混合动力公交车能量管理方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及新能源汽车领域，尤其是一种用于混合动力公交车能量管理的方法。
【背景技术】
[0002] 混合动力车辆作为传统燃油汽车的替代车型，具有能量利用充分，污染物排放低 等特点。混合动力车辆采取至少两种动力来源，利用发动机与电动机的相互配合，实现能量 充分利用。一般情况下，选择在发动机燃油效率较低的区间内，利用电动机驱动车辆，其能 量来源于车载电池和/或超级电容。这种车辆一般受制于电池和/或电容的容量、充放电 速度和效率等因素，而当前动力电池的能量密度、充放电效率又是一直难以解决的问题。
[0003] 虽然通过多年的优化设计和处理，混合动力车辆基本上已经可以满足日常行驶需 求，国内大多数城市已经认可混合动力车辆作为城市公共交通车型，但是对能源的进一步 充分有效利用，对污染物排放的"零容忍"使技术专家们一直在寻找更加有效的能量管理方 式。国内混合动力公交车能量管理一般采用"被动式"，受制于车载电池和/或超级电容的 容量，在启动电动机驱动前先检测车载电池和/或超级电容的电量，若电量低于下限则控 制不启动电动机，以防止电池过度亏电造成损坏，至少在这段时间内是需要发动机低效率 运行的。城市公交车具有循环工况，每条线路容易形成模型轨迹，如果能够利用城市公交的 这个特点，制定精确的能量控制策略，则可以有目的地释放电能，达到能量利用最大化的目 的。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种针对混合动力公交车的能量管理方法，合理分配车载 电池和/或电容的能量，在有效保护电池不受损坏的前提下，尽量充分利用电池电量，进一 步加强混合动力公交车节能的目的。
[0005] 本发明提供的混合动力公交车能量管理方法，包括如下步骤：
[0006] Sl :归纳某一公交路线中回收制动能量E的统计规律；
[0007] S2 :根据步骤Sl中得到的统计规律，选取一个概率A，能量EU E2,能量区域 E e El, E2范围内每个能量值出现的概率大于A ;
[0008] S3 :控制电动机输出能量E' e El, E2。
[0009] 通过控制电动机输出的能量，能够有效控制能量利用方式，保证电池荷电状态SOC 的稳定程度，防止电池过放过充以及必要时无法提供电量。
[0010] 其中，还可以包括设定电池电量下限SOCl和上限SOC2的步骤，控制电动机输出能 量 E' 符合 E' = f (El，E2, SOC1，SOC2)。
[0011] 作为一种方式，所述电动机输出能量E'与电池电量SOC为 对应关系。
[0012] 作为另一种方式，由（SOCl，El)和（SOC2，E2)确定SOC-E唯一线性关系，电动机输 出的能量E'依照该线性关系确定E' =E。
[0013] 所述步骤SI中制动能量E的获取方式包括：获取制动动作前后电动机的电流和电 压变化、制动时间，通过积分得到制动能量E。
[0014] 或者，所述步骤SI中制动能量E的获取方式包括：获取车辆质量m，制动前后速度 变化，积分得到制动能量E。
[0015] 所述方法适用于车辆通过电动机启动时。
[0016] 本发明还提供混合动力公交车能量管理装置，包括电动机电流传感器，电压传感 器，电池电量检测装置，数据采集模块，用于采集制动前后电动机的电流I和电压U并计算 制动回收能量E ;数据处理模块，利用正态分布规律统计制动回收能量E的上限El和下限 E2 ;控制模块，用于控制电动机能量E'输出，输出方式按照E' = f(El，E2，SOCl，SOC2);或 者按照由（S0C1，E1)和（SOC2，E2)确定SOC-E唯一线性关系，电动机输出的能量E'依照该 线性关系确定E' = E。
[0017] 以及提供一种混合动力公交车，设置有如上所述的能量管理装置，并利用如上述 的能量管理方法。
【附图说明】
[0018] 图1是一条普通城市公交路线的制动能量分布的一种统计规律图。
[0019] 图2是一条普通城市公交路线的制动能量分布的另一种统计规律图 [0020] 图3是本发明第一实施方式确定的电动机能量输出确定方式。
[0021] 图4是本发明第二实施方式确定的电动机能量输出确定方式。
【具体实施方式】
[0022] 混合动力公交车具有发动机、电动机、诸如动力电池或超级电容的高压电源模块、 控制模块、各种传感器等等。其中动力电池可能是可以外接充电设备的可充电电池。但是在 车辆行驶中，动力电池存储一定的电量，以供给车辆电动机运行，提供主要或者辅助的输出 动力。事实上，动力电池的电量在车辆行驶中是一直变化的，不仅仅是由于电动机消耗电量 使电量不断减少，在减速工况下，电动机回收车辆动能，转化成电能存储于动力电池中。由 于动力电池自身的特性，过充或者过放都会损坏电池的寿命，所以在电池管理系统中一般 设置电池电量上限阈值和下限阈值，当高于上限阈值时认为该电池电量已满，不宜再进行 充电，当低于下限阈值时认为该电池电量已空，不宜再进行放电。经统计发现，由于城市公 交路况中存在频繁的刹车、减速动作，所以电动机回收的动能成为维持动力电池电量保持 安全范围的主要来源。
[0023] 在固定公交路线下，同一驾驶员的驾驶习惯一般也是保持一定规律的，即在该公 交路线中，每一个循环工况下，如无特殊情况（如突发交通事故等）到达某一特定公交站点 前驾驶员刹车开始时的车辆状态（如车速）变化不大。收集该条线路的多个循环工况，可以 统计出司机的驾驶习惯，如车辆启动时的油门踏板深度、刹车时的车速、刹车时间等等。在 刹车过程中，通过收集到的车辆状态信息能够计算出电动机通过刹车制动回收的能量，该 能量被电动机转化成电能存储至车载电池或者超级电容，用于通过电动机进行能量输出。 当电池能量收（制动能量回收）一支（电动机能量输出）平衡时，电池将保持在最安全稳 定并被有效利用的状态。
[0024] 本发明根据城市公交路况的特点，结合混合动力公交车中电动机部分参与驱动， 能够灵活协调电动机与发动机的能量分配，采用大量收集公交车能量回收数据并进行统计 的方式，统计出某一特定公交路线中能量回收规律，应用于控制车辆在纯电动机驱动状态 下的能量输出，以实现电池电量的收支平衡。对公交路线制动回收能量E的收集可以是多 次循环工况，以形成数据统计规律。例如，从该路线公交站的起点到终点共有20站，其中经 过交通灯15次，那么在一次统计中，可能会有20次与站点相关的制动能量回收过程，以及 少于或等于15次的与交通灯相关的制动能量回收过程。假设每次制动回收的能量大小都 不相同，则在一次收集的公交路线中制动能量数据中，每一种制动能量数据出现的次数都 为1 ;经过多次（收集周期为几个月或几年）收集该数据，基于驾驶员在每一站的制动习惯 不可能完全相同，以及公交路况、交通灯的情况不可能完全相同，多次收集的回收能量数据 将呈现出频次的规律性变化。由于公交路况中较少存在急刹车（回收能量较多）或者刚起 步即停车（回收能量较少）的情况，多数的制动回收发生在公交车进站停车时，所以容易理 解，理想情况下，当多数收集该任意路线公交车制动回收时，该数据呈现出类似于如图1所 示的正态分布的规律。对于实际的公交路线，该数据可能出现沿能量坐标轴向左或者向右 的偏差，甚至不对称的负偏态分布，如图2所示。需要说明的是，收集的该统计数据也可能 呈现其它类型的分布，但是必定是呈规律性的分布，具体的分布规律对于实现本发明的方 法是没有影响的。
[0025] 本发明的具体措施如下：首先，收集公交车行驶数据，并归纳某一选定的公交路线 中回收的制动能量E。一般情况下，制动能量E是一个计算结果，真正收集的是用于计算制 动能量E的基础数据。根据计算方式不同，收集的基础数据可以是每一次车辆制动开始和 结束时流经电动机的电流I、电压U的变化以及制动时间t，积分后得到制动能量E :
【主权项】
1. 混合动力公交车能量管理方法，包括如下步骤： 51 :归纳某一公交路线中回收制动能量E的统计规律； 52 :根据步骤S1中得到的统计规律，选取一个概率A，能量 El、E2,能量区域E G El，E2范围内每个能量值出现的概率大于A ; 33:控制电动机输出能量￡'￡￡1，￡2。
2. 根据权利要求1所述的管理方法，其特征在于，还包括设定电池电量下限S0C1和上 限S0C2的步骤，控制电动机输出能量E'符合E' = f (El，E2, S0C1，S0C2)。
3. 根据权利要求2所述的能量管理方法，其特征在于，所述电动机输出能量E'与电池 电量SOC为 对应关系。
4. 根据权利要求3所述的能量管理方法，其特征在于，由（S0C1，E1)和（S0C2, E2)确 定SOC-E唯一线性关系，电动机输出的能量E'依照该线性关系确定E' = E。
5. 根据权利要求1所述的能量管理方法，其特征在于，所述步骤S1中制动能量E的获 取方式包括：获取制动动作前后电动机的电流和电压变化、制动时间，通过积分得到制动能 量E。
6. 根据权利要求1所述的能量管理方法，其特征在于，所述步骤S1中制动能量E的获 取方式包括：获取车辆质量m，制动前后速度变化，积分得到制动能量E。
7. 根据权利要求1?6任意一项所述的能量管理方法，其特征在于，所述方法适用于车 辆通过电动机启动时。
8. 混合动力公交车能量管理装置，包括 电动机电流传感器，电压传感器，电池电量检测装置，数据采集模块，用于采集制动前 后电动机的电流I和电压U并计算制动回收能量E ; 数据处理模块，利用正态分布规律统计制动回收能量E的上限E1和下限E2 ; 控制模块，用于控制电动机能量E'输出，输出方式按照E' = f(El，E2，S0Cl，S0C2);或 者按照由（S0C1，E1)和（S0C2，E2)确定SOC-E唯一线性关系，电动机输出的能量E'依照该 线性关系确定E' = E。
9. 混合动力公交车，设置有如权利要求8所述的能量管理装置，并利用如权利要求1? 7所述的能量管理方法。
【专利摘要】本发明提供一种针对混合动力公交车的能量管理方法，合理分配车载电池和/或电容的能量，在有效保护电池不受损坏的前提下，尽量充分利用电池电量，进一步加强混合动力公交车节能的目的。包括如下步骤：S1：归纳某一公交路线中回收制动能量E的统计规律；S2：根据步骤S1中得到的统计规律，选取一个概率A，能量E1、E2，能量区域E∈E1,E2范围内每个能量值出现的概率大于A；S3：控制电动机输出能量E′∈E1,E2，其中电动机输出能量E’与电池电量SOC为一一对应关系。
【IPC分类】B60L15-20, B60K6-26, B60L7-10
【公开号】CN104527401
【申请号】CN201410811733
【发明人】张辉
【申请人】天津市松正电动汽车技术股份有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月22日