| 专利名称： | 基于多跟随器的分布式能源供给系统及其控制方法 | ||
| 专利名称(英文)： | Based on multiple follower distributed energy supply system and control method thereof | ||
| 专利号： | CN201610186360.4 | 申请时间： | 20160329 |
| 公开号： | CN105751913A | 公开时间： | 20160713 |
| 申请人： | 浙江吉利控股集团有限公司; 南充吉利商用车研究院有限公司 | ||
| 申请地址： | 310051 浙江省杭州市滨江区江陵路1760号 | ||
| 发明人： | 蔡文远; 林元则 | ||
| 分类号： | B60L11/18; B60R16/023 | 主分类号： | B60L11/18 |
| 代理机构： | 北京智汇东方知识产权代理事务所(普通合伙) 11391 | 代理人： | 范晓斌; 郭海彬 |
| 摘要： | 本发明提供了一种基于多跟随器的分布式能源供给系统及其控制方法，涉及电动汽车领域。所述系统中，燃料供给与采集系统接入跟随器组，用于为跟随器组提供动力源；跟随器组与动力电池一起接入驱动控制系统，在驱动控制系统的控制下为驱动系统提供动力源，驱动系统再驱动负载工作，再通过分布式系统能量管理单元控制协调跟随器组与动力电池的输出。本发明可根据功率需求，控制一个或多个跟随器与动力电池进行有效的组合，进行整车能量需求的最优分配，适应能源供给系统高效运行的需求。进而提供了一种针对上述系统的控制方法，该方法能够根据上述分布式能源供给系统的特征进行适应性控制，克服了单跟随器方案在效率优化方面的有限性。 | ||
| 摘要(英文)： | The invention provides a follower based on a plurality of distributed energy supply system and a control method thereof, relates to an electric automobile field. In the system, fuel supply and collecting system access following unit, used for providing power source to set so as to follow the; following group together of the power battery access drive control system, the drive under the control of control system providing a power source for the driving system, the driving system working to drive the load, through the distributed system with energy management unit of groups of coordinated control of the output of the power battery. The invention can be based on the power demand, controls the one or more follower and effective combination of a power battery, the energy demand of the vehicle to the optimum allocation, high-efficiency operation of the energy supply to the needs of the system. Aiming at further provides a control method of the above-mentioned system, the method can according to the above-mentioned distributed energy supply system the characteristics of the adaptive control, has overcome the single follower scheme of the finite nature of the efficiency optimization. | ||
1.一种基于多跟随器的分布式能源供给系统，用于增程式电动汽车，包括： 燃料供给与采集系统、跟随器组、动力电池、驱动控制系统、驱动系统、负载 以及分布式系统能量管理单元，所述燃料供给与采集系统接入所述跟随器组， 用于为跟随器组提供动力源；所述跟随器组与所述动力电池一起接入所述驱动 控制系统，在所述驱动控制系统的控制下为所述驱动系统提供动力源，所述驱 动系统再驱动所述负载工作； 其中，所述分布式系统能量管理单元控制协调所述跟随器组与所述动力电 池的输出。
2.根据权利要求1所述的分布式能源供给系统，其特征在于，所述燃料供 给与采集系统、所述跟随器组、所述动力电池、所述驱动控制系统、所述驱动 系统以及所述分布式系统能量管理单元均接入CAN总线并互联通信。
3.根据权利要求1所述的分布式能源供给系统，其特征在于，所述跟随器 组包括至少两个跟随器，每个跟随器包括跟随器动力源、发电机与跟随器能量 管理单元，每个跟随器能量管理单元的输入端与所述燃料供给及采集系统相 连，每个跟随器能量管理单元的输出端均接入所述驱动控制系统的输入端； 优选地，所述跟随器动力源为燃料电池发动机、蓄电池或内燃机中的一种。
4.根据权利要求3所述的分布式能源供给系统，其特征在于，所述分布式 系统能量管理单元从CAN总线接收车身各组件的输出能力并根据车身各组件 的输出能力，对所述跟随器组中的所述每个跟随器能量管理单元的工作进行控 制。
5.根据权利要求3所述的分布式能源供给系统，其特征在于，所述分布式 系统能量管理单元包括跟随器模态控制模块、跟随器启停控制模块以及跟随器 模态优化控制模块，其中： 所述跟随器模态控制模块根据行车工况下的实际车速、请求扭矩、功率需 求、电池SOC进行综合判断，判决所述跟随器组需进入的模态； 所述跟随器模态优化控制模块计算并选择所述跟随器组在对应模态下的 最优工况点； 所述跟随器启停控制模块根据所述跟随器模态控制模块的判决结果和所 述跟随器模态优化控制模块的计算结果，发出控制指令至所述跟随器组并控制 所述跟随器组中各跟随器能量管理单元的启动与停止； 优选地，所述跟随器组的模态包括EV模式、单跟随器模式、双跟随器模 式、N个跟随器模式。
6.一种基于多跟随器的分布式能源供给系统的控制方法，采用如权利要求 1至3中任一项所述的分布式能源供给系统，该方法根据负载的功率需求，对 所述跟随器组中的一个或多个跟随器与动力电池进行适应性的组合。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述方法根据行车时不 同工况下的当前车速、请求扭矩、功率需求、动力电池SOC，综合判断所述分 布式能源供给系统的模态，控制所述跟随器组的模态以及对应模态下的最优工 况点。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述跟随器组的模态包 括待机模态与工作模态，其中： 待机模态下即系统处于待机状态； 工作模态下分为EV模态与跟随器串联模态及各自模态的切换，跟随器串 联模态分为单跟随器串联模态与多跟随器串联模态。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述单跟随器串联模态 包括跟随器发动机启动模态、跟随器串联模态、跟随器发动机停止模态，其顺 序从跟随器发动机启动模态到跟随器串联模态，然后再到跟随器发动机停止模 态，如果启动过程中出现异常或故障，则直接从跟随器发动机启动模态到跟随 器发动机停止模态切换。
10.根据权利要求8或9所述的控制方法，其特征在于，所述多跟随器串 联模态下，所述跟随器组的各跟随器在协调工作中存在启动与工作有先后顺 序，下一个跟随器的启动以上个一个跟随器的串联模态作为入口，即上一个跟 随器已经进入发电模式后再进入下一个跟随器的启动。
1.一种基于多跟随器的分布式能源供给系统，用于增程式电动汽车，包括： 燃料供给与采集系统、跟随器组、动力电池、驱动控制系统、驱动系统、负载 以及分布式系统能量管理单元，所述燃料供给与采集系统接入所述跟随器组， 用于为跟随器组提供动力源；所述跟随器组与所述动力电池一起接入所述驱动 控制系统，在所述驱动控制系统的控制下为所述驱动系统提供动力源，所述驱 动系统再驱动所述负载工作； 其中，所述分布式系统能量管理单元控制协调所述跟随器组与所述动力电 池的输出。
2.根据权利要求1所述的分布式能源供给系统，其特征在于，所述燃料供 给与采集系统、所述跟随器组、所述动力电池、所述驱动控制系统、所述驱动 系统以及所述分布式系统能量管理单元均接入CAN总线并互联通信。
3.根据权利要求1所述的分布式能源供给系统，其特征在于，所述跟随器 组包括至少两个跟随器，每个跟随器包括跟随器动力源、发电机与跟随器能量 管理单元，每个跟随器能量管理单元的输入端与所述燃料供给及采集系统相 连，每个跟随器能量管理单元的输出端均接入所述驱动控制系统的输入端； 优选地，所述跟随器动力源为燃料电池发动机、蓄电池或内燃机中的一种。
4.根据权利要求3所述的分布式能源供给系统，其特征在于，所述分布式 系统能量管理单元从CAN总线接收车身各组件的输出能力并根据车身各组件 的输出能力，对所述跟随器组中的所述每个跟随器能量管理单元的工作进行控 制。
5.根据权利要求3所述的分布式能源供给系统，其特征在于，所述分布式 系统能量管理单元包括跟随器模态控制模块、跟随器启停控制模块以及跟随器 模态优化控制模块，其中： 所述跟随器模态控制模块根据行车工况下的实际车速、请求扭矩、功率需 求、电池SOC进行综合判断，判决所述跟随器组需进入的模态； 所述跟随器模态优化控制模块计算并选择所述跟随器组在对应模态下的 最优工况点； 所述跟随器启停控制模块根据所述跟随器模态控制模块的判决结果和所 述跟随器模态优化控制模块的计算结果，发出控制指令至所述跟随器组并控制 所述跟随器组中各跟随器能量管理单元的启动与停止； 优选地，所述跟随器组的模态包括EV模式、单跟随器模式、双跟随器模 式、N个跟随器模式。
6.一种基于多跟随器的分布式能源供给系统的控制方法，采用如权利要求 1至3中任一项所述的分布式能源供给系统，该方法根据负载的功率需求，对 所述跟随器组中的一个或多个跟随器与动力电池进行适应性的组合。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述方法根据行车时不 同工况下的当前车速、请求扭矩、功率需求、动力电池SOC，综合判断所述分 布式能源供给系统的模态，控制所述跟随器组的模态以及对应模态下的最优工 况点。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述跟随器组的模态包 括待机模态与工作模态，其中： 待机模态下即系统处于待机状态； 工作模态下分为EV模态与跟随器串联模态及各自模态的切换，跟随器串 联模态分为单跟随器串联模态与多跟随器串联模态。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述单跟随器串联模态 包括跟随器发动机启动模态、跟随器串联模态、跟随器发动机停止模态，其顺 序从跟随器发动机启动模态到跟随器串联模态，然后再到跟随器发动机停止模 态，如果启动过程中出现异常或故障，则直接从跟随器发动机启动模态到跟随 器发动机停止模态切换。
10.根据权利要求8或9所述的控制方法，其特征在于，所述多跟随器串 联模态下，所述跟随器组的各跟随器在协调工作中存在启动与工作有先后顺 序，下一个跟随器的启动以上个一个跟随器的串联模态作为入口，即上一个跟 随器已经进入发电模式后再进入下一个跟随器的启动。
翻译：技术领域
本发明涉及电动汽车领域，特别是涉及一种基于多跟随器的分布式能源供 给系统及其控制方法。
背景技术
电动汽车被认为是解决能源危机和环境污染最具潜力的新能源汽车技术， 但纯电动汽车存在续驶里程短、充电时间长的问题，增程式电动汽车的出现有 效弥补了此种不足。
增程式电动汽车安装有能够增加续驶里程的跟随器，与动力蓄电池一起作 为整车动力源。目前，增程式电动汽车的能量管理策略研究主要集中在以下几 种：恒温器能量管理策略、功率跟随能量管理策略、瞬时优化能量管理策略及 模糊控制能量管理策略。在上述四种能量管理策略方法中，只有恒温器能量管 理策略得到了推广应用，其他策略方法还不成熟，实用性不强。
目前整车的能量管理策略方法在制定的过程中，至多考虑到整车行驶状 态，即油门踏板深度、制动状态、蓄电池SOC和跟随器输出功率效率点等因 素，且控制规则的制定基本都是基于经验，在试车的过程中确定控制参数，虽 然具有一定的实用性，但无法使整车得到最优。
发明内容
本发明的一个目的是要提供一种基于多跟随器的分布式能源供给系统，相 比于单跟随器的能源供给系统在效率优化方面的有限性，本系统能够满足车辆 不同载荷下且工况复杂多变下的不同功率需求，实现车辆不同功率需求下的效 率最优适应性。
本发明一个进一步的目的是要提供一种基于多跟随器的分布式能源供给 系统的控制方法，本方法能够满足车辆不同载荷下且工况复杂多变下的不同功 率需求，克服单跟随器方案在效率优化方面的有限性，实现车辆不同功率需求 下的效率最优适应性。
特别地，本发明提供了一种基于多跟随器的分布式能源供给系统，用于增 程式电动汽车，包括：燃料供给与采集系统、跟随器组、动力电池、驱动控制 系统、驱动系统、负载以及分布式系统能量管理单元，所述燃料供给与采集系 统接入所述跟随器组，用于为跟随器组提供动力源；所述跟随器组与所述动力 电池一起接入所述驱动控制系统，在所述驱动控制系统的控制下为所述驱动系 统提供动力源，所述驱动系统再驱动所述负载工作；
其中，所述分布式系统能量管理单元控制协调所述跟随器组与所述动力电 池的输出。
进一步地，所述燃料供给与采集系统、所述跟随器组、所述动力电池、所 述驱动控制系统、所述驱动系统以及所述分布式系统能量管理单元均接入CAN 总线并互联通信。
进一步地，所述跟随器组包括至少两个跟随器，每个跟随器包括跟随器动 力源、发电机与跟随器能量管理单元，每个跟随器的输入端与所述燃料供给及 采集系统相连，每个跟随器的输出端均接入所述驱动控制系统的输入端；
优选地，所述跟随器动力源为燃料电池发动机、蓄电池或内燃机中的一种。
进一步地，所述分布式系统能量管理单元从CAN总线接收车身各组件的 输出能力并根据车身各组件的输出能力，对所述跟随器组中的每个跟随器的工 作进行控制。
进一步地，所述分布式系统能量管理单元包括跟随器模态控制模块、跟随 器启停控制模块以及跟随器模态优化控制模块，其中：
所述跟随器模态控制模块根据行车工况下的实际车速、请求扭矩、功率需 求、电池SOC进行综合判断，判决所述跟随器组需进入的模态；
所述跟随器模态优化控制模块计算并选择所述跟随器组在对应模态下的 最优工况点；
所述跟随器启停控制模块根据所述跟随器模态控制模块的判决结果和所 述跟随器模态优化控制模块的计算结果，发出控制指令至所述跟随器组并控制 所述跟随器组中各跟随器能量管理单元的启动与停止；
优选地，所述跟随器组的模态包括EV模式(纯电动模式)、单跟随器模 式、双跟随器模式、N个跟随器模式。
特别地，本发明还提供了一种基于多跟随器的分布式能源供给系统的控制 方法，采用如上文所述的分布式能源供给系统，该方法根据负载的功率需求， 对所述跟随器组中的一个或多个跟随器能量管理单元与动力电池进行适应性 的组合，并控制跟随器与动力电池工作在相应的最优工况点。
进一步地，所述方法根据行车时不同工况下的当前车速、请求扭矩、功率 需求、动力电池SOC(SOC，全称是StateofCharge，荷电状态)，综合判断 所述分布式能源供给系统的模态，控制所述跟随器组的模态以及对应模态下的 最优工况点。
进一步地，所述跟随器组的模态包括待机模态与工作模态，其中：
待机模态下即系统处于待机状态；
工作模态下分为EV模态与跟随器串联模态及各自模态的切换，跟随器串 联模态分为单跟随器串联模态与多跟随器串联模态。
进一步地，所述单跟随器串联模态包括跟随器发动机启动模态、跟随器串 联模态、跟随器发动机停止模态，其顺序从跟随器发动机启动模态到跟随器串 联模态，然后再到跟随器发动机停止模态，如果启动过程中出现异常或故障， 则直接从跟随器发动机启动模态到跟随器发动机停止模态切换；
进一步地，所述多跟随器串联模态下，所述跟随器组的各跟随器在协调工 作中存在启动与工作有先后顺序，下一个跟随器的启动以上个一个跟随器的串 联模态作为入口，即上一个跟随器已经进入发电模式后再进入下一个跟随器的 启动。
本发明所提供的基于多跟随器的分布式能源供给系统，采用的多跟随器方 案代替现有的单跟随器或单増程器方案，这一多跟随器下的分布式能源供给系 统可以根据功率需求进行适应性的高效组合，控制一个或多个跟随器与动力电 池进行有效的组合，进行整车能量需求的最优分配，适应不同功率需求下能源 供给系统高效运行的需求。
本发明的基于多跟随器的分布式能源供给系统相比于单跟随器的能源供 给系统在效率优化方面的有限性，本系统能够满足车辆不同载荷下且工况复杂 多变下的不同功率需求，实现车辆不同功率需求下的效率最优适应性。
进一步地，本发明还提供了一种基于多跟随器的分布式能源供给系统的控 制方法，能够根据上述基于多跟随器的分布式能源供给系统的特征进行适应性 控制，使得能源供给能够满足车辆不同载荷下且工况复杂多变下的不同功率需 求，克服单跟随器方案在效率优化方面的有限性，实现车辆不同功率需求下的 效率最优适应性。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会 更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体 实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术 人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明一个实施例的分布式能源供给系统的结构框图。
其中：
1、燃料供给与采集系统1；2、跟随器组；3、动力电池；4、驱动控制系 统；5、驱动系统；6、负载；7、分布式系统能量管理单元；8、CAN总线。
具体实施方式
实施例1
图1是根据本实施例的基于多跟随器的分布式能源供给系统的结构框图。 如图1所示，该基于多跟随器的分布式能源供给系统，用于增程式电动车，一 般性地可包括：燃料供给与采集系统1、跟随器组2、动力电池3、驱动控制系 统4、驱动系统5、负载6以及分布式系统能量管理单元7，所述燃料供给与采 集系统1接入所述跟随器组2，用于为跟随器组2提供动力源；所述跟随器组 2与所述动力电池3一起接入所述驱动控制系统4，在所述驱动控制系统4的 控制下为所述驱动系统5提供动力源，所述驱动系统5再驱动所述负载6工作；
其中，所述分布式系统能量管理单元7控制协调所述跟随器组2与所述动 力电池3的输出。
所述分布式能源供给系统，采用的多跟随器方案代替现有的单跟随器或单 増程器方案，这一多跟随器下的分布式能源供给系统可以根据功率需求进行适 应性的高效组合，控制一个或多个跟随器与动力电池3进行有效的组合，进行 整车能量需求的最优分配，适应不同功率需求下能源供给系统高效运行的需 求。
现有车身控制方面均会用到CAN(控制器局域网络)总线，将上述的燃 料供给与采集系统1、跟随器组2、动力电池3、驱动控制系统4、驱动系统5 以及所述分布式系统能量管理单元7均接入CAN总线8并互联通信，可以最 优化地实现信号传输，提高控制效果，并且能够节约成本投入。
为了能够实现多跟随器适应性的优化运行，所述跟随器组2包括至少两个 跟随器，每个跟随器包括跟随器动力源、发电机与跟随器能量管理单元，每个 跟随器的输入端与所述燃料供给及采集系统1相连，每个跟随器的输出端均接 入所述驱动控制系统4的输入端；
跟随器启动后，在所述跟随器能量管理单元的控制下，所述跟随器动力源 输出的机械能经发电机转化为电能，进而输出值所述驱动控制系统4，用于驱 动系统5工作的动力；
优选地，所述跟随器动力源为燃料电池发动机、蓄电池或内燃机中的一种。
所述分布式系统能量管理单元7是根据CAN总线8接收车身各组件的输 出能力并结合车身各组件的输出能力，对所述跟随器组2中的每个跟随器能量 管理单元的工作进行控制。本实施例所述分布式能源供给系统控制一个或多个 跟随器与动力电池3进行有效的组合，进行整车能量需求的最优分配，适应不 同功率需求下能源供给系统高效运行的需求。
进一步地，所述分布式系统能量管理单元7包括跟随器模态控制模块、跟 随器启停控制模块以及跟随器模态优化控制模块，其中：
所述跟随器模态控制模块根据行车工况下的实际车速、请求扭矩、功率需 求、电池SOC进行综合判断，判决所述跟随器组2需进入的模态；
所述跟随器模态优化控制模块计算并选择所述跟随器组2在对应模态下的 最优工况点；
所述跟随器启停控制模块根据所述跟随器模态控制模块的判决结果和所 述跟随器模态优化控制模块的计算结果，发出控制指令至所述跟随器组2并控 制所述跟随器组2中各跟随器能量管理单元的启动与停止；
进一步地，所述跟随器组2的模态包括EV模式、单跟随器模式、双跟随 器模式、N个跟随器模式。
实施例2
本实施例描述了一种基于多跟随器的分布式能源供给系统的控制方法，采 用如实施例1所述的分布式能源供给系统，该方法根据负载的功率需求，对所 述跟随器组中的一个或多个跟随器与动力电池进行适应性的组合，并控制跟随 器与动力电池工作在相应的最优工况点。
具体说来，本实施例所述方法是根据行车时不同工况下的当前车速、请求 扭矩、功率需求、动力电池SOC，综合判断所述分布式能源供给系统的模态， 控制所述跟随器组的模态以及对应模态下的最优工况点。
本实施例所述控制方法的核心在于二维搜索引擎的设计与应用，以及各模 式成本的计算。以基于双跟随器的分布式能量供给系统的控制为例，本实施例 可以利用二维搜索引擎找出EV、单跟随器及双跟随器模式下系统成本最低的 点，并计算三种模式下系统的成本EV成本、单跟随器成本和双跟随器成本。 比较三种模式的成本，选择成本最低的模式作为下一周期系统的目标模式进行 控制。
本实施例所提出的能量管理策略的控制方法中跟随器组的最优工况点选 择，是一种基于功率跟随的优化算法，是介于功率跟随能量管理策略与瞬时优 化能量管理策略之间的一种控制策略，其吸收了功率跟随的工况适应性与电池 平缓使用延长寿命的优点，同时又吸收了瞬时优化能量管理策略中等效燃料消 耗最小或者功率损失最小的优点，满足工况功率需求的同时，又做到了燃料的 高效利用。
所述多跟随器串联模态下，所述跟随器组的各跟随器在协调工作中存在启 动与工作有先后顺序，下一个跟随器的启动以上个一个跟随器的串联模态作为 入口，即上一个跟随器已经进入发电模式后再进入下一个跟随器的启动。
进一步地，所述跟随器组的模态包括待机模态与工作模态，其中：
待机模态下即系统处于待机状态；
工作模态下分为EV模态与跟随器串联模态及各自模态的切换，跟随器串 联模态分为单跟随器串联模态与多跟随器串联模态。
进一步地，所述单跟随器串联模态包括跟随器发动机启动模态、跟随器串 联模态、跟随器发动机停止模态，其顺序从跟随器发动机启动模态到跟随器串 联模态，然后再到跟随器发动机停止模态，如果启动过程中出现异常或故障， 则直接从跟随器发动机启动模态到跟随器发动机停止模态切换。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的 多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本 发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因 此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
