CN104835989B - 动力蓄电池的保护方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种动力蓄电池的保护方法及装置。其中，所述方法包括：获取动力蓄电池所允许的输入功率的最大值并获取当前动力蓄电池中单体电池的电压的最大值；判断电压的最大值与预设过压阈值的差值是否大于0；如果大于0，根据比例积分与微分PID控制算法对差值进行处理以获取处理结果；根据输入功率的最大值和处理结果获取第一功率，并根据第一功率控制电机扭矩，以控制动力蓄电池的输入功率。本发明实施例的动力蓄电池的保护方法，当电池发生过压时，通过比例积分与微分PID控制算法可以控制电池的电压迅速回落到预设过压阈值以下，且电流变化平稳，减小了过压对电池造成的损害，提高了电池的使用寿命。

Description

动力蓄电池的保护方法及装置
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种动力蓄电池的保护方法及装置。
背景技术
电动汽车所用的动力蓄电池是由多个单体电池串并联组成的，单体电池由于受电化学原理限制，其允许的工作电压必须在一个范围内，如果在使用中工作电压超出了该电压范围的上限（即过压）或低于该电压范围的下限（即欠压），都将可能造成单体电池的不可逆损坏，从而降低动力蓄电池的使用寿命。
例如，动力蓄电池在使用过程中如果出现严重的过压、欠压即使用电压范围超出允许的工作范围，电池内部将会发生副反应，从而造成内部短路、发热等不良现象，轻则出现电池容量严重损失，重则发生起火等事故。由于电池系统是个被动输出的电源系统，不能主动降低或增加输入输出的电流，只能通过被动的方法请求用电部件(如驱动电机)或供电部件(如充电机)，降低输入或输出的功率。电池管理系统BMS(Battery ManagementSystem)通常采用多种措施来限制电池的过压和欠压，相关技术中的做法是设定电压阈值，当超出设定电压阈值时，切断接触器或请求用电部件降低输出或输入功率。其中，请求用电部件降低输出或输入功率的方法为（以动力蓄电池过压保护为例）：根据单体电池的最高电压或最低电压单次采样值将动力蓄电池的最大允许输入输出功率进行降额，根据降额后的功率控制充电系统对动力蓄电池的充电功率。
但是，相关技术中的处理方法存在以下缺点：（1）对于纯电动模式的电动汽车来讲，直接切断接触器以断开高压回路连接，意味着断开动力系统的能源供应，电动汽车将会失去动力，将引发电动汽车失控造成危险。另外，在制动回馈过程中断开动力蓄电池能很好地防止电池过充，但是由于驱动电机仍然在高速旋转，在其负载动力电池已经断开的情况下，空载电压将会升高，可能超出高压电器元件的耐压范围。（2）由于路面状况的千变万化，电动汽车在行驶过程中，电流变化比较剧烈，单体电池的最高或最低电压变化也比较剧烈，那么，电池管理系统发送给VMS或充电机的最大可用功率变化剧烈，在对车辆控制上表现出来的就是容易造成抖动，影响车辆的舒适性。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种动力蓄电池的保护方法。该方法在当电池发生过压时，通过比例积分与微分PID控制算法可以控制电池的电压迅速回落到预设过压阈值以下，且电流变化平稳，减小了过压对电池造成的损害，提高了电池的使用寿命。
本发明的第二个目的在于提出一种动力蓄电池的保护装置。
本发明的第三个目的在于提出另一种动力蓄电池的保护方法。
本发明的第四个目的在于提出另一种动力蓄电池的保护装置。
为了实现上述目的，本发明第一方面实施例的动力蓄电池的保护方法，包括以下步骤：获取所述动力蓄电池所允许的输入功率的最大值并获取当前所述动力蓄电池中单体电池的电压的最大值；判断所述电压的最大值与预设过压阈值的差值是否大于0；如果大于0，根据比例积分与微分PID控制算法对所述差值进行处理以获取处理结果；根据所述输入功率的最大值和所述处理结果获取第一功率，并根据所述第一功率控制电机扭矩，以控制所述动力蓄电池的输入功率。
根据本发明实施例的动力蓄电池的保护方法，当动力蓄电池中单体电池的电压超过预设过压阈值时，通过PID控制算法可以控制单体电池的电压迅速回落到预设过压阈值以下，并且动力蓄电池以较小的功率进行输入或输出，电流的变化较为平稳，可以充分地利用电池的充电接受能力，提高了电池的使用寿命。同时，该方法可以由车辆的微控制单元MCU直接控制电机扭矩的输出，避免了动力蓄电池只能被动地等待电机系统或制动回馈系统调整功率，从而能够直接限制输入或输出动力蓄电池的能量。
为了实现上述目的，本发明第二方面实施例的动力蓄电池的保护装置，包括：获取模块，用于获取所述动力蓄电池所允许的输入功率的最大值并获取当前所述动力蓄电池中单体电池的电压的最大值；判断模块，用于判断所述电压的最大值与预设过压阈值的差值是否大于0；处理模块，用于如果大于0，根据比例积分与微分PID控制算法对所述差值进行处理以获取处理结果；控制模块，用于根据所述输入功率的最大值和所述处理结果获取第一功率，并根据所述第一功率控制电机扭矩，以控制所述动力蓄电池的输入功率。
根据本发明实施例的动力蓄电池的保护装置，当动力蓄电池中单体电池的电压超过预设过压阈值时，通过处理模块和控制模块可以控制单体电池的电压迅速回落到预设过压阈值以下，并且使动力蓄电池以较小的功率进行输入或输出，电流的变化较为平稳，可以充分地利用电池的充电接受能力，提高了电池的使用寿命。
为了实现上述目的，本发明第三方面实施例的动力蓄电池的保护方法，包括以下步骤：获取所述蓄电池所允许的输出功率的最大值并获取当前所述动力蓄电池中单体电池的电压的最小值；判断预设欠压阈值与所述电压的最小值的差值是否大于0；如果大于0，根据比例积分与微分PID控制算法对所述差值进行处理以获取处理结果；根据所述输出功率的最大值和所述处理结果获取第一功率，并根据所述第一功率控制电机扭矩，以控制所述动力蓄电池的输出功率。
根据本发明实施例的动力蓄电池的保护方法，当动力蓄电池中单体电池的电压低于预设欠压阈值时，通过PID控制算法可以控制单体电池的电压迅速提升到预设欠压阈值以上，并且动力蓄电池以较小的功率进行输出，电流的变化较为平稳，可以充分地利用电池的放电能力，提高了电池的使用寿命。同时，该方法可以由车辆的微控制单元MCU直接控制电机扭矩的输出，避免了动力蓄电池只能被动地等待电机系统或制动回馈系统调整功率，从而能够直接限制动力蓄电池输出的能量。
为了实现上述目的，本发明第四方面实施例的动力蓄电池的保护装置，包括：获取模块，用于获取所述蓄电池所允许的输出功率的最大值并获取当前所述动力蓄电池中单体电池的电压的最小值；判断模块，用于判断预设欠压阈值与所述电压的最小值的差值是否大于0；处理模块，用于如果大于0，根据比例积分与微分PID控制算法对所述差值进行处理以获取处理结果；控制模块，用于根据所述输出功率的最大值和所述处理结果获取第一功率，并根据所述第一功率控制电机扭矩，以控制所述动力蓄电池的输出功率。
根据本发明实施例的动力蓄电池的保护装置，当动力蓄电池中单体电池的电压低于预设欠压阈值时，通过处理模块和控制模块可以控制单体电池的电压迅速提升到预设欠压阈值以上，并且动力蓄电池以较小的功率进行输出，电流的变化较为平稳，可以充分地利用电池的放电能力，提高了电池的使用寿命。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，
图1是根据本发明一个实施例的动力蓄电池的保护方法的流程图；
图2是根据本发明一个实施例的PID控制算法的示意图；
图3是根据本发明一个实施例的动力蓄电池的保护装置的结构示意图；
图4是根据本发明一个实施例的动力蓄电池的保护方法的流程图；
图5是根据本发明一个实施例的PID控制算法的示意图；
图6是根据本发明一个实施例的动力蓄电池的保护装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
目前，针对车辆的蓄电池过压和欠压的问题，车辆的BMS(Battery ManagementSystem，电池管理系统)通常采用多种措施来限制电池的过压和欠压，其中，常用的做法是设定电压阈值，当电池的电压超出阈值时，直接切断接触器或请求用电部件（例如驱动电机）降低输出或输入功率。
其中，通过设定电压阈值并在电池的电压超出电压阈值时，通过切断接触器来防止电池过充或过放。以常用的锂离子电池体系锰酸锂体系为例，假设过充电压阈值设置为4.2V，在车辆执行制动回馈或充电的过程中，如果电池的电压超过了4.2V并持续数秒钟，BMS判断电池即将发生过充，BMS则执行断开正极、负极主接触器从而切断充电回路，电池在失去充电电流后，持续的极化因素消失，电压将会回落到4.2V以下，从而达到了保护电池不过充的目的。
但是，断开正负极接触器的方式，其缺点很明显。对于电动汽车，特别是具备纯电模式的车辆而言，断开高压回路连接，意味着断开动力系统能源供应，车辆将会失去动力，将引发车辆失控造成危险。在制动回馈过程中断开电池组能很好地防止电池过充，但是由于驱动电机仍然在高速旋转，在其负载动力电池已经断开的情况下，空载电压将会升高，可能超出高压电器元件的耐压范围。因此，这种方法只能适用于发生致命故障时的应急处理。
通过设定电压阈值并在电池的电压超出电压阈值时，要求用电器或供电部件降低使用或供给的功率来防止电池过充或过放。具体地，电动汽车在充电或行驶的过程中，BMS根据电池当前的SOC（State Of Charge，荷电状态）、温度等因素估算出电池系统能够接受或供给的最大功率，并通过CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)网络实时发送给VMS（Vehicle Management System，整车管理系统）或充电机。仍然以锰酸锂电池体系、防止电池过充为例，其过充电压阈值设置为4.2V，在车辆执行制动回馈或充电的过程中，如果电池的电压接近4.2V时，BMS根据过压的程度，将乘以了降额系数的最大运行功率发送给VMS或充电机，当电池的电压达到4.2V时，将该降额系数置0，在VMS或充电机跟随BMS所发出的最大功率进行输出的情况下，则电池的实际放电或充电功率将会下降为0，从而能防止电池过压。以下为举例说明：乘以了降额系数K的最大运行功率为：Pmax=K×f(SOC、T)，其中SOC为电池的荷电状态，T为电池的温度，K为降额系数，K的取值如表1所示（表1中K的取值只是用来举例）。
表1
最高单体电压/V K
4.1 1
4.15 0.5
4.2 0
但是，该种方法通过检测过压或欠压情况进行插值并计算出降额后的功率，存在缺点。由于降额系数直接采用单体电池的最高或最低电压单次采样值对应得出，在下一个采样周期，单体电池的最高或最低电压单次采样值又会发生变化，由于路面状况的千变万化，电动汽车在行驶过程中，电流变化比较剧烈，那么单体电池的最高、最低电压变化也比较剧烈，最终将BMS发送给VMS或充电机的最大可用功率变化剧烈，这在对电动汽车的控制上表现出来的就是容易造成抖动，影响了车辆的稳定性和舒适性。
为了解决上述问题，本发明提出了一种动力蓄电池的保护方法及装置。
下面参考附图描述根据本发明实施例的动力蓄电池的保护方法及装置。
图1是根据本发明一个实施例的动力蓄电池的保护方法的流程图。该方法对动力蓄电池进行过压保护。如图1所示，动力蓄电池的保护方法包括以下步骤：
S101，获取动力蓄电池所允许的输入功率的最大值并获取当前动力蓄电池中单体电池的电压的最大值。
具体地，可以通过动力蓄电池的SOC、温度等因素查表得出动力蓄电池所允许的输入功率的最大值，记为Pmax。实时检测动力蓄电池中各个单体电池的电压，并获取各个单体电池电压中的最大值，记为Ｖtmax。
S102，判断电压的最大值与预设过压阈值的差值是否大于0。
具体地，当动力蓄电池中某个单体电池的电压大于预设过压阈值时，说明该单体电池发生过压。
S103，如果大于0，根据比例积分与微分PID控制算法对差值进行处理以获取处理结果。
具体地，当动力蓄电池中某个单体电池的电压与预设过压阈值的差值大于0时，说明该单体电池发生过压，那么需要对该单体电池的电压进行调节。更具体地，根据PID（proportion、integral、derivative比例、积分、微分）控制算法对所述差值进行处理以获取处理结果，处理结果记为S。如图2所示为本发明一个实施例的PID控制算法的示意图。其中，图2中的高压系统包括车辆的电驱动系统、充电系统和动力蓄电池。
在本发明的实施例中，比例运算通过下述公式计算：
其中，Ｖtmax为电压的最大值，Ｖmax为预设电压阈值，et为电压的最大值和预设过压阈值的差值，即et=Ｖtmax-Ｖmax，Kp为常量系数。
在本发明的实施例中，积分运算通过下述公式计算：
其中，Ｖtmax为电压的最大值，Ｖmax为预设电压阈值，et为电压的最大值和预设过压阈值的差值，即et=Ｖtmax-Ｖmax，Ki为常量系数，t1为Ｖtmax上升到大于等于Ｖmax的时刻，t2为Ｖtmax下降到小于等于Ｖmax的时刻。
在本发明的实施例中，微分运算通过下述公式计算：
其中，Ｖtmax为电压的最大值，Ｖmax为预设电压阈值，et为电压的最大值和预设过压阈值的差值，即et=Ｖtmax-Ｖmax，Kd为常量系数。
在本发明的实施例中，对所述差值进行处理可以采用比例运算、积分运算和微分运算中的一种或多种。那么，处理结果S也相应的有多种。例如，以对所述差值采用比例运算、积分运算和微分运算进行处理为例，处理结果S=P+I+D。
S104，根据输入功率的最大值和处理结果获取第一功率，并根据第一功率控制电机扭矩，以控制动力蓄电池的输入功率。
具体地，根据输入功率的最大值Pmax和处理结果S可获取第一功率，记为P'max。仍以对所述差值采用比例运算、积分运算和微分运算进行运算为例，则通过PID控制算法处理后，动力蓄电池所允许的最大输入功率（第一功率）由下述公式（4）获得：
更具体地，当动力蓄电池中某个单体电池的电压大于预设过压阈值时，PID算法根据Ｖtmax超过Ｖmax的幅度和时长的不同将Ｖtmax向下调整的幅度和速率也不同。例如，当Ｖtmax在短时间内大幅度超过Ｖmax时，因为变化的速率和幅度较大，则S中P项和D项所占的比例较大；当Ｖtmax小幅度并长时间超过Ｖmax时，S中I项所占的比例较大；其他情况下，P项、I项、D项所占的比例各有不同，在此不再一一叙述。
本发明实施例的动力蓄电池的保护方法可以由车辆的BMS来执行，也可以由车辆的VMS和MCU（Micro Control Unit，微控制单元）来执行。若该方法由BMS执行，BMS将P'max发送给VMS和MCU，MCU根据P'max指导电机扭矩的输出，以控制动力蓄电池的输入功率，从而达到将动力蓄电池的电压调整到预设过压阈值以下的目的。具体地，例如，在车辆执行制动回馈的过程中，MCU可以根据P'max控制制动回馈电流（即制动回馈过程中给动力蓄电池充电的电流）的大小，从而将动力蓄电池的电压调整到预设过压阈值以下。若该方法由VMS和MCU执行，VMS或MCU接收由BMS发送的Pmax、Ｖtmax、Ｖmax，并计算出P'max，用于指导电机扭矩的输出，从而达到将动力蓄电池的电压调整到预设过压阈值以下的目的，减少了过压给动力蓄电池带来的损害，提高了动力蓄电池的使用寿命。
本发明实施例的动力蓄电池的保护方法，当动力蓄电池中单体电池的电压超过预设过压阈值时，通过PID控制算法可以控制单体电池的电压迅速回落到预设过压阈值以下，并且动力蓄电池以较小的功率进行输入或输出，电流的变化较为平稳，可以充分地利用电池的充电接受能力，提高了电池的使用寿命。同时，该方法可以由车辆的MCU直接控制电机扭矩的输出，避免了动力蓄电池只能被动地等待电机系统或制动回馈系统调整功率，从而能够直接限制输入或输出动力蓄电池的能量。
图3是根据本发明一个实施例的动力蓄电池的保护装置的结构示意图。
如图3所示，本发明实施例的动力蓄电池的保护装置，包括：获取模块100、判断模块200、处理模块300和控制模块400。
其中，获取模块100用于获取所述动力蓄电池所允许的输入功率的最大值并获取当前所述动力蓄电池中单体电池的电压的最大值。
具体地，获取模块100可以通过动力蓄电池的SOC、温度等因素查表得出动力蓄电池所允许的输入功率的最大值，记为Pmax。获取模块100实时检测动力蓄电池中各个单体电池的电压，并获取各个单体电池电压中的最大值，记为Ｖtmax。
判断模块200用于判断所述电压的最大值与预设过压阈值的差值是否大于0。
具体地，当动力蓄电池中某个单体电池的电压大于预设过压阈值时，说明该单体电池发生过压。
处理模块300用于如果大于0，根据比例积分与微分PID控制算法对所述差值进行处理以获取处理结果。
具体地，当动力蓄电池中某个单体电池的电压与预设过压阈值的差值大于0时，说明该单体电池发生过压，那么需要对该单体电池的电压进行调节。更具体地，根据PID控制算法对所述差值进行处理以获取处理结果，处理结果记为S。
在本发明的实施例中，比例运算通过公式（1）计算。
在本发明的实施例中，积分运算通过公式（2）计算。
在本发明的实施例中，微分运算通过公式（3）计算。
在本发明的实施例中，对所述差值进行处理可以采用比例运算、积分运算和微分运算中的一种或多种。那么，处理结果S也相应的有多种。例如，以对所述差值采用比例运算、积分运算和微分运算进行处理为例，处理结果S=P+I+D。
控制模块400用于根据所述输入功率的最大值和所述处理结果获取第一功率，并根据所述第一功率控制电机扭矩，以控制所述动力蓄电池的输入功率。
具体地，控制模块400根据输入功率的最大值Pmax和处理结果S可获取第一功率，记为P'max。仍以对所述差值采用比例运算、积分运算和微分运算进行运算为例，通过处理模块300处理后，动力蓄电池所允许的最大输入功率（第一功率）为P'max，P'max可通过公式（4）获得。
更具体地，当动力蓄电池中某个单体电池的电压大于预设过压阈值时，处理模块300根据Ｖtmax超过Ｖmax的幅度和时长的不同将Ｖtmax向下调整的幅度和速率也不同。例如，当Ｖtmax在短时间内大幅度超过Ｖmax时，因为变化的速率和幅度较大，则S中P项和D项所占的比例较大；当Ｖtmax小幅度并长时间超过Ｖmax时，S中I项所占的比例较大；其他情况下，P项、I项、D项所占的比例各有不同，在此不再一一叙述。
在本发明的实施例中，控制模块400可以根据P'max指导电机扭矩的输出，从而达到将动力蓄电池的电压调整到预设过压阈值以下的目的，减少了过压给动力蓄电池带来的损害，提高了动力蓄电池的使用寿命。
具体地，例如，在车辆执行制动回馈的过程中，MCU可以根据P'max控制制动回馈电流（即制动回馈过程中给动力蓄电池充电的电流）的大小，从而将动力蓄电池的电压调整到预设过压阈值以下。
本发明实施例的动力蓄电池的保护装置，当动力蓄电池中单体电池的电压超过预设过压阈值时，通过处理模块和控制模块可以控制单体电池的电压迅速回落到预设过压阈值以下，并且使动力蓄电池以较小的功率进行输入或输出，电流的变化较为平稳，可以充分地利用电池的充电接受能力，提高了电池的使用寿命。
图4是根据本发明一个实施例的动力蓄电池的保护方法的流程图。该方法对动力蓄电池进行欠压保护。如图4所示，动力蓄电池的保护方法包括以下步骤：
S201，获取蓄电池所允许的输出功率的最大值并获取当前动力蓄电池中单体电池的电压的最小值。
具体地，可以通过动力蓄电池的SOC、温度等因素查表得出动力蓄电池所允许的输出功率的最大值，记为Pmax。实时检测动力蓄电池中各个单体电池的电压，并获取各个单体电池电压中的最小值，记为Vtmin。
S202，判断预设欠压阈值与电压的最小值的差值是否大于0。
具体地，当动力蓄电池中某个单体电池的电压小于预设欠压阈值时，说明该单体电池发生欠压。
S203，如果大于0，根据比例积分与微分PID控制算法对差值进行处理以获取处理结果。
具体地，当动力蓄电池中某个单体电池的电压小于预设欠压阈值时，说明该单体电池发生欠压，那么需要对该单体电池的电压进行调节。更具体地，根据PID控制算法对所述差值进行处理以获取处理结果，处理结果记为S。如图4所示为本发明一个实施例的PID控制算法的示意图。其中，图5中的高压系统包括车辆的电驱动系统、充电系统和动力蓄电池。
在本发明的实施例中，比例运算通过下述公式计算：
其中，Ｖtmin为电压的最小值，Ｖmin为预设欠压阈值，et为预设欠电压阈值与电压的最小值的差值，即et=Ｖmin-Ｖtmin，Kp为常量系数。
在本发明的实施例中，积分运算通过下述公式计算：
其中，Ｖtmin为电压的最小值，Ｖmin为预设欠压阈值，et为预设欠电压阈值与电压的最小值的差值，即et=Ｖmin-Ｖtmin，Ki为常量系数，t1为Ｖtmin下降到小于等于Ｖmin的时刻，t2为Ｖtmin上升到大于等于Ｖmin的时刻。
在本发明的实施例中，微分运算通过下述公式计算：
其中，Ｖtmin为电压的最小值，Ｖmin为预设欠压阈值，et为预设欠电压阈值与电压的最小值的差值，即et=Ｖmin-Ｖtmin，Kd为常量系数。
在本发明的实施例中，对所述差值进行处理可以采用比例运算、积分运算和微分运算中的一种或多种。那么，处理结果S也相应的有多种。例如，以对所述差值采用比例运算、积分运算和微分运算进行处理为例，处理结果S=P+I+D。
S204，根据输出功率的最大值和处理结果获取第一功率，并根据第一功率控制电机扭矩，以控制动力蓄电池的输出功率。
具体地，根据输出功率的最大值Pmax和处理结果S可获取第一功率，记为P'max。仍以对所述差值采用比例运算、积分运算和微分运算进行运算为例，则通过PID控制算法处理后，动力蓄电池所允许的最大输出功率（第一功率）可由下述公式（8）获得：
本发明实施例的动力蓄电池的保护方法可以由车辆的BMS来执行，也可以由车辆的VMS和MCU来执行。若该方法由BMS执行，BMS将P'max发送给VMS和MCU，MCU根据P'max指导电机扭矩的输出，以控制动力蓄电池的输出功率，从而达到将动力蓄电池的电压调整到预设欠压阈值以上的目的。若该方法由VMS和MCU执行，VMS或MCU接收由BMS发送的Pmax、Ｖtmin、Ｖmin，并计算出P'max，用于指导电机扭矩的输出。例如，通过调节电机扭矩的输出，可以使动力蓄电池以较小的功率和较小的电流进行输出，从而将电压调整到预设欠压阈值以上，以减小甚至避免欠压给动力蓄电池造成的损害，提高了动力蓄电池的使用寿命。
本发明实施例的动力蓄电池的保护方法，当动力蓄电池中单体电池的电压低于预设欠压阈值时，通过PID控制算法可以控制单体电池的电压迅速提升到预设欠压阈值以上，并且动力蓄电池以较小的功率进行输出，电流的变化较为平稳，可以充分地利用电池的放电能力，提高了电池的使用寿命。同时，该方法可以由车辆的MCU直接控制电机扭矩的输出，避免了动力蓄电池只能被动地等待电机系统或制动回馈系统调整功率，从而能够直接限制动力蓄电池输出的能量。
此外，本发明实施例的动力蓄电池的保护方法是通过控制动力蓄电池的实际输入输出功率来实现过压、欠压保护的。由于与动力蓄电池的实际输入输出功率直接相关的还有最大允许输入输出电流、电机允许的最大扭矩、加速请求等参数，那么本发明实施例的动力蓄电池的保护方法也适用于将动力蓄电池所允许的输入/输出功率改为最大允许输入/输出电流、电机允许的最大扭矩、加速请求等参数。另外，在判断动力蓄电池是否出现过压/欠压时，本发明实施例中的单体电池的电压也可以改为动力蓄电池的总电压。
图6是根据本发明一个实施例的动力蓄电池的保护装置的结构示意图。
如图6所示，本发明实施例的动力蓄电池的保护装置，包括：获取模块500、判断模块600、处理模块700、控制模块800。
其中，获取模块500用于获取蓄电池所允许的输出功率的最大值并获取当前动力蓄电池中单体电池的电压的最小值。
具体地，获取模块500可以通过动力蓄电池的SOC、温度等因素查表得出动力蓄电池所允许的输出功率的最大值，记为Pmax。获取模块500实时检测动力蓄电池中各个单体电池的电压，并获取各个单体电池电压中的最小值，记为Vtmin。
判断模块600用于判断预设欠压阈值与电压的最小值的差值是否大于0。
具体地，当动力蓄电池中某个单体电池的电压小于预设欠压阈值时，说明该单体电池发生欠压。
处理模块700用于如果大于0，根据比例积分与微分PID控制算法对差值进行处理以获取处理结果。
具体地，当动力蓄电池中某个单体电池的电压小于预设欠压阈值时，说明该单体电池发生欠压，那么需要对该单体电池的电压进行调节。更具体地，根据PID控制算法对所述差值进行处理以获取处理结果，处理结果记为S。
在本发明的实施例中，比例运算通过公式（5）计算。
在本发明的实施例中，积分运算通过公式（6）计算。
在本发明的实施例中，微分运算通过公式（7）计算。
在本发明的实施例中，对所述差值进行处理可以采用比例运算、积分运算和微分运算中的一种或多种。那么，处理结果S也相应的有多种。例如，以对所述差值采用比例运算、积分运算和微分运算进行处理为例，处理结果S=P+I+D。
控制模块800用于根据输出功率的最大值和处理结果获取第一功率，并根据第一功率控制电机扭矩，以控制动力蓄电池的输出功率。
具体地，控制模块800根据输出功率的最大值Pmax和处理结果S可获取第一功率，记为P'max。仍以对所述差值采用比例运算、积分运算和微分运算进行运算为例，通过处理模块700处理后，动力蓄电池所允许的最大输出功率（第一功率）为P'max，P'max可通过公式（8）获得。
在本发明的实施例中，控制模块800可以根据P'max指导电机扭矩的输出，可以使动力蓄电池以较小的功率和较小的电流进行输出，从而将电压调整到预设欠压阈值以上，以减小甚至避免欠压给动力蓄电池造成的损害，提高了动力蓄电池的使用寿命。
本发明实施例的动力蓄电池的保护装置，当动力蓄电池中单体电池的电压低于预设欠压阈值时，通过处理模块和控制模块可以控制单体电池的电压迅速提升到预设欠压阈值以上，并且动力蓄电池以较小的功率进行输出，电流的变化较为平稳，可以充分地利用电池的放电能力，提高了电池的使用寿命。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种动力蓄电池的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取所述动力蓄电池所允许的输入功率的最大值并获取当前所述动力蓄电池中单体电池的电压的最大值；
判断所述电压的最大值与预设过压阈值的差值是否大于0；
如果大于0，根据电压的最大值与预设过压阈值的差值对电压的最大值进行比例积分与微分PID控制算法以得到调整后的电压的最大值；以及
根据所述输入功率的最大值和所述调整后的电压的最大值得到对所述输入功率的最大值调整后的第一功率，并根据所述第一功率控制电机扭矩，以控制所述动力蓄电池的输入功率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比例积分与微分PID控制算法中的比例运算通过下述公式计算：
<mrow> <mi>P</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>K</mi> <mi>p</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mi>e</mi> <mi>t</mi> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>max</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>max</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>0</mn> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>max</mi> </mrow> </msub> <mo>&lt;</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>max</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> </mrow>
其中，Vt max为所述电压的最大值，Vmax为所述预设过压阈值，et为所述电压的最大值和所述预设过压阈值的差值，即et＝Vt max-Vmax，Kp为常量系数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比例积分与微分PID控制算法中的积分运算通过下述公式计算：
<mrow> <mi>I</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>K</mi> <mi>i</mi> <msubsup> <mo>&amp;Integral;</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msubsup> <mi>e</mi> <mi>t</mi> <mi>d</mi> <mi>t</mi> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>0</mn> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>&lt;</mo> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> </mrow>
其中，Vt max为所述电压的最大值，Vmax为所述预设过压阈值，et为所述电压的最大值和所述预设过压阈值的差值，即et＝Vt max-Vmax，Ki为常量系数，t1为Vt max上升到大于等于Vmax的时刻，t2为Vt max下降到小于等于Vmax的时刻。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比例积分与微分PID控制算法中的微分运算通过下述公式计算：
<mrow> <mi>D</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mfrac> <mrow> <mi>K</mi> <mi>d</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mi>det</mi> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>0</mn> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>&lt;</mo> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> </mrow>
其中，Vt max为所述电压的最大值，Vmax为所述预设过压阈值，et为所述电压的最大值和所述预设过压阈值的差值，即et＝Vt max-Vmax，Kd为常量系数。
5.一种动力蓄电池的保护装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取所述动力蓄电池所允许的输入功率的最大值并获取当前所述动力蓄电池中单体电池的电压的最大值；
判断模块，用于判断所述电压的最大值与预设过压阈值的差值是否大于0；
处理模块，用于如果大于0，根据电压的最大值与预设过压阈值的差值对电压的最大值进行比例积分与微分PID控制算法以得到调整后的电压的最大值；以及
控制模块，用于根据所述输入功率的最大值和所述调整后的电压的最大值得到对所述输入功率的最大值调整后的第一功率，并根据所述第一功率控制电机扭矩，以控制所述动力蓄电池的输入功率。
6.一种动力蓄电池的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取所述蓄电池所允许的输出功率的最大值并获取当前所述动力蓄电池中单体电池的电压的最小值；
判断预设欠压阈值与所述电压的最小值的差值是否大于0；
如果大于0，根据电压的最大值与预设欠压阈值的差值对电压的最大值进行比例积分与微分PID控制算法以得到调整后的电压的最大值；以及
根据所述输出功率的最大值和所述调整后的电压的最大值得到对所述输出功率的最大值调整后的第一功率，并根据所述第一功率控制电机扭矩，以控制所述动力蓄电池的输出功率。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述比例积分与微分PID控制算法中的比例运算通过下述公式计算：
<mrow> <mi>P</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>K</mi> <mi>p</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mi>e</mi> <mi>t</mi> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>min</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>min</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>0</mn> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>min</mi> </mrow> </msub> <mo>&gt;</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>min</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> </mrow>
其中，Vt min为所述电压的最小值，Vmin为所述预设欠压阈值，et为所述预设欠电压阈值与所述电压的最小值的差值，即et＝Vmin-Vt min，Kp为常量系数。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述比例积分与微分PID控制算法中的积分运算通过下述公式计算：
<mrow> <mi>I</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>K</mi> <mi>i</mi> <msubsup> <mo>&amp;Integral;</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msubsup> <mi>e</mi> <mi>t</mi> <mi>d</mi> <mi>t</mi> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>min</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>min</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>0</mn> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>min</mi> </mrow> </msub> <mo>&gt;</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>min</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> </mrow>
其中，Vt min为所述电压的最小值，Vmin为所述预设欠压阈值，et为所述预设欠电压阈值与所述电压的最小值的差值，即et＝Vmin-Vt min，Ki为常量系数，t1为Vt min下降到小于等于Vmin的时刻，t2为Vt min上升到大于等于Vmin的时刻。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述比例积分与微分PID控制算法中的微分运算通过下述公式计算：
<mrow> <mi>D</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mfrac> <mrow> <mi>K</mi> <mi>d</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mi>det</mi> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>0</mn> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>&gt;</mo> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> </mrow>
其中，Vt min为所述电压的最小值，Vmin为所述预设欠压阈值，et为所述预设欠电压阈值与所述电压的最小值的差值，即et＝Vmin-Vt min，Kd为常量系数。
10.一种动力蓄电池的保护装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取所述蓄电池所允许的输出功率的最大值并获取当前所述动力蓄电池中单体电池的电压的最小值；
判断模块，用于判断预设欠压阈值与所述电压的最小值的差值是否大于0；
处理模块，用于如果大于0，根据电压的最大值与所述预设欠压阈值的差值对电压的最大值进行比例积分与微分PID控制算法以得到调整后的电压的最大值；以及
控制模块，用于根据所述输出功率的最大值和所述调整后的电压的最大值得到对所述输出功率的最大值调整后的第一功率，并根据所述第一功率控制电机扭矩，以控制所述动力蓄电池的输出功率。
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