CN105501070A - 主动式电力驱动车辆供耗电平衡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种主动式电力驱动车辆供耗电平衡控制方法，属于能量管理领域。本发明将GPS或北斗定位系统以及环境传感器与其它通讯设备和车载控制器结合，执行任务前，根据目的地的路程特性，将耗电的轨迹进行规划，根据耗电轨迹预先计算不同路段对应的所需储能的含电量。在车辆实际运行中，使用GPS或北斗定位系统及环境传感器进行闭环控制，将储能的电量调节到提前计算的含电量供使用。一方面储能系统控制器可提前获得粗略的供耗电趋势，进而可主动、预先对动力电能使用和回收进行更优化控制；第二方面，在爬坡接近顶点前可充分利用存储电能，这样既可在即将的下坡中发挥电力制动回收能量，避免机械制动器的磨损，又可节省燃油，改善乘员乘坐舒适性。

Description

主动式电力驱动车辆供耗电平衡控制方法

技术领域

本发明涉及能量管理技术领域，具体涉及一种主动式电力驱动车辆供耗电平衡控制方法。

背景技术

随着电气化应用推广，车辆内的用电设备逐渐增多，这种多元化的用电设备会使电能使用过程中出现瞬间的功率激增现象。同时车辆储能装置的放电能力有限，这就给车辆内部的供耗电平衡带来很多困难。

当前车辆储能装置产品存在如下问题：1.当前储能不能够满足车载电气设备的电能需求。2.储能(如电池)过高或者过低的电量会使储能装置过早老化。3.车辆的潜行模式会造成大量电能的消耗，需要提前储备电能。但实时的控制难以达到。4.当爬长坡时，储能的电量不足以支持爬坡使用。5.在长的下坡时，由于储能电量较高，不能够再吸收回馈能量，造成回馈能量损失，还会对刹车装备造成磨损。6.当前GPS或北斗定位系统的海拔高度信息精度已达到厘米级，当前车辆储能装置产品不能适应这种环境。7.各类温度、气压、振动等类型传感器已可以精确地判断当前的环境气候与路谱特性，但没有得到很好地应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何实现对电力驱动车辆的电力使用平衡控制。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种主动式电力驱动车辆供耗电平衡控制方法，包括以下步骤：

S1、在车辆运行之前，根据车辆所要执行的任务，确定任务目标地点，并对行驶路程进行规划；

S2、根据所规划的路程利用定位系统以及环境传感器对耗电的轨迹进行规划；

S3、根据所规划的耗电的轨迹，对所需储能的含电量进行规划，确定每一个地点所需储能的含电量，发送给车载控制器；

S4、在车辆的实时运行过程中，利用定位系统以及环境传感器确定车辆所处地点路况，利用车载控制器根据所存储的信息来确定车辆当前位置所需储能的含电量，并将电池的电量调节到提前计算的含电量以供使用。

(三)有益效果

本发明将GPS或北斗定位系统以及环境传感器与其它通讯设备和车载控制器进行结合，在执行任务前，根据目的地的路程特性(如爬坡，雪地，下坡等)，将耗电的轨迹进行规划，根据耗电轨迹预先计算出不同的路段对应的所需储能的含电量。在车辆的实际运行中，使用GPS或北斗定位系统以及环境传感器进行闭环控制，将储能的电量调节到提前计算的含电量以供使用。通过这种预测控制方法，一方面储能系统控制器可以提前获得粗略的供耗电趋势，进而可以主动的、预先的对动力电能的使用和回收进行更优化的控制；第二方面，在爬坡接近顶点前可以充分利用存储电能，例如在电力悬驾、环控等舒适系统中利用更多的电能，这样既可以在即将的下坡中发挥电力制动回收能量，避免机械制动器的磨损，又可以节省燃油(混动车辆)，改善乘员乘坐舒适性。

附图说明

图1为对用电轨迹进行预测示意图；

图2为车辆预测控制示意图；

图3为耗电规划用于车载控制器的实时控制示意图；

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明提供的一种主动式电力驱动车辆供耗电平衡控制方法，包括以下步骤：

S1、在车辆运行之前，根据车辆所要执行的任务(包含有快速通过区域、静默行驶区域、潜伏等待区域等不同的机动任务)，确定任务目标地点，并对行驶路程进行规划，或称为预测；

S2、根据所规划的路程利用GPS或北斗定位系统以及环境传感器(能够检测海拔高度，环境气候等信息)车辆预测车辆所处位置及路况，包括山路、丘陵、平地、上坡、下坡等，从而实现对耗电的轨迹进行规划，如图1所示。

S3、根据所规划的耗电的轨迹，对所需储能的含电量进行规划，确定每一个地点所需储能的含电量，发送给车载控制器，如图2、图3所示；

S4、在车辆的实时运行过程中，利用GPS或北斗定位系统以及环境传感器识别车辆所处位置及路况，利用车载控制器根据所存储的信息来确定车辆当前位置所需储能的含电量，并将电池的电量调节到提前计算的含电量以供使用。

步骤S2中，利用电负载平衡公式进行耗电轨迹规划：

P_produce+P_ess＝P_load+P_accesory+P_weapon

其中，P_produce为总耗电量中发电设备产生的功率，P_ess为总耗电量中电池所输出的功率，P_load为底盘耗电功率，P_accesory为选装件耗电功率，P_weapon为武器系统耗电功率，根据该公式确定P_ess，还可以根据P_ess计算持续的大功率、中功率、小功率电能输出、瞬态的峰值功率电能输出、持续的大功率、中功率、小功率电能回收、瞬态的峰值功率电能回收等；

其中，底盘耗电功率P_load根据以下公式计算：

P_load＝F_tV_veh：

F_t为车辆需要的牵引力，V_veh为车辆速度；

车辆需要的牵引力F_t表示为：

F_t＝F_i+F_a+F_r+F_g

其中， $F_i=m_v\·{\stackrel{\·}{v}}_{veh}$

$F_a=\frac{1}{2}{\mathrm{\ρ}}_a{A}_f{c}_d{v_{veh}}^2$

F_r＝(c_r,1v_veh+c_r,0)·m_vgcos(γ)

F_g＝m_vgsin(γ)

F_i为惯性力，F_a为空气阻力，F_r为滚阻，F_g为重力，m_v为整车的质量，ρ_a为空气密度，A_f为迎风面积，c_d为风阻系数，c_r,0为车辆启动时的初始滚阻系数，与速度无关，c_r,1为车辆行驶时的滚阻系数，g为重力加速度，γ为道路坡度，γ、c_r,1和c_r,0根据定位系统以及环境传感器获得当前地点、路况、环境，再进行查表获得。

步骤S3中，利用以下公式计算荷电状态SOC(也称剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值)，以对所需储能的含电量进行规划(在持续的大功率电能输出之前的一段时间内应尽量减少舒适系统、辅助系统、环控系统的电能消耗；在大功率电能回收之前的一段时间内应尽量通过舒适系统、辅助系统、环控系统的电能消耗来提前消耗掉储能系统的电能)：

$\frac{dSOC}{dt}=-\frac{I}{Q_0}$

其中，I为电池的电流，Q₀为电池的容量；

SOC还需要满足其上、下边界限定要求：SOC∈[SOC_min,SOC_max]电池的电流I为：

$I=\frac{V_{oc}-\sqrt{V_{oc}^2-4\·r\·P_{ess}}}{2\·r}---\left(4\right)$

V_oc为电池开路电压，r为电池内阻。

可以看出，本发明1、将GPS或北斗定位系统以及环境传感器的海拔高度、环境气候、路径规划等信息与电能控制系统进行了深入的信息融合，将被动式电能远控制系统转变为主动式、预测式电能控制系统；2、基于上述可预知的电能供应和回收的趋势信息，可以有的放矢的将电能的使用率发挥到最高的效率，既可最大限度的发挥电能的效用，又可在大下坡时保持足够的电能回收能力，避免电制动脉冲对电网设备损伤的隐患；3、基于上述可预知的电能，可将某时段富裕的电能更多的用于电力悬驾、环控等舒适系统中以改善乘员乘坐舒适性；同时将某时段不足的电能更多的用于电力驱动系统以保证战车的机动性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种主动式电力驱动车辆供耗电平衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在车辆运行之前，根据车辆所要执行的任务，确定任务目标地点，并对行驶路程进行规划；

S2、根据所规划的路程利用定位系统以及环境传感器对耗电的轨迹进行规划；

S3、根据所规划的耗电的轨迹，对所需储能的含电量进行规划，确定每一个地点所需储能的含电量，发送给车载控制器；

S4、在车辆的实时运行过程中，利用定位系统以及环境传感器确定车辆所处地点路况，利用车载控制器根据所存储的信息来确定车辆当前位置所需储能的含电量，并将电池的电量调节到提前计算的含电量以供使用。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，利用电负载平衡公式进行耗电轨迹规划：

P_produce+P_ess＝P_load+P_accesory+P_weapon

其中，P_produce为总耗电量中发电设备产生的功率，P_ess为总耗电量中电池所输出的功率，P_load为底盘耗电功率，P_accesory为选装件耗电功率，P_weapon为武器系统耗电功率，根据该公式确定P_ess；

其中，底盘耗电功率P_load根据以下公式计算：

P_load＝F_tV_veh：

F_t为车辆需要的牵引力，V_veh为车辆速度；

车辆需要的牵引力F_t表示为：

F_t＝F_i+F_a+F_r+F_g

其中，

$F_a=\frac{1}{2}{\mathrm{\ρ}}_a{A}_f{c}_d{v_{veh}}^2$

F_r＝(c_r,1v_veh+c_r,0)·m_vgcos(γ)

F_g＝m_vgsin(γ)

F_i为惯性力，F_a为空气阻力，F_r为滚阻，F_g为重力，m_v为整车的质量，ρ_a为空气密度，A_f为迎风面积，c_d为风阻系数，c_r,0为初始滚阻系数，c_r,1为车辆行驶时的滚阻系数，g为重力加速度，γ为道路坡度，γ、c_r,1和c_r,0通过定位系统以及环境传感器获得。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S3中，利用以下公式计算荷电状态SOC，以对所需储能的含电量进行规划：

$\frac{dSOC}{dt}=-\frac{I}{Q_0}$

其中，I为电池的电流，Q₀为电池的容量；

电池的电流I为：

$I=\frac{V_{oc}-\sqrt{V_{oc}^2-4\·r\·P_{ess}}}{2\·r}---\left(4\right)$

V_oc为电池开路电压，r为电池内阻。