技术领域
[0001] 本
发明涉及深混混合动力汽车、深混混合动力汽车的电源，深混混合动力汽车电源的驱动控制系统及其控制方法。
背景技术
[0002] 国家一直大力支持纯电动汽车的推广应用，然而，在新
能源汽车的发展过程中，目前市场上主要以混合动力汽车为主，纯电动汽车所占的市场份额较小，原因是动力
电池技术难以突破，再加上充电配套
基础设施建设滞后，受制于续驶里程和充电基础设施的限制，纯电动汽车暂时难有较大的突破。混合动力汽车相对于传统汽车，节能效果明显。但是现有混合动力汽车没有放弃将
发动机采用机械传动方式连接牵引驱动系统，结构复杂的
齿轮变速及离合系统，使得现有
混合动力系统的控制策略变得复杂繁多、整车
质量增加、故障率较高，维护
费用高，能效的进一步提高受到制约。
[0003] 公开号为CN101032921A ，
申请号为CN200710014164.X，名称为《电车用差速
电机驱动系统》的发明
专利公开了一种电车用差速电机后桥驱动系统，为本发明申请涉及的差速电机驱动系统的
现有技术。
发明内容
[0004] 为了克服现有技术的
缺陷，本发明提供一种采用纯电力
电动机驱动，合理控制调节输入电源的提供和功率组合匹配，使发电机在启动后始终处于较高效率的稳定工作状态，能显著降低整车能耗的深混混合动力汽车、电源、电源驱动控制系统及控制方法。
[0005] 为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种深混混合动力汽车电源，它包括发电机或发动机发电装置，与超级电容组、快充
电池组或电池－超级电容组构成的双动力电源；所述双动力电源可根据工况需要提供单电源电力输出或双电源电力
叠加输出，供深混混合动力汽车的驱动系统及辅助系统使用。
[0006] 作为优选技术方案，本发明提供的深混混合动力汽车电源，所述发电机或发动机发电装置为连体式共轨发动机、
转子发动机或其它发动机，与发电机、冷却系统、控制系统和输出装置组合而成；或由
燃料电池发电机及输出装置组合而成。发动机或
燃料电池发电机可以使用油、气、
生物质燃料、氢燃料等能源。
[0007] 作为优选技术方案，本发明提供的深混混合动力汽车电源，所述超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组为高比功率、高比
能量的超级电容器组或快充电池组或电池－超级电容组，其
电能量配备，达到单独提供电力使深混混合动力汽车在标准工况下续航3公里以上。
[0008] 作为进一步改进技术方案，本发明提供的深混混合动力汽车电源，所述深混混合动力汽车为纯电力电动机驱动，发电机或发动机发电装置不通过机械传动方式与驱动系统连接。
[0009] 为了解决上述技术问题，本发明的第二方面，本发明提供一种深混混合动力汽车驱动控制系统，它包括发电机或发动机发电装置，与超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组构成的双动力电源；负责运行整车控制
软件，采集
传感器的数据信息进行控制逻辑判别和发送控制指令、数据信息的整车管理系统；采集超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组及
蓄电池的电气参数的BMS管理系统；驱动系统及辅助系统；防止在
制动能量回收时的电能及超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组的电能
电压反向冲击发电机或发动机发电装置的电气隔离装置；即时获取超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组电能的变流耦合装置；所述双动力电源可根据工况需要提供单电源电力输出或双电源电力叠加输出，供驱动系统及辅助系统使用；所述发电机或发动机发电装置具有能执行整车管理系统和/或BMS管理系统发出的启停指令的启停装置，所述发电机或发动机发电装置具备自动启停功能；所述辅助系统包括DC/DC电源变换器、助力转向
泵、电动空压机、发电机或发动机发电装置的启停装置。
[0010] 作为优选技术方案，本发明提供的深混混合动力汽车驱动控制系统，所述发电机或发动机发电装置为连体式共轨发动机、
转子发动机或其它发动机，与发电机、冷却系统、控制系统和输出装置组合而成；或由燃料电池发电机及输出装置组合而成。发动机或燃料电池发电机可以使用油、气、生物质燃料、氢燃料等能源。
[0011] 作为优选技术方案，本发明提供的深混混合动力汽车驱动控制系统，所述双动力电源包括高比功率、高比能量的超级电容器组或快充电池组或电池－超级电容组，其电能量配备，达到单独提供电力给驱动系统使混合动力汽车在标准工况下续航3公里以上。
[0012] 作为进一步改进技术方案，本发明提供的深混混合动力汽车驱动控制系统，所述深混混合动力汽车为纯电力电机驱动，且发电机或发动机发电装置不通过机械传动方式与驱动系统连接；所述驱动系统为所述深混混合动力汽车提供
牵引力，包括电动机及其
控制器或差速电机驱动系统；在单电源提供驱动电力输出的工况下，以发电机或发动机发电装置提供电力驱动为主，占驱动时间的50%～90%，以超级电容器、快充电池组或电池－超级电容器组提供电力驱动为辅，占驱动时间的10%～50%；当驱动系统的电动机输出功率大于发电机或发动机发电装置输出的功率时，发电机或发动机发电装置保持额定输出工况，由发电机或发动机发电装置与超级电容器、快充电池组或电池－超级电容器组叠加输出驱动电力。
[0013] 作为进一步改进技术方案，本发明提供的深混混合动力汽车驱动控制系统，所述超级电容器组、快充电池组或电池－超级电容组也是制
动能量回收的储能装置。制动能量回收效率30%～90%。
[0014] 作为进一步改进技术方案，本发明提供的深混混合动力汽车驱动控制系统，所述深混混合动力汽车的驱动系统为采用转矩闭环控制策略或采用矢量控制策略的电机驱动系统，或采用差速电机的驱动系统。
[0015] 为了解决上述技术问题，本发明的第三方面，本发明提供一种深混混合动力汽车，具有前述任一项所述的深混混合动力汽车电源和/或任一项所述的深混混合动力汽车驱动控制系统；所述超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组可选择车内自主充电或选择外插电源充电。
[0016] 为了解决上述技术问题，本发明的第四方面，本发明提供一种深混混合动力汽车电源的控制方法，为应用于深混混合动力汽车驱动控制系统的控制方法，所述深混混合动力汽车驱动控制系统具备：包括发电机或发动机发电装置，与超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组构成的双动力电源；负责运行整车控制软件，采集传感器的数据信息进行控制逻辑判别和发送控制指令、数据信息的整车管理系统；采集超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组及蓄电池的电气参数的BMS管理系统；驱动系统及辅助系统；防止在制动能量回收时的电能及超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组的电能电压反向冲击发电机或发动机发电装置的电气隔离装置；即时获取超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组电能的变流耦合装置；所述双动力电源可根据工况需要提供单电源电力输出或双电源电力叠加输出，供驱动系统及辅助系统使用，驱动电源的转换或双电源叠加输出驱动电力，通过变流耦合装置实现；所述发电机或发动机发电装置具有能执行整车管理系统和/或BMS管理系统发出的启停指令的启停装置，所述发电机或发动机发电装置具备自动启停功能；所述辅助系统包括DC/DC电源变换器、助力转向泵、电动空压机、发电机或发动机发电装置的启停装置，发电机或发动机发电装置的启停工作策略至少包括下述策略之一：BMS管理系统检测到超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组端电压处于欠电压时，BMS管理系统向启停装置发出启动
信号，启停装置向发电机或发动机发电装置发出启动信号，发电机或发动机发电装置启动；BMS管理系统检测到超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组端电压处于过电压时，BMS管理系统向启停装置发出停机信号，发电机或发动机发电装置停机；
整车管理系统检测到驱动系统的电动机转数为零，
方向盘转
角小于设定值并保持到设定时间以后，深混混合动力汽车处于牵引档位，且处于制动状态时，整车管理系统向启停装置发出停机信号，启停装置向发电机或发动机发电装置发出停机信号，发电机或发动机发电装置停机；
制动复位后，踩
加速踏板且BMS管理系统检测到超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组的剩余电量（SOC）小于设定值时，整车管理系统向启停装置发出启动信号，发电机或发动机发电装置启动；
整车管理系统检测到发电机或发动机发电装置的发动机机油
温度低于设定值时，整车管理系统向启停装置不发出停机信号或发出启动信号，使发电机或发动机发电装置处于启动状态；当机油温度达到设定值时，启停装置正常工作，发电机或发动机发电装置按启停装置指令工作；
整车管理系统检测到发电机或发动机发电装置的发动机
水温达到设定值时，启停装置发出停机或不发出启动信号，使发电机或发动机发电装置始终处于停机状态；当水温低于设定值时，启停装置正常工作，发电机或发动机发电装置按启停装置指令工作；
整车管理系统检测到深混混合动力汽车处于空档达到设定时间后、且深混混合动力汽车处于制动状态时，整车管理系统向启停装置发出停机信号，发电机或发动机发电装置停机；
整车管理系统检测到深混混合动力汽车处于倒车档时，整车管理系统向启停装置发出启动或不发出停机信号，使发电机或发动机发电装置始终处于启动状态；
前述策略过程中，当BMS管理系统检测到蓄电池有足够能量用于下次启动时，启停装置收到停机信号后，发电机或发动机发电装置才停机，否则，发电机或发动机发电装置不停机。
[0017] 在不冲突的情况下，上述改进或优选技术方案可单独或组合实施。
[0018] 本发明中，转矩闭环控制策略是指：通过将电磁转矩的变化量作为
积分项引入到转矩角β的闭环控制中，形成以转矩角β为目标的闭环控制系统，从而避开了MTPA控制中转矩角β求取时对电机参数的依赖。实验表明具有更好的可行性，且
算法简单，实施可靠。
[0019] 本发明带来的有益效果：本发明提供的技术方案，整车采用
驱动电机纯电力驱动模式；发电机或发动机发电装置仅提供电源，单独或与超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组同时输出驱动电力，发电机或发动机发电装置不通过机械方式连接驱动系统来驱动整车行驶；当
发电机组或发动机发电装置停止工作时，由超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组提供电能，当发电机组或发动机发电装置输出功率小于驱动系统功率时，由发电机组或发动机发电装置和超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组共同提供电能。整车可采用小功率、高效率的发电机或发动机发电装置作为主要电能来源，并使发电机或发动机发电装置的运行工况稳定，节约能耗；也可采用外插式电源充电，更具有灵活性；自动控制发电机或发动机发电装置的启停，可降低燃料消耗；提供的技术方案，不再需要社会上建设大量的充电桩，产品较易实现市场化，在未来是最有可能普及的深混混合动力技术。
[0020] 提供的技术方案能根据驱动系统输出功率的变化需求，利用超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组的高功率、大容量、高效率性能优势，自动控制耦合转换输入电源，使发电机或发动机发电装置始终处于较高效率的稳定工作状态，使整车能耗降低。
[0021] 本发明中的深混混合动力汽车采用纯电力电动机驱动，驱动电动机的工作效率易于达到92%以上，而传统燃油车的发动机工作效率一般为20%～30%；采用的技术方案，方便选择能效高、额定功率相对较小的发电机或发动机发电装置，更易于降低整车成本，例如永磁电动发电一体机的工作效率可达93%以上；在一定的
电流范围，燃料电池发动机的效率较高，本发明提供的技术方案，若选用燃料电池发动机，可使燃料电池发动机更接近55%的高效率运行，远高于现有技术
内燃机发动机的效率，节能效果明显。
[0022] BMS管理系统检测超级电容器组、快充电池组或电池－超级电容组及低压蓄电池的电气参数，有效保护超级电容器组、快充电池组或电池－超级电容组，延长使用寿命，同时为发动机启停装置提供控制指令。
[0023] 城市加油站服务半径多为0.9～1.2 km，超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组的电能量配备，达到单独提供电力使深混混合动力汽车在标准工况下续航3公里以上，在车辆发电机或发动机发电装置出现故障或没有燃料的情况下，易于得到后勤服务保障，使车辆免除或减少因故障影响城市道路交通；当路面坡度较陡、长爬坡行驶工况，发电机组或发动机发电装置输出功率不够时，超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组的电能使车辆足够完成城市较陡、较长距离爬坡行驶，而不影响发电机或发动机发电装置的运行工况。
[0024] 经以下试验工况测试：试验条件：a试验道路：各项性能试验在清洁、干燥、平坦的，用
沥青或
混凝土铺装的直线道路上进行。道路长2～3km，宽不小于8m，纵向坡度在0.1％以内；b预热行驶：试验前，试验车辆进行预热行驶，使汽车发动机或驱动电动机、控制器、传动系及其他部分预热到规定的温度状态；c环境条件：室外大气温度为5℃～32℃，室内试验温度为20℃～30℃，
大气压力为91KPa～104KPa,高于路面0.7M处的平均
风速小于3m/S，阵风风速小于5m/S，
相对湿度小于95%，试验不得在雨天和雾天进行；d能耗计算：
在试验跑道上将半载车辆加速到40km/h且保持这个速度行驶1km，它消耗的能量为车辆能耗。
[0025] 测试结果表明：本发明提供的深混混合动力汽车较传统内燃机汽车节能40%以上。
附图说明
[0026] 附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性
实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1是实施例混合动力汽车电源的控制原理示意图；
图2为实施例发动机发电机组特性图；
图3为燃料电池发动机效率与电流之间的关系曲线图。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0028] 本发明提供的深混混合动力汽车，具备电源，其电源包括发电机或发动机发电装置，与高比功率、高比能量的超级电容器组或快充电池组或电池－超级电容组构成的双动力电源；所述双动力电源可根据工况需要提供单电源电力输出或双电源电力叠加输出，供深混混合动力汽车的驱动系统及辅助系统使用，发电机或发动机发电装置不通过机械传动方式与驱动系统连接。发电机或发动机发电装置优选由连体式共轨发动机、转子发动机或其它发动机，与发电机、冷却系统、控制系统和输出装置组合而成；或由燃料电池发电机及输出装置组合而成。发动机或燃料电池发电机可以使用油、气、生物质燃料、氢燃料等能源。高比功率、高比能量的超级电容器组、或快充电池组、或电池－超级电容组的电能量配备，达到单独提供电力使深混混合动力汽车在标准工况下续航3公里以上。
[0029] 如图1所示的深混混合动力汽车的驱动控制系统，包括发电机或发动机发电装置与充放电动力电源双动力电源；负责运行整车控制软件，采集传感器的数据信息进行控制逻辑判别和发送控制指令、数据信息的整车管理系统（ECU）；采集充放电动力电源及蓄电池的电气参数的BMS管理系统；驱动系统；辅助系统；防止在制动能量回收时的电能及超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组的电能电压反向冲击发电机或发动机发电装置的电气隔离装置；即时获取超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组电能的变流耦合装置；双动力电源可根据工况需要为整车提供单电源或双电源电力输出，供驱动系统和辅助系统使用，在不同工况下，驱动电源的转换或双电源同时输出驱动电力，通过变流耦合装置来实现；驱动系统为所述深混混合动力汽车提供牵引力，包括电动机及其控制器或差速电机驱动系统；辅助系统包括DC/DC电源变换器、助力转向泵、电动空压机、发动机启停装置、除霜器、
空调、车载音响等设备。
[0030] 充放电动力电源优选高比功率、高比能量的超级电容器组、或快充电池组、或电池－超级电容组，充放电动力电源也是制动能量回收的储能装置，在标准工况下，其电能量配备达到单独提供电力给驱动系统使车辆续航3公里以上。
[0031] 整车为纯电力电机驱动，发电机或发动机发电装置不通过机械连接方式与驱动系统连接。在单电源提供驱动电力输出的工况下，以发电机或发动机发电装置提供电力驱动为主，占驱动时间的50%～90%，以充放电动力电源提供电力驱动为辅，占驱动时间的10%～50%；当驱动系统的电动机输出功率大于发电机或发动机发电装置输出的功率时，发电机或发动机发电装置和充放电动力电源同时输出驱动电力。
[0032] 发电机或发动机发电装置具备自动启停功能，发电机或发动机发电装置具有能执行整车管理系统和/或BMS管理系统发出的自动启停指令的启停装置。
[0033] BMS管理系统实时检测充放电动力电源及低压蓄电池的电气参数，有效保护超级电容器组、快充电池组或电池－超级电容组，延长使用寿命，同时为发动机启停装置提供控制指令。
[0034] 整车驱动系统为采用采用转矩闭环控制策略或采用矢量控制策略的电机驱动系统，或采用差速电机的驱动系统，驱动系统的电动机优选永磁电机或差速电机。
[0035] 发电机或发动机发电装置
输出电压为额定值，额定输出功率为稳定值，发电机或发动机发电装置输出电源经电控箱对驱动系统和辅助系统进行配电，驱动系统主要包括永磁电动机及电动机调速控制器、或采用差速电机的驱动系统，辅助系统主要包括DC/DC电源变换器、助力转向泵、电动空压机、除霜器、空调、发动机启停装置、车载音响等设备；充放电动力电源的工作电压范围为某一数值；当驱动系统电动机输出功率大于发电机或发动机发电装置额定输出功率（或额定输出电流）时，充放电动力电源为驱动系统电动机提供电力，释放存储在充放电动力电源的能量，当汽车制动时驱动系统电动机把动能转换成电能存储到充放电动力电源中，供需要时使用；发电机或发动机发电装置输出功率大于驱动系统电动机输出功率时，也可对充放电动力电源进行充电。另外，当遇到特殊工况时，可能导致充放电动力电源存在过充现象，如果BMS管理系统检测到超级电容器组、快充电池组或电池－超级电容组端电压高于某一数值时，BMS管理系统把过电压信号传送给整车管理系统，整车管理系统向启停装置发出过充信号，发电机或发动机发电装置停止工作，这时整车供电由充放电动力电源提供，将存储的电能供给驱动系统和辅助系统工作，进入超级电容器组、快充电池组或电池－超级电容组纯电动牵引工作模式；如果BMS管理系统检测到充放电动力电源端电压低于某一数值时，属于欠压状态，BMS管理系统向整车管理系统传送欠压信号，整车管理系统向启停装置发出开机信号，发电机或发动机发电装置启动，输出电能，为驱动系统及辅助系统及超级电容器组、快充电池组或电池－超级电容组供电；整车管理系统实时采集传感器的数据信息进行控制逻辑判别和发送控制指令，实时向启停装置发出启、停信号，实时控制发电机或发动机发电装置的启停；每一次正常启停的前提是蓄电池有足够的能量，若无足够的能量启停装置不执行停机指令，这样能延长超级电容、快充电池组或电池－超级电容组的长寿命，发挥其大功率及发电机或发动机发电装置效率高的优势，降低使用成本，突出节能效果，扩大续航里程。
[0036] 整车管理系统发送控制指令至少包括下述策略之一：BMS管理系统检测到超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组端电压处于欠电压时，BMS管理系统向启停装置发出启动信号，启停装置向发电机或发动机发电装置发出启动信号，发电机或发动机发电装置启动；BMS管理系统检测到超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组端电压处于过电压时，BMS管理系统向启停装置发出停机信号，发电机或发动机发电装置停机。解决的技术问题是保护超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组，不至于深度放电或电压过充，延长使用寿命。
[0037] 整车管理系统检测到驱动系统的电动机转数为零，方向盘转角小于设定值并保持到设定时间以后，例如方向盘转角小于3度保持2S后，深混混合动力汽车处于牵引档位，且处于制动状态时，整车管理系统向启停装置发出停机信号，启停装置向发电机或发动机发电装置发出停机信号，发电机或发动机发电装置停机。解决的技术问题是在停驶状态下如何降低发电机组或发动机发电装置的能耗，整车管理系统检测到的状态为车辆停止行驶状态，处于这种状态时车辆是不用作牵引运行的，整车供电可由超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组来提供，停止工作可降低发电机组或发动机发电装置的能耗。
[0038] 制动复位后，踩加速踏板且BMS管理系统检测到超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组的剩余电量小于设定值时，例如剩余电量小于额定容量的80%，整车管理系统向启停装置发出启动信号，发电机或发动机发电装置启动。可保障超级电容组、快充电池组或电池－超级电容组有足够的能量，防止特殊工况下出现电能不足。
[0039] 整车管理系统检测到发电机或发动机发电装置的发动机机油温度低于设定值（例如80℃）时，整车管理系统向启停装置不发出停机信号或发出启动信号，使发电机或发动机发电装置处于启动状态；当机油温度达到设定值（例如80℃）时，启停装置正常工作，发电机或发动机发电装置按启停装置指令工作。可防止发动机油出现乳化现象。
[0040] 为了解决保护深混混合动力汽车的冷却系统的技术问题。整车管理系统检测到发电机或发动机发电装置的发动机水温达到设定值（例如85℃）时，启停装置发出停机或不发出启动信号，使发电机或发动机发电装置始终处于停机状态；当水温低于设定值（例如85℃）时，启停装置正常工作，发电机或发动机发电装置按启停装置指令工作。
[0041] 整车管理系统检测到深混混合动力汽车处于空档达到设定时间后（例如2S）、且深混混合动力汽车处于制动状态时，整车管理系统向启停装置发出停机信号，发电机或发动机发电装置停机。
[0042] 整车管理系统检测到深混混合动力汽车处于倒车档时，整车管理系统向启停装置发出启动或不发出停机信号，使发电机或发动机发电装置始终处于启动状态。解决的技术问题是使有足够的输出功率连贯完成倒车过程。
[0043] 前述策略过程中，当BMS管理系统检测到蓄电池有足够能量用于下次启动时，启停装置收到停机信号后，发电机或发动机发电装置才停机，否则，发电机或发动机发电装置不停机。解决的技术问题是，在前述各策略过程中，保证自动启停装置能根据控制策略正常启停。
[0044] 实施例中，充放电动力电源为超级电容器组、快充电池组或电池－超级电容组。
[0045] 如图2所示，曲线1为转矩曲线，曲线2为输出功率曲线，曲线3为燃油消耗率曲线，选用由连体式共轨发动机、转子发动机与发电机、冷却系统、控制系统和输出装置组合的36kw发电机或发动机发电装置，在2500～3000转/分转速下，可获得转速、能耗、输出功率、
扭矩最佳点，实现在低能耗下得到较高的输出功率和扭矩，同时又使机组处于较长使用寿命、较小污染物排放、较低噪音、较小振动的较佳转速。
[0046] 如图3所示，在一定的电流范围，燃料电池发动机的效率较高，本发明提供的技术方案，若选用燃料电池发动机，可使燃料电池发动机更接近55%的高效率运行，远高于现有技术内燃机发动机的效率，节能效果明显，减少发热量。
[0047] 本发明不限于以上优选实施方式，还可在本发明
权利要求和
说明书限定的精神内，进行多种形式的变换和改进，能解决同样的技术问题，并取得预期的技术效果，故不重述。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接或联想到的所有方案，只要在权利要求限定的精神之内，也属于本发明的保护范围。
