CN108162968A

CN108162968A - 功率输出控制方法及装置、功率回馈控制方法及装置

Info

Publication number: CN108162968A
Application number: CN201611105378.3A
Authority: CN
Inventors: 游祥龙
Original assignee: Zhengzhou Yutong Bus Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Yutong Bus Co Ltd
Priority date: 2016-12-05
Filing date: 2016-12-05
Publication date: 2018-06-15
Also published as: WO2018103604A1

Abstract

本发明涉及功率输出控制方法及装置、功率回馈控制方法及装置，根据动力电池的SOC和温度能够得到最大允许输出功率值和最大允许充电功率值，然后比较车辆的实际功率与得到的动力电池的最大允许功率值，根据比较结果对动力电池进行相应地控制。所以，该控制方法为功率主动控制，不但能够保证整车动力需求的最佳状态；而且还能够避免动力电池的过放和过充，进而避免对动力电池造成的伤害，保证了动力电池的正常输入或者输出。

Description

功率输出控制方法及装置、功率回馈控制方法及装置

技术领域

本发明涉及功率输出控制方法及装置、功率回馈控制方法及装置，属于纯电动汽车的功率控制技术领域。

背景技术

近几年新能源汽车保持着良好的发展势头，整车厂注入了大量人力物力进行相关的技术研发，随着新能源公交车以及团体车批量的投入市场运营，更预示着这个新活力生命在汽车行业中的崛起。加快培育和发展节能与新能源汽车，既是有效缓解能源和环境压力，也是推动汽车产业可持续发展的紧迫任务。随着每年国家部委对新能源汽车补贴与优惠政策的出台，整车厂与电池厂纷纷调整各自发展战略，研发设计新的车型，为新能源汽车大批量产业化奠定基础。

动力电源系统是新能源汽车的核心零部件之一。电动汽车的开发虽然已有了很大的进展，但在关键技术开发，尤其是整车安全行驶以及电池保护方面仍需要取得进一步的突破。以往的纯电动车辆，整车依据实际工况提出功率需求，电源系统按照实际的路况需求被动的进行充放电。若实际充放电电流值超出电池本身的能力，或者电源系统有报警信息，电池管理系统通过CAN通讯告诉整车，整车再采取降功率或者停车的方式以保护电池。但这种车辆行驶及电池保护控制方式有不可回避的弊端：第一，这是一种开环的控制方式，电池告警信息发生在前，处理在后，已经对电池构成不同程度的伤害；第二，整车的行驶没有考虑电池单体一致性因素，会存在突然抛锚的风险，不能实现车辆在任何情况下的安全行驶；第三，电池管理系统对SOC的估算以及功率限制估算，未能充分考虑到电源系统的各个状态，必定会出现SOC不准确以及SOC跳变等非正常的现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种纯电动汽车功率输出控制方法，用以解决传统的纯电动汽车功率输出控制方法会对动力电池造成伤害的问题。本发明同时提供一种纯电动汽车功率输出控制装置，一种纯电动汽车功率回馈控制方法及一种纯电动汽车功率回馈控制装置。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种纯电动汽车功率输出控制方法，包括以下步骤：

(1)根据动力电池当前的SOC信息和温度信息通过查表得到对应的最大允许输出功率值；

(2)比较车辆的实际需求功率与动力电池的最大允许输出功率值：若实际需求功率大于最大允许输出功率值，则以最大允许输出功率值驱动车辆行驶；若实际需求功率小于或者等于最大允许输出功率值，则以实际需求功率驱动车辆行驶；

所述表为SOC信息、温度信息和最大允许输出功率值的对应关系表。

当动力电池出现故障时，相应的最大允许输出功率值下降一半。

动力电池的SOC为动力电池中最小单体电压对应的单体电池的SOC。

一种纯电动汽车功率回馈控制方法，包括以下步骤：

(1)根据动力电池当前的SOC信息和温度信息通过查表得到对应的最大允许充电功率值；

(2)比较车辆的实际回馈功率与动力电池的最大允许充电功率值：若实际回馈功率大于最大允许充电功率值，则以最大允许充电功率值为动力电池充电；若实际回馈功率小于或者等于最大允许充电功率值，则以实际回馈功率为动力电池充电；

所述表为SOC信息、温度信息和最大允许充电功率值的对应关系表。

当动力电池出现故障时，相应的最大允许充电功率值下降一半。

动力电池的SOC为动力电池中最大单体电压对应的单体电池的SOC。

一种纯电动汽车功率输出控制装置，包括：

获取模块，用于根据动力电池当前的SOC信息和温度信息通过查表得到对应的最大允许输出功率值；

控制模块，用于比较车辆的实际需求功率与动力电池的最大允许输出功率值：若实际需求功率大于最大允许输出功率值，则以最大允许输出功率值驱动车辆行驶；若实际需求功率小于或者等于最大允许输出功率值，则以实际需求功率驱动车辆行驶；

一种纯电动汽车功率回馈控制装置，包括：

获取模块，用于根据动力电池当前的SOC信息和温度信息通过查表得到对应的最大允许充电功率值；

控制模块，用于比较车辆的实际回馈功率与动力电池的最大允许充电功率值：若实际回馈功率大于最大允许充电功率值，则以最大允许充电功率值为动力电池充电；若实际回馈功率小于或者等于最大允许充电功率值，则以实际回馈功率为动力电池充电；

首先，发明人通过分析得到，动力电池的最大允许输出功率值与电池的SOC和温度有着对应的关系，所以，根据动力电池的SOC和温度能够得到该状态下的最大允许输出功率值，然后比较车辆的实际需求功率与动力电池的最大允许输出功率值，若实际需求功率小于或者等于最大允许输出功率值，那么以实际需求功率来驱动车辆行驶，保证整车动力需求的最佳状态；而且，若实际需求功率大于最大允许输出功率值，则以最大允许输出功率值驱动车辆行驶，避免动力电池的过放，进而避免对动力电池造成伤害。所以，该控制方法为功率主动控制，先获取动力电池的最大允许输出功率值和车辆的实际需求功率，然后按照车辆的实际需求功率与最大允许输出功率值之间的关系对功率进行控制，因此该控制方法能够避免对动力电池造成的伤害，保证了动力电池的正常输出。

附图说明

图1是纯电动汽车功率输出控制方法的原理示意图；

图2是纯电动汽车功率回馈控制方法的原理示意图。

具体实施方式

纯电动汽车功率输出控制方法实施例

该纯电动汽车功率输出控制方法整体上包括以下步骤：

(2)比较车辆的实际需求功率与动力电池的最大允许输出功率值：若实际需求功率大于最大允许输出功率值，则以最大允许输出功率值驱动车辆行驶；若实际需求功率小于或者等于最大允许输出功率值，则以实际需求功率驱动车辆行驶。

以下对各步骤进行详细说明。

首先，最大允许输出功率值是在当前状态下，动力电池可以安全使用且不影响电池寿命的最大输出功率值，所以，最大允许输出功率值还可以称为功率限值。

为了满足整车动力需求的最佳状态，同时，确保动力电池在任意时刻都不存在过充与过放的风险，动力电池的最大允许输出功率值与电池状态量相关。电池的状态量指：SOC状态、温度状态、单体电压状态、单体离散状态等。其中，SOC状态是指电池所剩余的容量，电池的放电能力会随着SOC的降低而减小；温度状态是指电池的使用环境，电池在温度过高或过低时，充放电能力会大大降低；单体电压状态与电池SOC在一定条件下有趋势对应关系，某一单体电池的单体电压越低，该单体电池对应的SOC越低；单体离散度状态，反应出来是电池系统单体电压的一致性，依据木桶效应，动力电池整个放电能力取决于系统最小单体电压，以及最小单体电压对应的SOC。

因此，车辆正常行驶时，动力电池的功率限值与SOC及温度是相关的，这三者之间存在着一一对应的关系，某一个SOC与某一个温度对应有一个功率限值，并且SOC和温度改变时，功率限值也进行了相应地改变。所以可以做出一张表，该表为SOC、温度和功率限值的对应关系表，在SOC与温度确定的情况下，通过查表能够得到该情况下的功率限值。SOC、温度与功率限值的对应关系是电池厂家或者是相应地电池使用人员通过长期的大量实验获得的，所以，该对应关系是能够通过试验获取的，下述表1、2和3中对具体的关系进行部分举例说明。

另外，因为依据木桶效应，动力电池的整个放电能力取决于动力电池中的最小单体电压，以及最小单体电压对应的SOC。动力电池在充电时，为避免电池过充，将最高单体电压对应SOC修正到100％，而在放电时，为避免电池过放，取决于最低单体电压对应的SOC，这就需要在行车过程中将当前显示最高单体电压对应的SOC逐步平滑过渡到最低单体电压对应的SOC。所以，本实施例中，动力电池放电过程中，动力电池的SOC为内部最小单体电压对应的单体电池的SOC，如果检测出的动力电池的SOC与最小单体电压对应的单体电池的SOC有偏差时，要逐步平滑过渡到最小SOC，即取最小单体电压对应的单体电池的SOC作为动力电池的SOC。上述SOC的选取是为了进一步防止动力电池过放，当然，作为更加一般的实施方式，还可以以整个动力电池作为对象，利用检测装置来检测整个动力电池的SOC，以直接检测出的SOC作为动力电池的SOC，不必受各单体电池的影响。

所以，在任何整车工况中，动力电池的功率限值都可以根据对应的SOC和温度以及三者的对应关系得到。

三者的对应关系存储在控制器中，本实施例以整车控制器为例。整车控制器实现动力电池的功率输出控制，以当前状态为例，整车控制器根据当前动力电池的SOC和温度获取动力电池在当前状态下的功率限值。然后，比较当前情况下，车辆的实际需求功率与动力电池的功率限值的大小。其中，实际需求功率可以通过油门踏板的开度获取，整车控制器根据油门踏板的开度得到对应的需求功率。

实际需求功率与动力电池的功率限值之间存在着两种关系，分别是实际需求功率大于功率限值的情况，和实际需求功率小于或者等于功率限值的情况。

当实际需求功率大于功率限值时，在整车控制器的控制下，动力电池的实际功率输出为动力电池的功率限值，以该功率驱动车辆行驶。也就是说，功率供小于需，那么，虽然车辆的需求功率更大，但是为了确保动力电池的性能，防止过放，动力电池只能够提供最大允许输出功率，即功率限值，整车控制器控制车辆以功率限值来驱动行驶。

当实际需求功率小于或者等于功率限值时，在整车控制器的控制下，动力电池实际的输出功率为该实际需求功率，以该功率驱动车辆行驶。也就是说，功率供大于需，那么，动力电池提供实际所需的功率即可满足要求，整车控制器控制车辆以实际所需的功率来驱动行驶。

所以，通过这种控制方法，不但能够保证整车动力需求的最佳状态；而且还能够避免动力电池的过放。

另外，当动力电池处于报警状态时，比如：动力电池出现故障时，需要将各种情况下的动力电池的功率限值均降50％处理，即新的功率限值是原先的对应的功率限值的一半，通过该控制方式能够保护电池安全。而且，还可以在仪表提前显示，蜂鸣告警，提醒司机注意，保证车辆安全行驶。因此，报警状态作为特殊条件下出现的状态，在故障出现后，对功率限值做调整。

基于上述技术方案，以下给出一个应用实例。

假设纯电动汽车的动力电池的额定电压等级为560伏。电池管理系统需要时时估算自身允许放电能力，动力电池功率限值与SOC和温度相关，任意时刻的功率限值可以依据上述三者之间的关系查表求出。由于动力电池的输出功率与输出电流呈正比，那么，以电流来表征对应的功率。以下以动力电池的最大允许放电电流值，即放电电流限值来表征功率限值。根据油门踏板的开度可以得到对应的实际需求放电电流。而且，如下表1所示，动力电池在不同温度与不同SOC下对应有不同的放电电流限值，比如当SOC为90％，温度为30℃时，查表求出动力电池当前的放电电流限值为I7A。

因此，当实际需求放电电流大于放电电流限值I7A时，以该放电电流限值I7A作为动力电池实际的输出的放电电流，整车控制器以该放电电流限值I7A对应的功率驱动车辆行驶。当实际需求放电电流小于或者等于放电电流限值I7A时，以该实际需求放电电流作为动力电池实际的输出的放电电流，整车控制器以该实际需求放电电流对应的功率驱动车辆行驶。图1给出了放电控制过程的一种具体实施方式。

所以，通过这种控制方法，不但能够保证整车动力需求的最佳状态；而且还能够避免动力电池的过放。总之，为避免对电池过放，整车实际需求放电电流要小于或等于I7A。

表1

下面表2给出了动力电池放电电流限值、SOC和温度的部分具体的数值关系。

表2

比如在SOC为90％，温度为30℃时，依据表2可得，动力电池当前放电电流限值为300A，其他SOC和温度下的放电电流限值均可依据上述查表直接获得，或者线性插值获得。

而且，当动力电池出现告警信息时，需要将上述条件下对应的放电电流限值调整为50％*I7，及降低为原来限值的一半。在不同温度下与不同SOC下的允许的放电电流限值，可依据不同电池厂家通过实验获得。

另外，为实现整车的安全行驶，除了对动力电池功率限值做调整之外，必要时还需要电池管理系统发出告警信息，并在仪表提示信息。当动力电池出现欠压信息时，电池管理系统发出告警信息，仪表显示“电量过低，需要充电”，当SOC过低时，仪表提示“SOC过低，需要充电”；当整车高压系统绝缘阻值过低时，需要在仪表提示“系统绝缘低，需要回厂检修”，“电池一致性差异过大，需要均衡维护”，通过类似告警信息提示，可以有效提醒司机提前做好准备，避免车辆因动力电池故障而导致车辆抛锚。

纯电动汽车功率回馈控制方法实施例

该纯电动汽车功率回馈控制方法整体上包括以下步骤：

(2)比较车辆的实际回馈功率与动力电池的最大允许充电功率值：若实际回馈功率大于最大允许充电功率值，则以最大允许充电功率值为动力电池充电；若实际回馈功率小于或者等于最大允许充电功率值，则以实际回馈功率为动力电池充电。

以下对各步骤进行详细说明。

首先，最大允许充电功率值是在当前状态下，动力电池可以安全使用且不影响电池寿命的最大充电功率值，所以，最大允许充电功率值可以称为充电限值。

然后，与上述纯电动汽车功率输出控制方法实施例同理，动力电池的最大允许充电功率值与动力电池的SOC和温度也存在着对应的关系，相应地，三者之间的对应关系也可以通过一张关系表来表示，在SOC与温度确定的情况下，通过查表能够得到该情况下的充电限值。由于上述功率输出控制方法实施例中已对这三者之间的关系做出了详细地描述，这里就不再具体说明。另外，SOC、温度与充电限值的对应关系也是电池厂家或者是相应地电池使用人员通过长期的大量实验获得的。

而且，与上述纯电动汽车功率输出控制方法实施例中的描述同理，为了进一步避免动力电池过充，动力电池充电过程中，动力电池的SOC为内部最大单体电压对应的单体电池的SOC。当然，作为更加一般的实施方式，还可以以整个动力电池作为对象，利用检测装置来检测整个动力电池的SOC，直接以检测出的SOC作为动力电池的SOC，不必受各单体电池的影响。

三者的对应关系存储在控制器中，本实施例以整车控制器为例。整车控制器实现动力电池的功率回馈控制，以当前状态为例，整车控制器根据当前动力电池的SOC和温度获取动力电池在当前状态下的充电限值。然后，比较当前情况下，车辆的实际回馈功率与动力电池的充电限值的大小。其中，实际回馈功率可以通过制动踏板的踩踏程度获取，整车控制器根据制动踏板的踩踏程度得到对应的回馈功率。

实际回馈功率与动力电池的充电限值之间存在着两种关系，分别是实际回馈功率大于充电限值的情况，和实际回馈功率小于或者等于充电限值的情况。

当实际回馈功率大于充电限值时，以动力电池的充电限值作为动力电池实际的回馈功率，整车控制器以该功率为动力电池充电，也就是说，在整车控制器的控制下，实际回馈功率中的充电限值部分充入到动力电池中，而实际回馈功率中除去充电限值之外剩余的功率则可以通过耗能电路消耗掉。

当实际回馈功率小于或者等于充电限值时，以该实际回馈功率作为动力电池充电，也就是说，当实际回馈功率小于或者等于充电限值时，实际回馈功率可以全部充入动力电池中，那么，在整车控制器的控制下，实际回馈功率全部充入到动力电池中。

所以，通过这种控制方法，不但能够保证整车动力需求的最佳状态；而且还能够避免动力电池的过充。

另外，当动力电池处于报警状态时，比如：动力电池出现故障时，需要将各种情况下的动力电池的充电限值均降50％处理，即新的充电限值是原先的对应的充电限值的一半，通过该控制方式能够保护电池安全。而且，还可以在仪表提前显示，蜂鸣告警，提醒司机注意，保证车辆安全行驶。因此，报警状态作为特殊条件下出现的状态，在故障出现后，对功率限值做调整。

基于上述技术方案，以下给出一个应用实例。

假设纯电动汽车的动力电池的额定电压等级为560伏。电池管理系统需要时时估算自身允许充电能力，动力电池充电限值与SOC和温度相关，任意时刻的充电限值可以依据上述三者之间的关系查表求出。由于动力电池的充电功率与充电电流呈正比，所以，以电流来表征对应的功率。以下以动力电池的最大允许充电电流值，即充电电流限值来表征充电限值。就拿表1为例，充电状态下充电限值、SOC和温度的对应关系如果还使用上述表1的话，如表1所示，动力电池在不同温度与不同SOC下允许的充电电流限值，比如当SOC为90％，温度为30℃时，查表求出动力电池当前的充电电流限值为I7A。

因此，当根据制动踏板的踩踏程度获得的实际充电电流大于充电电流限值I7A时，整车控制器控制以该充电电流限值I7A作为动力电池的实际充电电流，为其充电。当根据制动踏板的踩踏程度获得的实际充电电流小于或者等于充电电流限值I7A时，整车控制器控制以获得的实际充电电流作为动力电池的实际充电电流，为其充电。图2给出了充电控制过程的一种具体实施方式。

表3给出了动力电池充电限值、SOC和温度之间的部分具体的数值关系。

表3

比如在SOC为90％，温度为30℃时，依据表3可得，动力电池当前充电电流限值为150A，其他SOC和温度下的充电电流限值均可依据上述查表直接获得，或者线性插值获得。

所以，通过这种控制方法，不但能够保证整车动力需求的最佳状态；而且还能够避免动力电池的过充。总之，为避免对电池过充，整车实际充电电流要小于或等于I7A。

而且，当动力电池出现告警信息时，需要将上述条件下对应的充电电流限值调整为50％*I7，及降低为原来限值的一半。在不同温度下与不同SOC下的允许的充电电流限值，也可依据不同电池厂家通过实验获得。

所以，上述提供的纯电动汽车功率输出控制方法和功率回馈控制方法能够克服以往整车控制与电池管理系统方面存在的弊端。考虑动力电池各个状态因素，与整车结合，采取闭环的控制方式，避免电池过充与过放。而且，为了提高SOC时时估算精度，整车行驶过程中，SOC估算策略采用最小单体电压跟随的方案；同时还可以将动力电池报警信息在仪表显示，及时提醒司机需要注意事项，有效避免因电池一致性因素或者其他报警信息导致的车辆抛锚。

纯电动汽车功率输出控制装置实施例

本实施例中，纯电动汽车功率输出控制装置包括：

控制模块，用于比较车辆的实际需求功率与动力电池的最大允许输出功率值：若实际需求功率大于最大允许输出功率值，则以最大允许输出功率值驱动车辆行驶；若实际需求功率小于或者等于最大允许输出功率值，则以实际需求功率驱动车辆行驶。

通过分析可知，该控制装置中的两个模块均为软件模块，通过将这两个软件模块加载在控制器中以实现对应的功能，该控制装置中的各软件模块与纯电动汽车功率输出控制方法中的各方法步骤一一对应，所以，该控制装置本质上仍旧是控制方法，由于纯电动汽车功率输出控制方法实施例中已对控制方法做出了详细地描述，这里就不再详细描述。

纯电动汽车功率回馈控制装置实施例

本实施例中，纯电动汽车功率回馈控制装置包括：

控制模块，用于比较车辆的实际回馈功率与动力电池的最大允许充电功率值：若实际回馈功率大于最大允许充电功率值，则以最大允许充电功率值为动力电池充电；若实际回馈功率小于或者等于最大允许充电功率值，则以实际回馈功率为动力电池充电。

通过分析可知，该控制装置中的两个模块均为软件模块，通过将这两个软件模块加载在控制器中以实现对应的功能，该控制装置中的各软件模块与纯电动汽车功率回馈控制方法中的各方法步骤一一对应，所以，该控制装置本质上仍旧是控制方法，由于纯电动汽车功率回馈控制方法实施例中已对控制方法做出了详细地描述，这里就不再详细描述。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种纯电动汽车功率输出控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的纯电动汽车功率输出控制方法，其特征在于，当动力电池出现故障时，相应的最大允许输出功率值下降一半。

3.根据权利要求1所述的纯电动汽车功率输出控制方法，其特征在于，动力电池的SOC为动力电池中最小单体电压对应的单体电池的SOC。

4.一种纯电动汽车功率回馈控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的纯电动汽车功率回馈控制方法，其特征在于，当动力电池出现故障时，相应的最大允许充电功率值下降一半。

6.根据权利要求4所述的纯电动汽车功率回馈控制方法，其特征在于，动力电池的SOC为动力电池中最大单体电压对应的单体电池的SOC。

7.一种纯电动汽车功率输出控制装置，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的纯电动汽车功率输出控制装置，其特征在于，当动力电池出现故障时，相应的最大允许输出功率值下降一半。

9.一种纯电动汽车功率回馈控制装置，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的纯电动汽车功率回馈控制装置，其特征在于，当动力电池出现故障时，相应的最大允许充电功率值下降一半。