[发明专利]电动汽车增程器优化控制方法

说明书

本发明涉及电动汽车增程器优化控制方法，设计一种适合城市增程式电动汽车运行的多段式功率跟随控制方法。控制过程如下：首先根据电动汽车当前的运行工况，确定燃油消耗最低的工作区域，在N个工作点就近选择其中一个进行匹配；确定当前的功率需求值及实际功率值，对增程器的输出功率进行控制，确定增程器在静止坐标系下的电流需求值，最后根据电流需求值，对增程器的工作电流进行控制；基于发动机在N个工作点上切换，转速点随之切换，因此发电机的输出频率也将根据转速的变化稳定工作在N个频率点ω₁、ω₂…ω_N。由此，本发明简化了控制过程的坐标变换，提高了系统的稳定性、鲁棒性与实时跟踪特性。

技术领域：

本发明涉及混合动力电动汽车，进一步涉及电动汽车增程器优化控制方法。

背景技术：

为了克服纯电动汽车(Electric Vehicle,EV)续航里程不足的缺点，越来越多类型的电动汽车被人们定义和开发出来。增程式电动汽车(Extended Ranger ElectricalVehicle，EREV)被认为是一种低成本解决方案。EREV主要有三种结构形式：蓄电池发电系统、燃料电池系统、发动机与发电机组合系统。其中发动机与发电机组合发电系统应用最为广泛，其内部集成了一个小的发电机组，动力系统结构示意图如附图1所示。EREV与HEV式混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle,HEV)之间的区别是，HEV其动力输出部分直接与发动机相连，使发动机无法长时间工作在高效状态，尾气排放及燃油经济性仍不甚理想。而EREV的设计是基于纯电动汽车，增程器(Extended Ranger，ER)的输出与整车的驱动系统没有机械连接，其输出转速和转矩与整车的速度以及牵引性能无关，只需要满足整车驱动功率的需求。

目前ER发电控制系统主要有两种方案，一种是电励磁交流同步电机与不可控整流器配合，通过调节发电机励磁电流控制输出功率，虽然是一种低成本的解决方案但是电励磁电机不满足车用高功率密度的要求，通常应用于大功率的场合。另一种是永磁同步电机与PWM整流器配合，能够控制电机运行在电动以及发电两种状态，这种结构具有硬件结构简单，电机功率密度高的特点，且能够同时控制发动机转速以及发电机转矩，提高系统的发电效率，是ER控制系统的理想解决方案。

关于ER的控制问题，现有技术中，技术路线1是采用PID预测控制实现增程器的输出电压以及功率的调整。

技术路线2是采用PI控制器对系统的功率进行控制，使用电压和电流传感器计算功率反馈值，由于采用PI控制的电流环含有电流耦合项，为保证电流环的动态性能需要增加补偿项，导致系统控制结构复杂，且缺乏鲁棒性，一些文献也给出了鲁棒的控制方法，如模糊逻辑控制，以及采用DP技术获得最优解的控制方法。然而这些控制策略，如DP算法不适合应用于实时控制，因为这种控制方法是基于多个驾驶周期的计算，因此需要大量的数据处理。

因此，需要一种新的解耦思想，简化控制算法，提高系统发电效率，设计具有快速响应高鲁棒性的控制方法。

发明内容：

本发明的目的是设计一种适合城市增程式电动汽车运行的多段式功率跟随控制方法。

ER(Extended Ranger)的工作模式既发动机与发电机配合的工作状态对提高系统发电效率，减少燃油消耗及排放起到关键的作用；目前ER与电动汽车配合主要采用的是电荷耗尽-维持(Charge-Depleting and Charge-Sustaining，CD-CS)工作模式。EREV在CD-CS工作模式下有2种控制方式：一种是恒功率控制方式，如图2(a)所示，在这种控制方式下发电机组稳定在高效区运行，但电池在CS阶段被频繁冲放，引起电池荷电状态(State ofCharge,SOC)波动频繁，降低电池的使用寿命；另一种是功率跟随控制方式，如图2(b)所示，发电机组的输出功率随需求功率不断变化，能够保持电池SOC稳定变化提高电池使用寿命，但需要实时优化ER系统的效率。