CN104648183A - 电动汽车安全驱动电流的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电动汽车安全驱动电流的控制方法，包括：根据当前电池SOC和电池温度计算出当前电池的能放电功率P_能放电，再根据当前电机转速V，采用公式P_能放电/V＝T1计算出当前车速下的电池的驱动扭矩值T1；整车控制器根据当前电机温度下的过载系数K₁和当前电机转速下的最优转矩T_最优转矩，计算出电机的最大允许驱动扭矩T_最大允许；整车控制器比较所述驱动扭矩值T1和最大允许驱动扭矩T_最大允许，取较小值作为电动汽车驱动时的最大驱动扭矩值，并将该最大驱动扭矩值乘以加速踏板开度所对应的力矩系数即为当前的安全驱动电流。本发明既提高了电动车的驾驶性能又延长了动力电池包的使用寿命，保证电动运行时的电流可控和安全性。

Description

电动汽车安全驱动电流的控制方法

技术领域

本发明具体涉及一种电动汽车安全驱动电流的控制方法。

背景技术

目前，电动汽车驱动过程中对电池组的放电可控性不强，未能综合协调整车动力电池系统和电机系统。

电动汽车动力电池的充放电倍率受电池材料，设计工艺，生产制程等方面的影响。电动车车用动力电池放电一般以恒功率、脉冲放电方式为主，大倍率的充放电，不仅降低能量的使用效率，还会削减电池的循环使用寿命。控制电动车动力电池充放电的方式有时间控制、电压控制以及温度控制。在实际应用中，经常把三种控制方式结合使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种电动汽车安全驱动电流的控制方法。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种电动汽车安全驱动电流的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：整车控制器根据当前电池SOC和电池温度计算出当前电池的能放电功率P_能放电，再根据MCU反馈的当前电机转速V，采用公式P_能放电/V＝T1计算出当前车速下的电池的驱动扭矩值T1；

步骤2：整车控制器根据当前电机温度下的过载系数K₁和当前电机转速下的最优转矩T_最优转矩，采用公式T_最大允许＝T_最优转矩×K₁，计算出电机的最大允许驱动扭矩T_最大允许；

其中，不同电机温度下的过载系数K₁如下：

不同电机转速下的最优转矩T_最优转矩如下：

步骤3：整车控制器比较所述驱动扭矩值T1和最大允许驱动扭矩T_最大允许，取较小值作为电动汽车驱动时的最大驱动扭矩值，并将该最大驱动扭矩值乘以加速踏板开度所对应的力矩系数即为电动汽车当前的安全驱动电流。

优选地，当电池管理系统向整车控制器反馈电池存在故障信息时，所述步骤1中的电池的能放电功率P_能放电计算方法如下：

整车控制器根据电池当前最大放电电流、最低放电电压信息计算出电池放电功率P₂后，然后按照公式P_能放电＝P₂×K₂×K₃计算出电池的能放电功率P_能放电；

其中，所述K₂为不同电池SOC下的电池放电系数，且0≤K₂≤1，具体数值如下：

所述K₃为不同电池温度下的电池放电系数，且0≤K3≤1，具体数值如下：

本发明的有益效果在于：对电动汽车电池组进行可控放电，几乎可以不对电池造成损伤，既提高了电动车的驾驶性能又延长了动力电池包的使用寿命，保证电动运行时的电流可控并安全。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明中电动车驱动逻辑框图。

图2为本发明中电机电动额定曲线的示意图。

图3为本发明中电机电动峰值曲线的示意图。

具体实施方式

一种电动汽车安全驱动电流的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：整车控制器根据当前电池SOC和电池温度计算出当前电池的能放电功率P_能放电，再根据MCU反馈的当前电机转速V，采用公式P_能放电/V＝T1计算出当前车速下的电池的驱动扭矩值T1；

当电池管理系统向整车控制器反馈电池存在故障信息时，所述步骤1中的电池的能放电功率P_能放电计算方法如下：

整车控制器根据电池当前最大放电电流、最低放电电压信息计算出电池放电功率P₂后，然后按照公式P_能放电＝P₂×K₂×K₃计算出电池的能放电功率P _能放电，以确保电池在各SOC下不会因大倍率放电而损伤；所述最大放电电流是指VCU根据BMS反馈电池信息得出的电池最大放电电流；所述最低放电电压是指VCU根据BMS反馈电池信息得出的电池最低放电电压；

其中，所述K₂为不同电池SOC下的电池放电系数，且0≤K₂≤1，具体数值如下表：

所述K₃为不同电池温度下的电池放电系数，且0≤K3≤1，具体数值如下表：

电池温度(℃)	-10	0	10	40	50	55	60	65	80	100
											K3	0.2	0.4	1	1	1	0.75	0	0	0	0

。

步骤2：整车控制器根据当前电机温度下的过载系数K₁和当前电机转速下的最优转矩T_最优转矩，采用公式T_最大允许＝T_最优转矩×K₁，计算出电机的最大允许驱动扭矩T_最大允许，以确保车辆驱动时电机的运行安全；

其中，不同电机温度下的过载系数K₁如下表：

不同电机转速下的最优转矩T_最优转矩如下表：

步骤3：整车控制器比较所述驱动扭矩值T1和最大允许驱动扭矩T_最大允许，取较小值作为电动汽车驱动时的最大驱动扭矩值，并将该最大驱动扭矩值乘以加速踏板开度所对应的力矩系数即为电动汽车当前的安全驱动电流，从而保证当前的驱动电流可控并安全。因为实际上，所述驱动扭矩值T1 可能超出当前电机的能力范围，为保护电机运行，延长电机的使用寿命，需对电机的最大允许驱动扭矩进行控制，保护电机运行。

上述K₂代表不同电池SOC(标称温度SOC对应K₂，一般温度范围15～40℃)下的电池放电系数(0≤K₂≤1)，K₃代表不同温度下的电池放电系数(0≤K3≤1)。上述K₂、K₃的标定方法如下：

1、试验设备 

安装好VCU监控标定软件的笔记本电脑、VCU CAN卡

2、试验条件 

环境温度(例如：-10～50℃)，车辆SOC(推荐0～100％)，车辆半载状态。

3、试验步骤和方法

电动汽车电池放电标定试验，按以下步骤进行试验和标定，每步骤的测试方法如下：

3.1根据动力电池特性及驱动逻辑框图(见图1)，标定不同电池SOC下的放电系数K₂

如：DE电动车磷酸铁锂单体电池容量16.5Ah，电池包结构为7并100串，电池以1C放电时的电流为115.5A。

根据厂商提供的电池放电参考表格(下表为DE电动车磷酸铁锂电池放电表格)：

从表格可以看出，当SOC低于40％后，电池放电功率有限制的趋势，实际上，磷酸铁锂动力电池当SOC低于20％时，大倍率的放电容易损伤电池(电 池易极化产热)，结合电池厂商的经验，考虑将电池SOC到达20％时的放电功率限制为当前功率的15％，SOC为30％时的放电功率为一过渡状态(K₂＝20％)，电池电量接近0的时候禁止放电，从而得电池不同SOC下的最大放电功率系数设置为：

3.2连接VCU标定监控软件，确认标定软件能接收到VCU发出的数据。确认OK后，将3.1计算的理论值设置并保存到VCU。

3.3根据动力电池特性及驱动逻辑框图(见图1)，标定不同电池温度下的放电系数K₃

(1)动力电池低温时的放电特性较充电特性好，且电池包本身配有加热功能，考虑到加热时短时间内电池还是有可能低温放电，因而，将电池-10℃与0℃时的放电系数设置成0.2和0.4。

(2)温度10-40℃区域电池放电受温度影响很小，此温度区间不对放电温控参数进行限制(系数设置为1)。

(3)电池处在较高温度时(温度40-60℃)，容易老化，在此区间应对充电电流进行适当限制。

(4)温度大于60℃时动力电池内部极易老化，且电池隔膜长时间工作在高温环境下容易造成内短路，以此，温度在此区域，禁止电池放电。鉴于(1)～(3)的原因，可得不同温度下的电池放电系数值K₃，DE电动车不同温度下的放电系数为：

电池温度(℃)	-10	0	10	40	50	55	60	65	80	100
											K3	0.2	0.4	1	1	1	0.75	0	0	0	0

(5)通过上述电池最大充放电功率标定后，通过恒温房内的续驶里程台架测试，测试每个循环工况下的最高电池温度和SOC，对标定参数进行评价、 优化。

上述步骤2中的T_最优转矩为不同电机转速下的最优输出转矩(运行效率相对较高)，K₁为不同温度下电机的过载系数(该过载系数并非通常意义上的电机过载系数，而是综合电机控制后得出的电机过载系数)。上述T_最优转矩、K₁的标定方法如下：

试验设备

安装好VCU监控标定软件的笔记本电脑、VCU CAN卡

试验条件

环境温度(例如：10～40℃)，车辆具备一定SOC(例如：40～90％)，车辆半载状态。

试验步骤和方法

电动车电机标定，按以下步骤进行，每步骤的方法如下：

1、根据电机部件性能参数和电动特性曲线，确定电机最大允许驱动扭矩。

DE电动车电机部件性能参数

由上表中的驱动电机部件参数可知：电机绝缘等级(H级)，额定功率30kw，电机采用水冷降温(温度传感器装载定子内)。为保护电机运行，当 整车控制器检测到电机温度大于一定值时(DE电动车为90℃)，限制电机输出力矩；电动车实际运行时，电机温度一般处在70～85℃之间，电机运行温度随执行转矩的增大而增大，当温度较高时，为避免因温度升高造成电机损坏，应控制电机的最大允许输出力矩。综合电机电动额定曲线(见图2)和电动峰值曲线(见图3)，得各温度下的电机最大允许驱动扭矩如下：

上表中，电机9000r/min时的车速为132km/h，已经超出了电动车的设计车速，故此时电机最大允许驱动扭矩设置为0NM。

2、根据电机部件参数与电机电动额定曲线(见图2)和电机电动峰值曲线(见图3)，确定电机不同转速下的最优转矩。

2.1根据电机部件参数，确定电机不同转速下的理论最优输出转矩。

由电机在额定功率的条件下额定转矩与转速成反比。根据公式

式中：P_e为电机额定功率(单位：KW)，n_e为电机转速(单位：r/min)。

根据DE电动车电机部件参数可知，电机为三相异步电机，额定功率30KW，得不同电机转速下的理论最优转矩(其中0～3255r/min转速下的转矩取近似3255r/min时的转矩)：

电机转速(r/min)	0	3255	4000	5000	6000	7000	8000	9000
									T最优转矩(Nm)	88	88	71.6	57.3	47.8	40.9	35.8	0

其中，考虑DE电动车考虑到电机9000r/min时的车速(132km/h)已经超出了电动车的设计车速，故此时电机理论最优转矩设置为0NM。

2.3为提高温度对电机过载能力的控制比重，对上述得出的理论最优转矩进行修改。DE电动车根据电机最大允许驱动转矩：

T_最大允许＝T_最优转矩×K

式中K为不同温度下的电机过载系数，为提高温度对电机最大允许驱动转矩的影响，结合DE电动车电机电动额定曲线(图2)，对2.2得出的理论最优转矩进行修改(修正为理论结果的0.6倍)，得修正后的电机最优转矩：

电机转速(r/min)	0	3255	4000	5000	6000	7000	8000	9000
									最优转矩(NM)	52.8	52.8	43	34.4	28.7	24.6	21.5	0

3、根据上述标定的电机最大允许驱动扭矩和电机最优转矩值，确定电机过载系数。

3.1计算DE电动车电机过载系数K：

电动车电机的最大允许驱动转矩T_最大允许＝T_最优转矩×K，得电机过载系数：

K＝T_最大允许/T_最优转矩

电机过载系数K的具体结果见下表：

对上表中，电机转速0～8000r/min的过载系数K取平均值后，得各温度下的电机过载系数为：

。

Claims (2)

1.一种电动汽车安全驱动电流的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：整车控制器根据当前电池SOC和电池温度计算出当前电池的能放电功率P_能放电，再根据MCU反馈的当前电机转速V，采用公式P_能放电/V＝T1计算出当前车速下的电池的驱动扭矩值T1；

步骤2：整车控制器根据当前电机温度下的过载系数K₁和当前电机转速下的最优转矩T_最优转矩，采用公式T_最大允许＝T_最优转矩×K₁，计算出电机的最大允许驱动扭矩T_最大允许；

其中，不同电机温度下的过载系数K₁如下：

不同电机转速下的最优转矩T_最优转矩如下：

步骤3：整车控制器比较所述驱动扭矩值T1和最大允许驱动扭矩T_最大允许，取较小值作为电动汽车驱动时的最大驱动扭矩值，并将该最大驱动扭矩值乘以加速踏板开度所对应的力矩系数即为电动汽车当前的安全驱动电流。

2.如权利要求1所述的电动汽车安全驱动电流的控制方法，其特征在于：当电池管理系统向整车控制器反馈电池存在故障信息时，所述步骤1中的电池的能放电功率P_能放电计算方法如下：

整车控制器根据电池当前最大放电电流、最低放电电压信息计算出电池放电功率P₂后，然后按照公式P_能放电＝P₂×K₂×K₃计算出电池的能放电功率P_能放电；

其中，所述K₂为不同电池SOC下的电池放电系数，且0≤K₂≤1，具体数值如下：

所述K₃为不同电池温度下的电池放电系数，且0≤K3≤1，具体数值如下：