CN102431465A - 一种纯电动车电池系统的保护控制方法 - Google Patents

Abstract

一种纯电动车电池系统的保护控制方法，依托于纯电动车用整车控制器、电池管理系统、地面充电机等设备，通过直接采集电池系统实时端电压、电池系统单体电压、电池单体温度等，获得电池当前最大允许充放电电流，从而实时计算电机当前最大允许驱动扭矩、最大允许制动扭矩，对驱动电机力矩进行限制，防止电池系统过充电、过放电，进而达到保护电池系统的目的；该方法包括：电池系统持续过充电保护控制；电池系统持续过放电保护控制；电池系统持续高温或低温运行保护控制；车辆驱动过程中电池系统持续大电流充放电保护控制。本发明避免了以往因整组电池SOC或单体电池SOC的估算不准确，而无法对电池系统形成实际有效保护的情况。

Description

一种纯电动车电池系统的保护控制方法

技术领域

本发明涉及纯电动汽车局部控制方法，具体地说，涉及纯电动汽车电池系统控制方法，主要用于纯电动车电池系统的保护控制。

背景技术

面对日趋严重的能源短缺与环境恶化问题，新型车辆的开发利用愈来愈受到各国政府和工业界的高度重视。在这种背景下，清洁无污染、零排放的纯电动汽车成为当今最有发展前途的交通工具之一。

电池系统作为纯电动车唯一的能量来源，在车辆行驶过程中起着至关重要的作用。当前常用的动力电池（包括铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池等）都存在着一个严重的问题：充放电次数相对较低，无法完全满足整车全部寿命的要求，同时由于电池系统在车辆上得不到有效的保护，进一步加剧了电池寿命的降低。为此，对纯电动车电池系统进行保护控制，有利于提高纯电动车使用寿命。纯电动车在运营过程中，可能影响到锂离子电池寿命问题包括：

1）电池持续过充电导致其寿命的急剧下降；

2）电池持续过放电导致其寿命的急剧下降；

3）电池持续高温运行导致其寿命的下降；

4）电池持续低温运行导致其寿命的下降；

5）电池持续大电流放电间接导致其寿命的下降；

6）电池持续大电流放电间接导致其寿命的下降。

目前大部分纯电动车对电池系统的保护包括如下几种方式：

1）通过司机观察仪表台当前电池荷电量SOC（SOC，State Of Charge），主观对电池进行粗略保护；

2）整车控制策略通过判断电池SOC，对电池系统进行保护；正常整车控制策略通过检测电池管理系统传递过来的电池SOC，对电机功率进行限制，进而达到保护电池系统的目的。当SOC过低时，整车控制策略会自动对电机功率进行限制，以防止电池出现过放电的可能，而当SOC过高时，整车控制策略也会对电制动回收的能量进行限制，以防止电池系统出现过充的可能。

3）整车控制策略通过采集电池系统实时端电压，对电池系统进行保护；整车控制通过检测静置状态下电池实时端电压，判断当前电池剩余电荷量，进而对电池系统进行相应保护。

总的说来，现有纯电动车对电池系统的保护，主要建立在电池系统荷电量SOC基础上，防止电池系统的过充过放。

通过观察司机台仪表方式，以司机主观控制方式来保护电池系统，虽然对电池系统保护效果明显，但要求司机时不时监控电池相关信息，影响车辆的驾驶舒适度，同时，由于在行车过程中需要注意观察电池状态，也会影响行车安全。

目前应用的各种电池SOC实时在线估算方法都存在或多或少的缺陷，不能很好地满足实际使用的要求。长时间使用后，通过计算得到的SOC可能与电池系统实际荷电量发生较大的偏差，而SOC的这种估算误差可能直接导致对整组电池系统进行过充电或是过放电。同时，由于目前电池SOC估算方法均只是针对整组电池荷电量进行检测，而未对单体电池进行有效的检测，此时，电池单体的不均衡可能导致电池系统中某个单体存在过充或过放电的可能，无法对电池系统进行有效的保护。

以上所述的控制问题，归根结底是由于整组电池SOC或单体电池SOC的估算不准确导致无法对电池系统形成有效的保护。

因此有必要对现有技术进行改进。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种纯电动车电池系统的保护控制方法，通过实时采集电池系统实时端电压、单体电压、单体温度等参数，对电池充放电进行控制，从而对电池系统进行有效的保护。

本发明为解决技术问题采用的技术方案如下：

一种纯电动车电池系统的保护控制方法，依托于纯电动车用整车控制器、电池管理系统、地面充电机等设备，通过直接采集电池系统实时端电压、电池系统单体电压、电池单体温度等，获得电池当前最大允许充放电电流，从而实时计算电机当前最大允许驱动扭矩、最大允许制动扭矩，对驱动电机力矩进行限制，防止电池系统过充电、过放电，进而达到保护电池系统的目的；该方法包括：

电池系统持续过充电保护控制；

电池系统持续过放电保护控制；

电池系统持续高温或低温运行保护控制；

车辆驱动过程中电池系统持续大电流充放电保护控制。

电池系统持续过充电保护控制，包括充电机对电池系统过充电、超温保护控制和纯电动车制动过程电池系统过充电保护控制两个方面：

所述充电机对电池系统过充电、超温保护控制，是由充电机与整车电池管理系统通讯并设置充电机相应充电参数，充电过程中，通过实时监控电池当前端电压、电池各单体模块电压，判断电池最高单体电压、及当前电池系统总电压是否超过所述充电参数上限，从而选择性地停止充电来防止电池系统过充电，同时判断电池最高温度是否超过上限，来进行电池超温保护。

所述纯电动车制动过程电池系统过充电保护控制，是由整车控制器实现，通过实时监控电池系统端电压、电池单体模块电压值，获取电池系统最大允许充电电流，进而对纯电动车电机制动扭矩进行限制，从而使电池系统的充电电流控制在能够有效保护电池系统的区间，防止电池系统过充电。

电池系统持续过放电保护控制，包括整车控制器或电池管理系统对电池系统过放电保护控制和司机通过仪表对电池系统过放电的保护控制两个方面：

所述整车控制器或电池管理系统对电池系统过放电保护控制，整车控制器或电池管理系统根据电池放电特性设置放电参数，通过监控电池系统总电压及电池系统单体电压，对电池系统最大允许放电电流进行限制，从而达到防止电池系统过放电的目的。

所述司机通过仪表对电池系统过放电的保护控制，电池管理系统或整车控制器通过检测各单体电池当前的电压，电池总电压等，发出相应的报警信号给仪表，提示司机电池需要进行充电，防止电池系统过放电。

电池系统持续高温或低温运行保护控制，包括整车控制器对电池系统进行高温或低温运行保护控制和电池管理系统对电池系统的保护控制两个方面：

所述整车控制器对电池系统进行高温或低温运行保护控制，主要是通过检测电池系统模块最高温度和最低温度来实现；当电池模块最高温度超过高温报警下限时，整车控制通过限制电机转矩，降低电池系统输出电流，从而逐步降低电池温度；而当电池模块最高温度超过报警温度上限时，整车控制器直接要求电机停机，强制停车，从而达到对电池系统持续过温运行保护的目的；同理，当电池模块最低温度低于报警温度上限时，整车控制将限制电机扭矩，减小电池系统功率输出；当电池模块最低温度低于报警温度下限时，整车控器直接要求电机停机，强制停车，达到对电池系统持续低温运行保护的目的。

所述电池管理系统对电池系统的保护控制，当温度过高时，电池管理系统会分别发出一级高温报警、二级高温报警；当温度过低时，电池管理系统会分别发出一级低温报警、二级低温报警；通过将报警信号发送给仪表，提示司机当前电池的温度状态；同时将报警信号发送给整车控制器，要求整车控制器限功运行、强制停车。

车辆驱动过程中电池系统持续大电流充放电保护控制，包括持续大电流充电保护控制和持续大电流放电保护控制两个方面：

所述持续大电流充电保护控制，整车控制器通过检测持续输出时间对电机转矩进行限制，减小车辆对制动能量的回收，从而实现对电池系统大电流放电的保护控制。

所述系统持续大电流放电控制，整车控制只需控制电机制动扭矩，使电机反馈电流逐步减小，以防止从而达到防止电池系统大电流充电保护的目的。

本发明的有益效果在于：1、通过实时直接采集电池系统端电压、电池单体电压、电池单体温度，从而获得电池当前最大允许充放电电流，进而对电池系统进行保护控制，此种方式因采集的电压、温度更加准确可靠，从而避免了以往因整组电池SOC或单体电池SOC的估算不准确，而无法对电池系统形成实际有效保护的情况；2、纯电动车在行车过程中，通过控制方法能够防止电池系统长时间的过充过放、电池系统长时间大电流充放电、电池系统长时间工作在超高温或超低温环境，从而对电池性能及寿命产生消极的影响。

附图说明

图1是电池系统持续过充电保护控制中充电机对电池系统过充电、超温保护控制的流程图；

图2是电池系统持续过充电保护控制中纯电动车制动过程电池系统过充电保护控制的流程图；

图3是电池系统持续过放电保护控制中整车控制器或电池管理系统对电池系统过放电保护控制的流程图；

图4是电池系统持续高温或低温运行保护控制中整车控制器对电池系统进行高温或低温运行保护控制流程图；

图5是车辆驱动过程中电池系统持续大电流充放电保护控制中持续大电流充电保护控制示意图。

具体实施方式

下面通过附图和具体实施方式来进一步阐述本发明。

如附图所示，本发明涉及一种纯电动车电池系统的保护控制方法，依托于纯电动车用整车控制器、电池管理系统、地面充电机等设备，通过直接采集电池系统实时端电压、电池系统单体电压、电池单体温度等，获得电池当前最大允许充放电电流，从而实时计算电机当前最大允许驱动扭矩、最大允许制动扭矩，对驱动电机力矩进行限制，防止电池系统过充电、过放电，进而达到保护电池系统的目的。该方法的控制流程如附图1所示，至少包括：

电池系统持续过充电保护控制；

电池系统持续过放电保护控制；

电池系统持续高温或低温运行保护控制；

车辆驱动过程中电池系统持续大电流充放电保护控制。

电池系统持续过充电保护控制，包括地面充电机对电池系统过充电、超温保护控制和纯电动车制动过程电池系统过充电保护控制两个方面：

所述充电机对电池系统过充电、超温保护控制，在知道电池特性的前提下，通过判断电池最高单体电压、及当前电池系统总电压是否超过充电上限来防止电池系统过充电，同时通过判断电池最高温度是否超过上限，来进行电池超温保护。其流程如图1所示，地面充电机直接与电池管理系统进行通讯，根据电池性能，事先在地面充电机内设置充电参数，包括电池最高允许电压、电池单体最高允许电压，电池最高允许充电温度，保证充电电流、充电电压处于电池允许范围，防止过充电；充电过程中，先判断电池系统最高温度是否达到上限点，是则停止充电，否则继续判断电池系统最高单体电压是否达到上限，是则停止充电，否则继续判断电池系统端电压是否达到上限，是则对电池系统进行恒压限流充电，直到充电电流达到设定的下限值，说明充电已完成，停止充电，否则对电池系统进行恒流限压充电，重复上述步骤。

所述纯电动车制动过程电池系统过充电保护控制如附图2所示，是由整车控制器实现，在车辆制动过程中，通过实时监控电池系统端电压、电池单体模块电压值，获取电池系统最大允许充电电流，进而对纯电动车电机制动扭矩进行限制，从而使电池系统的充电电流控制在能够有效保护电池系统的区间，防止电池系统过充电。其流程如图2所示，车辆开始电制动，判断电池系统最高单体电压是否超限，是则停止电制动回收能量，获取电池系统最大允许充电电流（即制动电流），对最大制动扭矩进行限制；否则继续判断当前电池系统端电压是否超限，是则根据端电压逐步降低电机回馈制动电流，若电流过小则停止电制动回收能量，获取最大充电电流对制动扭矩进行限制，否则以对电池系统保护较有利的电流进行制动能量回收，获取最大充电电流对制动扭矩进行限制。

电池系统持续过放电保护控制，包括整车控制器或电池管理系统对电池系统过放电保护控制和司机通过仪表对电池系统过放电的保护控制两个方面：

所述整车控制器或电池管理系统对电池系统过放电保护控制如附图3所示，整车控制器或电池管理系统根据电池放电特性设置放电参数，通过监控电池系统总电压及电池系统单体电压，对电池系统最大允许放电电流进行限制，从而达到防止电池系统过放电的目的。其流程如图3所示，行驶过程中，纯电动车高压电准备，判断电池系统最低单体电压是否低于下限，是则限制最大放电电流为0，并对电机驱动扭矩进行限制；否则继续判断电池平均单体电压是否低于限功下限对应的电压水平，是则根据电池平均单体电压对电池最大允许放电电流进行限制，进而对电机驱动扭矩进行限制，否则正常行车，仅对电池系统放电电流进行上限限制，对电机驱动扭矩进行限制，以防止电池系统过放电。

所述司机通过仪表对电池系统过放电的保护控制，电池管理系统或整车控制器通过检测各单体电池当前的电压，电池总电压等，发出相应的报警信号给仪表，提示司机电池需要进行充电，防止电池系统过放电。

电池系统持续高温或低温运行保护控制如附图4所示，包括整车控制器对电池系统进行高温或低温运行保护控制和电池管理系统对电池系统的保护控制两个方面：

所述整车控制器对电池系统进行高温或低温运行保护控制，主要是通过检测电池系统模块最高温度和最低温度来实现。其流程如图4所示，当电池模块最高温度超过高温报警下限时，整车控制通过限制电机转矩，降低电池系统输出电流，从而逐步降低电池温度；而当电池模块最高温度超过报警温度上限时，整车控制器直接要求电机停机，强制停车，从而达到对电池系统持续过温运行保护的目的；同理，当电池模块最低温度低于报警温度上限时，整车控制将限制电机扭矩，减小电池系统功率输出；当电池模块最低温度低于报警温度下限时，整车控器直接要求电机停机，强制停车，达到对电池系统持续低温运行保护的目的。

所述电池管理系统对电池系统的保护控制，电池管理系统实时监控电池系统的温度，当温度过高时，电池管理系统会分别发出一级高温报警、二级高温报警；当温度过低时，电池管理系统会分别发出一级低温报警、二级低温报警；通过将报警信号发送给仪表，提示司机当前电池的温度状态；同时将报警信号发送给整车控制器，要求整车控制器限功运行、强制停车。

车辆驱动过程中电池系统持续大电流充放电保护控制如附图5所示，包括持续大电流充电保护控制和持续大电流放电保护控制两个方面：

所述持续大电流充电保护控制，纯电动车在电池系统配置不合理的情况下，即大车配置小容量电池的情况下，可能会出现整车要求电池系统持续输出大电流的状况，纯电动车在驱动过程中，如果出现持续大电流发电的情况，整车控制器通过检测持续输出时间对电机转矩进行限制，减小车辆对制动能量的回收，从而实现对电池系统大电流放电的保护控制。其流程如图5所示，车辆处于驱动行驶状态，电池系统输出电流大于电池系统规定的最大电流，且电池大电流输出时间大于电池系统大电流最大允许持续时间，整车控制器逐步对电机转矩进行限制，进而达到逐步降低电池系统输出电流的目的；否则整车控制器直接输出司机期望转矩给电机控制器。

所述系统持续大电流放电控制，电池系统在纯电动车运行过程中的充电，仅存在于电制动回馈能量的过程，在此过程中，类似于电池系统持续大电流放电控制，整车控制只需控制电机制动扭矩，使电机反馈电流逐步减小，以防止从而达到防止电池系统大电流充电保护的目的。

Claims (8)

1. 一种纯电动车电池系统的保护控制方法，其特征在于：依托于纯电动车用整车控制器、电池管理系统、地面充电机等设备，通过直接采集电池系统实时端电压、电池系统单体电压、电池单体温度等，获得电池当前最大允许充放电电流，从而实时计算电机当前最大允许驱动扭矩、最大允许制动扭矩，对驱动电机力矩进行限制，防止电池系统过充电、过放电，进而达到保护电池系统的目的。

2.一种纯电动车电池系统的保护控制方法，其特征在于：所述的纯电动车电池系统的保护控制方法的控制流程至少包括：

电池系统持续过充电保护控制；

电池系统持续过放电保护控制；

电池系统持续高温或低温运行保护控制；

车辆驱动过程中电池系统持续大电流充放电保护控制。

3.如权利要求1或2所述的一种纯电动车电池系统的保护控制方法，其特征在于：所述的电池系统持续过充电保护控制，包括地面充电机对电池系统过充电、超温保护控制和纯电动车制动过程电池系统过充电保护控制两个方面。

4.如权利要求3所述的一种纯电动车电池系统的保护控制方法，其特征在于：所述充电机对电池系统过充电、超温保护控制，在知道电池特性的前提下，通过判断电池最高单体电压、及当前电池系统总电压是否超过充电上限来防止电池系统过充电，同时通过判断电池最高温度是否超过上限，来进行电池超温保护。

5.如权利要求3所述的一种纯电动车电池系统的保护控制方法，其特征在于：所述纯电动车制动过程电池系统过充电保护控制，是由整车控制器实现，在车辆制动过程中，通过实时监控电池系统端电压、电池单体模块电压值，获取电池系统最大允许充电电流，进而对纯电动车电机制动扭矩进行限制，从而使电池系统的充电电流控制在能够有效保护电池系统的区间，防止电池系统过充电。

6.如权利要求1或2所述的一种纯电动车电池系统的保护控制方法，其特征在于：电池系统持续过放电保护控制，包括整车控制器或电池管理系统对电池系统过放电保护控制和司机通过仪表对电池系统过放电的保护控制两个方面：所述整车控制器或电池管理系统对电池系统过放电保护控制，整车控制器或电池管理系统根据电池放电特性设置放电参数，通过监控电池系统总电压及电池系统单体电压，对电池系统最大允许放电电流进行限制，从而达到防止电池系统过放电的目的；所述司机通过仪表对电池系统过放电的保护控制，电池管理系统或整车控制器通过检测各单体电池当前的电压，电池总电压等，发出相应的报警信号给仪表，提示司机电池需要进行充电，防止电池系统过放电。

7.如权利要求1或2所述的一种纯电动车电池系统的保护控制方法，其特征在于：电池系统持续高温或低温运行保护控制，包括整车控制器对电池系统进行高温或低温运行保护控制和电池管理系统对电池系统的保护控制两个方面：

所述整车控制器对电池系统进行高温或低温运行保护控制，主要是通过检测电池系统模块最高温度和最低温度来实现；所述电池管理系统对电池系统的保护控制，电池管理系统实时监控电池系统的温度，当温度过高时，电池管理系统会分别发出一级高温报警、二级高温报警；当温度过低时，电池管理系统会分别发出一级低温报警、二级低温报警；通过将报警信号发送给仪表，提示司机当前电池的温度状态；同时将报警信号发送给整车控制器，要求整车控制器限功运行、强制停车。

8.如权利要求1或2所述的一种纯电动车电池系统的保护控制方法，其特征在于：车辆驱动过程中电池系统持续大电流充放电保护控制，包括持续大电流充电保护控制和持续大电流放电保护控制两个方面：

所述持续大电流充电保护控制，电池系统在纯电动车运行过程中的充电，仅存在于电制动回馈能量的过程，在此过程中，类似于电池系统持续大电流放电控制，整车控制只需控制电机制动扭矩，使电机反馈电流逐步减小，以防止从而达到防止电池系统大电流充电保护的目的；所述系统持续大电流放电控制，纯电动车在电池系统配置不合理的情况下，即大车配置小容量电池的情况下，纯电动车在驱动过程中，如果出现持续大电流发电的情况，整车控制器通过检测持续输出时间对电机转矩进行限制，减小车辆对制动能量的回收，从而实现对电池系统大电流放电的保护控制。

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