fù)載10、低壓直流母線5、12V蓄電池4、第二霍爾電流傳感器9、霍爾電壓傳感器11、整車控制器1。
電機(jī)控制器7、動(dòng)力電池2和DC/DC 8的高壓端并聯(lián)在高壓直流母線3上。驅(qū)動(dòng)/發(fā)電電機(jī)12既可以作為電動(dòng)機(jī)用電,也可以作為發(fā)電機(jī)發(fā)電,電機(jī)控制器7可以將高壓直流電和高壓三相電互相轉(zhuǎn)換。當(dāng)驅(qū)動(dòng)/發(fā)電電機(jī)12作為電動(dòng)機(jī)用電時(shí),電機(jī)控制器7將高壓直流母線3端的高壓直流電轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)/發(fā)電電機(jī)12端的高壓三相電;當(dāng)驅(qū)動(dòng)/發(fā)電電機(jī)12作為發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí),電機(jī)控制器7將驅(qū)動(dòng)/發(fā)電電機(jī)12端的高壓三相電轉(zhuǎn)換為高壓直流母線3端的高壓直流電。
DC/DC 8可以將高壓直流母線3端的高壓直流電轉(zhuǎn)換為低壓直流母線5端的低壓直流電。
DC/DC 8的低壓端、整車低壓負(fù)載10和12V蓄電池4并聯(lián)在低壓直流母線5上。當(dāng)DC/DC8低壓端輸出電壓高于12V蓄電池4的電壓時(shí),DC/DC 8輸出的電能一部分用于整車低壓負(fù)載10,一部分用于給12V蓄電池4充電;當(dāng)DC/DC 8低壓端輸出電壓低于12V蓄電池4的電壓時(shí),12V蓄電池4輸出電能用于整車低壓負(fù)載10。
第一霍爾電流傳感器6安裝于高壓直流母線3動(dòng)力電池2端的正極處,要求電流由電機(jī)控制器7流向動(dòng)力電池2作為正電流,電流由動(dòng)力電池2流向電機(jī)控制器7或DC/DC 8作為負(fù)電流。整車控制器1根據(jù)所使用的第一霍爾電流傳感器6的輸出特性對(duì)其檢測(cè)的電流進(jìn)行解析,得到動(dòng)力電池2端高壓直流母線3的電流。
第二霍爾電流傳感器9安裝于低壓直流母線5的12V蓄電池端4的正極處,要求電流由DC/DC 8流向12V蓄電池4作為正電流,電流由12V蓄電池4流向整車低壓負(fù)載10為負(fù)電流。整車控制器1根據(jù)所使用的第二霍爾電流傳感器9的輸出特性對(duì)其檢測(cè)的電流進(jìn)行解析,得到12V蓄電池4端低壓直流母線5的電流。
霍爾電壓傳感器11安裝于低壓直流母線5的12V蓄電池4端,整車控制器1根據(jù)所使用的霍爾電壓傳感器11的輸出特性對(duì)其檢測(cè)的電壓進(jìn)行解析,得到12V蓄電池4端電壓。
整車控制器1根據(jù)解析得到的動(dòng)力電池2端高壓直流母線3的電流、12V蓄電池4端低壓直流母線5的電流、12V蓄電池4端電壓進(jìn)行如圖2所示的計(jì)算,計(jì)算后輸出DC/DC 8開啟/關(guān)閉命令和需求DC/DC 8輸出電壓命令,DC/DC 8執(zhí)行整車控制器1輸出的DC/DC 8開啟/關(guān)閉命令和需求DC/DC 8輸出電壓命令。
圖2是本方法中DC/DC開啟/關(guān)閉和輸出電壓控制命令流程圖。下面結(jié)合圖2詳細(xì)描述DC/DC開啟/關(guān)閉和輸出電壓控制命令的流程。
在步驟S201中判斷車輛鑰匙門位置,如果鑰匙門處于off狀態(tài),則執(zhí)行步驟S202,否則執(zhí)行步驟S206。
在步驟S202中判斷鑰匙門off時(shí)間是否超過4小時(shí),如果是則執(zhí)行步驟S203,否則執(zhí)行步驟S204。
在步驟S204中將鑰匙門off時(shí)刻的當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池4的荷電狀態(tài)SOC作為步驟S207用到的SOC0進(jìn)行存儲(chǔ)。
在步驟S203中根據(jù)12V蓄電池4的端電壓估算當(dāng)前時(shí)刻的12V蓄電池4的荷電狀態(tài)SOC,作為步驟S207用到的SOC0進(jìn)行存儲(chǔ)。根據(jù)12V蓄電池4的端電壓估算當(dāng)前時(shí)刻的12V蓄電池4的SOC的估算方程如下:
其中VBO(t)為當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池4端電壓,Va為充滿時(shí)12V蓄電池4端電壓,Vb為充分放電時(shí)12V蓄電池4端電壓。
在步驟S205中進(jìn)行計(jì)時(shí),判斷進(jìn)入該步驟時(shí)間是否超過1小時(shí),如果是則返回執(zhí)行步驟S203,否則等待計(jì)時(shí)。
在步驟S206中判斷整車高壓上電是否完成,如果已經(jīng)完成則進(jìn)入步驟S207,否則進(jìn)入步驟S212。
在步驟S207中根據(jù)12V蓄電池4端低壓直流母線5的電流和步驟S204步驟S203中存儲(chǔ)的SOC0估算當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池4的荷電狀態(tài)SOC,采用安時(shí)積分法進(jìn)行估算,估算方程為:
其中SOC0為初始時(shí)刻12V蓄電池4的荷電狀態(tài),CN為12V蓄電池廠家提供的12V蓄電池4的額定容量,η為12V蓄電池廠家提供的12V蓄電池4的充放電效率,iLowVoltage為當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池端4低壓直流母線5的電流。
在步驟S207中根據(jù)動(dòng)力電池2端高壓直流母線3的電流判斷動(dòng)力電池2的充放電狀態(tài),計(jì)算公式如下:
其中iHighVoltage(t)為當(dāng)前動(dòng)力電池2端高壓直流母線3的電流。
在步驟S208中判斷當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池4的荷電狀態(tài)SOC是否大于等于允許最低荷電狀態(tài)SOClow,即是否滿足SOC≥SOClow,如果是則進(jìn)入步驟S209,否則進(jìn)入步驟S211。
在步驟S209中判斷當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池4的荷電狀態(tài)SOC是否小于允許最高荷電狀態(tài)SOChigh,即是否滿足SOC<SOChigh,如果是則進(jìn)入步驟S210,否則進(jìn)入步驟S212。
在步驟S210中判斷動(dòng)力電池2是否為放電狀態(tài),如果是則執(zhí)行步驟S212,否則執(zhí)行步驟S211。
在步驟S211中,HCU需求DC/DC 8開啟。
在步驟S212中,HCU需求DC/DC 8關(guān)閉。
在步驟S213中,HCU將需求DC/DC 8開啟/關(guān)閉命令輸出。
在步驟S214中判斷當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池4的荷電狀態(tài)SOC是否小于允許最低荷電狀態(tài)SOClow,即是否滿足SOC<SOClow,如果是則進(jìn)入步驟S215,否則進(jìn)入步驟S216。
在步驟S215中,HCU需求DC/DC 8輸出電壓等于16V。
在步驟S216中判斷當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池4的荷電狀態(tài)SOC是否小于荷電狀態(tài)最佳平衡點(diǎn)SOCequ,即是否滿足SOC<SOCequ,如果是則進(jìn)入步驟S217,否則進(jìn)入步驟S218。
在步驟S217中,HCU需求DC/DC 8輸出電壓等于14.5V。
在步驟S218中判斷當(dāng)前時(shí)刻12V蓄電池4的荷電狀態(tài)SOC是否小于允許最高荷電狀態(tài)SOChigh,即是否滿足SOC<SOChigh,如果是則進(jìn)入步驟S219,否則進(jìn)入步驟S220。
在步驟S219中,HCU需求DC/DC 8輸出電壓等于12V。
在步驟S220中,HCU需求DC/DC 8輸出電壓等于0V。
在步驟S221中,HCU將需求DC/DC 8輸出電壓命令輸出。