專利名稱：電動汽車的能量控制系統及能量控制方法
技術領域：
本發明涉及電動汽車的控制技術領域，特別涉及電動汽車的能量控制系統及能量控制方法。
背景技術：
電動汽車主要包括純電動汽車、燃料電池汽車、混合動力汽車等。純電動汽車以蓄能動力電池作為唯一能源，采用電動機驅動車輛行駛，具備零排放、低噪音等特性。但現階段，作為能量來源的蓄能動力電池，其比能量、比功率較低，影響著純電動汽車的續航能力， 在此背景下，調節電機及其他高壓輔助設備運行模式，控制蓄能動力電池放電功率，將在一定程度上延長車輛續駛里程。目前，許多電動汽車電機在車輛的整個運行過程中一直運行在全功率模式。在此情況下，由于電機運行模式未能較好匹配電池及車輛運行狀態，電機運行控制不夠精細；此夕卜，現有技術對能量的分配，其判據較少，一般僅參照電池的荷電信息(state of charge, S0C)，而未考慮其他信號量，使得純電動汽車的續航能力有限。

發明內容
因此，本發明提供電動汽車的能量控制系統及能量控制方法，以克服現有電動汽車控制技術中存在的缺陷。具體地，本發明實施例提出的一種電動汽車的能量控制系統，包括油門踏板裝置、 電機、電池狀態檢測裝置以及能量管理控制器。油門踏板裝置根據油門踏板位置提供產生油門信號；電機以動力電池提供的電力作為動力來源；電池狀態檢測裝置提供動力電池的荷電信息和第二狀態信息，第二狀態信息指示動力電池的狀態異常程度；能量管理控制器 (例如模糊控制器)根據荷電信息判斷動力電池當前所述荷電區間，并根據動力電池當前所處荷電區間及第二狀態信息以及油門信號設定電機的運行模式。在本發明實施例中，上述第二狀態信息例如為電池電壓狀態信號、電池溫度狀態信號、電池電流狀態信號以及電池絕緣狀態信號中的一個或多個。在本發明實施例中，上述電機的運行模式例如為全功率運行模式、降功率運行模式、立即停車以及跛行模式之一。在本發明實施例中，上述能量控制系統例如更包括通訊診斷裝置，提供通訊狀態信息以指示整車是否存在通訊錯誤，而上述能量管理控制器設定電機的運行模式時則可進一步將通訊狀態信息作為考慮因素之一。在本發明實施例中，上述能量管理控制器(a)在根據油門信號與通訊狀態信息判斷存在油門輸入值錯誤及/或通訊錯誤的情形下，則可設定電機的運行模式為跛行模式；以及(b)在根據油門信號與通訊狀態信息判斷無油門輸入值錯誤及通訊錯誤的情形下(bl)當動力電池當前所處荷電區間為荷電大于第一設定值(例如30%)且第二狀態信息指示動力電池的狀態無異常時，則可設定電機的運行模式為全功率運行模式；(b2)當動力電池當前所處荷電區間為荷電小于等于第一設定值且大于等于第二設定值(例如10%)， 或者第二狀態信息指示動力電池的狀態出現第一程度異常時，則可設定電機的運行模式為降功率運行模式；以及(b!3)當動力電池當前所處荷電區間為荷電小于第二設定值，或者第二狀態信息顯示動力電池的狀態出現第二程度異常時，則可設定電機的運行模式為立即停車；并且，第一設定值大于第二設定值。在本發明實施例中，上述能量控制系統例如還包括高壓輔助設備狀態檢測裝置， 提供高壓輔助設備的驅動狀態信息；當設定電機的運行模式為降功率運行模式時，能量管理控制器參考高壓輔助設備的當前驅動狀態信息對高壓輔助設備進行功率下調控制。在本發明實施例中，當設定所述電機的運行模式為全功率運行模式時，上述能量管理控制器例如依據電機的轉矩-轉速-效率映射圖設定電機的轉矩輸出；以及當設定電機的運行模式為降功率運行模式時，上述能量管理控制器例如結合電機的當前轉矩及轉速、動力電池的荷電信息以及當前整車車速限定電機的轉矩輸出并使電機運行于高效區。此外，本發明實施例提出的一種電動汽車的能量控制方法，包括以下步驟取得依據油門踏板位置產生的油門信號；取得動力電池的荷電信息以及第二狀態信息(例如為電池電壓狀態信號、電池溫度狀態信號、電池電流狀態信號以及電池絕緣狀態信號中的一個或多個)，第二狀態信息指示動力電池的狀態異常程度；以及根據荷電信息判斷動力電池當前所處荷電區間，并根據動力電池的當前所處荷電區間及第二狀態信息以及油門信號設定 (例如通過模糊控制算法設定)電機的運行模式。在本發明實施例中，上述能量控制方法更可包括步驟取得通訊狀態信息以指示整車是否存在通訊錯誤；以及將通訊狀態信息作為設定電機的運行模式的考慮因素之一。在本發明實施例中，上述能量控制方法中的設定電機的運行模式的步驟例如包括(a)在根據油門信號與通訊狀態信息判斷存在油門輸入值錯誤及/或通訊錯誤的情形下，設定電機的運行模式為跛行模式；以及(b)在根據油門信號與通訊狀態信息判斷無油門輸入值錯誤及通訊錯誤的情形下(bl)當動力電池當前所處荷電區間為荷電大于第一設定值(例如30%)且第二狀態信息指示動力電池的狀態無異常時，設定電機的運行模式為全功率運行模式；(b2)當動力電池當前所處荷電區間為荷電小于等于第一設定值且大于等于第二設定值(例如10%)，或者第二狀態信息指示動力電池的狀態出現第一程度異常時， 設定電機的運行模式為降功率運行模式；以及(b3)當動力電池當前所處荷電區間為荷電小于第二設定值，或者第二狀態信息顯示動力電池的狀態出現第二程度異常時，設定電機的運行模式為立即停車。在本發明實施例中，上述能量控制方法還可包括步驟當設定電機的運行模式為全功率運行模式時，依據電機的轉矩-轉速-效率映射圖設定電機的轉矩輸出；以及當設定電機的運行模式為降功率運行模式時，結合電機的當前轉矩及轉速、動力電池的荷電信息以及當前整車車速限定電機的轉矩輸出并使電機運行于高效區。本發明上述實施例引入電池荷電信息及電池其它狀態信息、油門踏板位置甚至其它運行狀態(例如整車通訊狀態信息、車速信息)作為模糊控制器的輸入，利用模糊控制算法計算電機的轉矩輸出值，并將故障進行分類分級作為設定電機運行模式的參考，從而提高了系統智能性以及整車運行的可靠性、安全性和續航里程。另外還可根據動力電池的所處荷電區間自動調節高壓輔助設備的能量消耗，從而保證主要設備例如電機的功率需求。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段， 而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。


圖1是本發明實施例提出的電動汽車的能量控制系統的主要架構方塊圖。圖2是本發明實施例提出的電動汽車的能量控制方法的步驟流程圖。
具體實施例方式為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的電動汽車的能量控制系統及能量控制方法其具體實施方式
、結構、特征及功效，詳細說明如后。有關本發明的前述及其他技術內容、特點及功效，在以下配合參考圖式的較佳實施例詳細說明中將可清楚的呈現。通過具體實施方式
的說明，當可對本發明為達成預定目的所采取的技術手段及功效得以更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參考與說明之用，并非用來對本發明加以限制。圖1是本發明實施例提出的電動汽車的能量控制系統的主要架構方塊圖。請參考圖1，如圖1所示，電動汽車的能量控制系統10包括油門踏板裝置13、電池狀態檢測裝置 15、電機12、車輛動力系統14，以及與油門踏板裝置13、電機12、車輛動力系統14、電池狀態檢測裝置15電性相連的能量管理控制器11。電動汽車的能量控制系統10還可以包括與能量管理控制器11電性相連的高壓輔助設備狀態檢測裝置17以及通訊診斷裝置19，以整合更多的功能。在此，車輛動力系統14例如包括傳動系統等。油門踏板裝置13可根據油門踏板位置提供油門信號。例如在駕駛員踏下電動汽車的油門踏板時，油門踏板裝置13可提供與踏下油門踏板位置對應的油門信號。電機12以動力電池(未繪出)所提供的電力作為動力來源。動力電池可為磷酸鐵鋰電池。電池狀態檢測裝置15提供動力電池的荷電信息和第二狀態信息。第二狀態信息可為電池電壓狀態信號、電池溫度狀態信號、電池電流狀態信號以及電池絕緣狀態信號(例如，電池絕緣狀態信號為電池與電動汽車之間絕緣程度)中的一個或多個。第二狀態信息可指示動力電池的狀態異常程度，例如可指示電池的電壓、溫度、電流以及絕緣狀態所處的異常等級范圍(例如無異常、第一程度異常或第二程度異常)，即第二狀態信息表示動力電池的狀態異常程度信號。通訊診斷裝置19提供通訊狀態信息以指示整車是否存在通訊錯誤。 通訊狀態信息例如是指整車的CAN總線通訊狀態信息。高壓輔助設備狀態檢測裝置17提供高壓輔助設備的驅動狀態信息。高壓輔助設備可包括助力轉向設備、空調等高壓輔助設備。例如高壓輔助設備的驅動狀態信息可為高壓輔助設備的功率狀態信息等。車輛動力系統14反饋車輛的當前車速信號。車輛動力系統14在電機12的控制下驅動電動汽車按照期望的車速行駛。能量管理控制器11根據荷電信息判斷動力電池當前所處荷電區間，并根據動力電池的當前所處荷電區間及第二狀態信息以及油門信號設定電機的運行模式。電機12的運行模式可為全功率運行模式、降功率運行模式、立即停車以及跛行模式中之一。能量管理控制器11設定電機12的運行模式時還可進一步將通訊狀態信息作為考慮因素之一。能量管理控制器U可為模糊控制器。電機12的運行模式設定例如是通過模糊控制算法實現。具體地，能量管理控制器11在根據油門信號與通訊狀態信息判斷存在油門輸入值錯誤(例如油門信號指示油門輸入值不在正常范圍或油門斷路)及/或通訊錯誤(例如持續一段時間，如10秒檢測不到通訊狀態信息或通訊中斷)的情形下，設定電機12的運行模式為跛行模式。跛行模式即動力汽車以非常小的速度運行，以便于駕駛員將動力汽車行駛到路邊停車或行駛到維修地進行維修。例如正常范圍的油門信號為1伏特飛伏特，若油門信號為6伏特，則出現了油門輸入值錯誤。油門斷路即持續一段時間檢測不到油門信號。在根據油門信號與通訊狀態信息判斷無油門輸入值錯誤及通訊錯誤的情形下當動力電池的當前所處荷電區間為荷電大于第一設定值且第二狀態信息指示動力電池的狀態無異常時，設定電機12的運行模式為全功率運行模式。在電機12的運行模式為全功率運行模式時，能量管理控制器11可依據電機12的轉矩-轉速-效率映射圖設定電機12的轉矩T輸出。當動力電池的當前所處荷電區間為荷電小于等于第一設定值且大于等于第二設定值，或者第二狀態信息指示動力電池的狀態出現第一程度異常時，設定電機12的運行模式為降功率運行模式。在電機12的運行模式為降功率運行模式時，能量管理控制器11可結合電機12的當前轉矩T、轉速η、動力電池的荷電信息以及當前整車車速限定電機12的轉矩T輸出并使電機12運行于高效區(即電機12的扭矩被限定在一定范圍內)。并且在電機12的運行模式為降功率運行模式時，能量管理控制器11將參考高壓輔助設備的當前驅動狀態信息對高壓輔助設備進行功率下調控制。當動力電池的當前所處荷電區間為荷電小于第二設定值，或者第二狀態信息顯示動力電池的狀態出現第二程度異常時，設定電機12 的運行模式為立即停車。此時油門信號無效，即油門踏板裝置13提供的油門信號不會被能量管理控制器11接收，動力汽車立即降速直至停車。例如，在本實施方式中，第一設定值為動力電池荷電總量的30%，第二設定值為動力電池荷電總量的10%。第一設定值及第二設定值的具體數值也可以也可以根據實際需要進行設定。第一程度異常以及第二程度異常分別可為電池電壓狀態、電池溫度狀態、電池電流狀態或電池絕緣狀態中的一個或多個出現了第一程度異常以及第二程度異常(在此，第二程度異常劣于第一程度異常)。更具體地，電池電壓狀態出現第一或第二程度異常是指電池出現欠壓，且欠壓值處于第一區間范圍或欠壓值處于第二區間范圍，電池溫度狀態出現第一或第二程度異常是指電池出現過溫，且溫度值處于第一區間范圍或溫度值處于第二區間范圍，電池電流狀態出現第一或第二程度異常是指電池出現過流，且電流值處于第一區間范圍或電流值處于第二區間范圍。圖2是本發明實施例提出的電動汽車的能量控制方法的步驟流程圖，請一并參考圖2及圖1，本發明電動汽車的能量控制方法主要可包括以下步驟S20fS212。步驟S201，能量管理控制器11取得依據油門踏板位置產生的油門信號以及取得通訊狀態信息以指示整車是否存在通訊錯誤，并根據油門信號與通訊狀態信息判斷是否存在油門輸入值錯誤及/或通訊錯誤的情形，若存在油門輸入值錯誤及/或通訊錯誤的情形， 則進行步驟S202，若不存在油門輸入值錯誤及通訊錯誤的情形，則進行步驟S203 ；
步驟S202，由能量管理控制器11設定電機12的運行模式為跛行模式；步驟S203，能量管理控制器11取得動力電池的荷電信息以及第二狀態信息，第二狀態信息指示動力電池的狀態異常程度，即第二狀態信息表示動力電池的狀態異常程度信號， 能量管理控制器11判斷第二狀態信息指示的動力電池的狀態是否出現第二程度異常，若第二狀態信息指示的動力電池的狀態出現第二程度異常則進行步驟S205，若第二狀態信息指示的動力電池的狀態未出現第二程度異常則進行步驟S207。所述第二狀態信息例如為電池電壓狀態信號、電池溫度狀態信號、電池電流狀態信號以及電池絕緣狀態信號中的一個或多個；
步驟S205，由能量管理控制器11設定電機12的運行模式為立即停車； 步驟S207，能量管理控制器11判斷第二狀態信息指示的動力電池的狀態是否出現第一程度異常，若第二狀態信息指示的動力電池的狀態出現第一程度異常則進行步驟S209， 若第二狀態信息指示動力電池的狀態未出現第一程度異常則進行步驟S210 ；
步驟S209，由能量管理控制器11設定電機12的運行模式為降功率運行模式；在電機 12的運行模式為降功率運行模式時，能量管理控制器11可結合電機12的當前轉矩T、轉速 η、動力電池的荷電信息以及當前整車車速限定電機12的轉矩T輸出并使電機12運行于高效區(即電機12的扭矩輸出被限定在一定范圍內)；
步驟S210，能量管理控制器11判斷動力電池的當前所處荷電區間是否為荷電大于第一設定值，例如動力電池荷電總量的30%，若動力電池的當前所處荷電區間為荷電大于第一設定值則進行步驟S211，若動力電池的當前所處荷電區間為荷電不大于第一設定值則進行步驟S212 ；
步驟S211，由能量管理控制器11設定電機12的運行模式為全功率運行模式；在電機 12的運行模式為全功率運行模式時，能量管理控制器11可依據電機12的轉矩-轉速-效率映射圖設定電機12的轉矩T輸出；
步驟S212，能量管理控制器11判斷動力電池的當前所處荷電區間是否為荷電小于等于第一設定值且大于等于第二設定值，例如第二設定值為動力電池荷電總量的10%，若動力電池的當前所處荷電區間為荷電小于等于第一設定值且大于等于第二設定值則進行步驟 S209，若動力電池的當前所處荷電區間并非為荷電小于等于第一設定值且大于等于第二設定值，也即荷電小于第二設定值，則進行步驟S205。在其它實施方式中，步驟S201中的通訊狀態信息也可以不作為設定電機12的運行模式的考慮因素之一。綜上所述，本發明之電動汽車的能量控制系統及其能量控制方法引入電池荷電信息及電池其它狀態信息、油門踏板位置甚至其它運行狀態(例如整車通訊狀態信息、車速信息)作為模糊控制器的輸入，利用模糊控制算法計算電機12的轉矩T輸出值，并將故障進行分類分級作為設定電機12運行模式的參考，從而提高了系統智能性以及整車運行的可靠性、安全性和續航里程。本發明之電動汽車的能量控制系統及其能量控制方法還可根據動力電池的所處荷電區間自動調節高壓輔助設備的能量消耗，從而保證主要設備例如電機12的功率需求。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種電動汽車的能量控制系統，其特征是所述能量控制系統包括 油門踏板裝置，根據油門踏板位置提供油門信號；電機，以動力電池所提供的電力作為動力來源；電池狀態檢測裝置，提供所述動力電池的荷電信息和第二狀態信息；以及能量管理控制器，根據所述荷電信息判斷所述動力電池當前所處荷電區間，并根據所述動力電池的當前所處荷電區間及第二狀態信息以及所述油門信號設定所述電機的運行模式。
2.根據權利要求1所述的能量控制系統，其特征是所述第二狀態信息為電池電壓狀態信號、電池溫度狀態信號、電池電流狀態信號以及電池絕緣狀態信號中的一個或多個。
3.根據權利要求1所述的能量控制系統，其特征是所述電機的運行模式為全功率運行模式、降功率運行模式、立即停車以及跛行模式之一。
4.根據權利要求3所述的能量控制系統，其特征是更包括通訊診斷裝置，提供通訊狀態信息以指示整車是否存在通訊錯誤；所述能量管理控制器設定所述電機的運行模式時進一步將所述通訊狀態信息作為考慮因素之一。
5.根據權利要求4所述的能量控制系統，其特征是所述能量管理控制器在根據所述油門信號與通訊狀態信息判斷存在油門輸入值錯誤及/或通訊錯誤的情形下，設定所述電機的運行模式為跛行模式；以及在根據所述油門信號與通訊狀態信息判斷無油門輸入值錯誤及通訊錯誤的情形下 當所述動力電池的當前所處荷電區間為荷電大于第一設定值且所述第二狀態信息指示所述動力電池的狀態無異常時，設定所述電機的運行模式為全功率運行模式；當所述動力電池的當前所處荷電區間為荷電小于等于第一設定值且大于等于第二設定值，或者所述第二狀態信息指示所述動力電池的狀態出現第一程度異常時，設定所述電機的運行模式為降功率運行模式；以及當所述動力電池的當前所處荷電區間為荷電小于第二設定值，或者所述第二狀態信息顯示所述動力電池的狀態出現第二程度異常時，設定所述電機的運行模式為立即停車； 并且，所述第一設定值大于所述第二設定值。
6.根據權利要求5所述的能量控制系統，其特征是更包括高壓輔助設備狀態檢測裝置，提供高壓輔助設備的驅動狀態信息；當設定所述電機的運行模式為降功率運行模式時， 所述能量管理控制器參考所述高壓輔助設備的當前驅動狀態信息對所述高壓輔助設備進行功率下調控制。
7.根據權利要求5所述的能量控制系統，其特征是當設定所述電機的運行模式為全功率運行模式時，所述能量管理控制器依據所述電機的轉矩-轉速-效率映射圖設定所述電機的轉矩輸出；以及當設定所述電機的運行模式為降功率運行模式時，所述能量管理控制器結合所述電機的當前轉矩及轉速、所述動力電池的荷電信息以及當前整車車速限定所述電機的轉矩輸出并使所述電機運行于高效區。
8.根據權利要求5所述的能量控制系統，其特征是所述第一設定值為30%，且所述第二設定值為10%。
9.根據權利要求1所述的能量控制系統，其特征是所述能量管理控制器為模糊控制器
10.一種電動汽車的能量控制方法，其特征是包括步驟取得依據油門踏板位置產生的油門信號；取得動力電池的荷電信息以及第二狀態信息，所述第二狀態信息指示所述動力電池的狀態異常程度；以及根據所述荷電信息判斷所述動力電池當前所處荷電區間，并根據所述動力電池的當前所處荷電區間及第二狀態信息以及所述油門信號設定電機的運行模式。
11.根據權利要求10所述的能量控制方法，其特征是所述第二狀態信息為電池電壓狀態信號、電池溫度狀態信號、電池電流狀態信號以及電池絕緣狀態信號中的一個或多個。
12.根據權利要求10所述的能量控制方法，其特征是更包括步驟取得通訊狀態信息以指示整車是否存在通訊錯誤；以及將所述通訊狀態信息作為設定所述電機的運行模式的考慮因素之一。
13.根據權利要求10所述的能量控制方法，其特征是設定電機的運行模式的步驟包括在根據所述油門信號與通訊狀態信息判斷存在油門輸入值錯誤及/或通訊錯誤的情形下，設定所述電機的運行模式為跛行模式；以及在根據所述油門信號與通訊狀態信息判斷無油門輸入值錯誤及通訊錯誤的情形下當所述動力電池的當前所處荷電區間為荷電大于第一設定值且所述第二狀態信息指示所述動力電池的狀態無異常時，設定所述電機的運行模式為全功率運行模式；當所述動力電池的當前所處荷電區間為荷電小于等于第一設定值且大于等于第二設定值，或者所述第二狀態信息指示所述動力電池的狀態出現第一程度異常時，設定所述電機的運行模式為降功率運行模式；以及當所述動力電池的當前所處荷電區間為荷電小于第二設定值，或者所述第二狀態信息顯示所述動力電池的狀態出現第二程度異常時，設定所述電機的運行模式為立即停車。
14.根據權利要求11所述的能量控制方法，其特征是更包括步驟當設定所述電機的運行模式為全功率運行模式時，依據所述電機的轉矩-轉速-效率映射圖設定所述電機的轉矩輸出；以及當設定所述電機的運行模式為降功率運行模式時，結合所述電機的當前轉矩及轉速、 所述動力電池的荷電信息以及當前整車車速限定所述電機的轉矩輸出并使所述電機運行于高效區。
15.根據權利要求11所述的能量控制方法，其特征是設定所述電機的運行模式是通過模糊控制算法實現。
全文摘要
本發明涉及電動汽車的能量控制系統及能量控制方法，其中能量控制系統包括油門踏板裝置、電機、電池狀態檢測裝置以及能量管理控制器；油門踏板裝置根據油門踏板位置提供油門信號；電機以動力電池提供的電力作為動力來源；電池狀態檢測裝置提供動力電池的荷電信息以及指示動力電池狀態異常程度的第二狀態信息；能量管理控制器根據荷電信息判斷動力電池當前所處荷電區間，并根據動力電池的當前所處荷電區間及第二狀態信息以及油門信號設定電機的運行模式。本發明通過引入動力電池的多種狀態信息和油門信號作為電機運行控制考慮因素，并對故障進行分類分級作為電機運行控制的參考，因此提高了電動汽車運行的可靠性、安全性和續航里程。
文檔編號B60L15/20GK102555812SQ20121000718
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者習可, 李偉, 李珍, 袁英敏, 謝長宇 申請人:中聯重科股份有限公司