CN105730272A - 一种新能源车低压电源管理系统的控制方法 - Google Patents

一种新能源车低压电源管理系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新能源车低压电源管理系统的控制方法，通过DC/DC输出电压控制，可提高车辆制动能量回收率、驾驶舒适性和安全性；合理分配高低压电能，延长车辆行驶里程。主要是电源管理系统根据车辆不同的工作模式及蓄电池SOC状态，进行调节DC/DC输出电压，达到整车电源管理的目的，首先设定低压蓄电池SOC上限值SOC_TOP为a,a为85％?90％，低压蓄电池SOC下限值SOC_BOTT为80％，低压蓄电池SOC底限值SOC_DOWN为b,b为60％?70％，整车控制单元通过提高、降低DC/DC输出电压，实现低压蓄电池充电与放电，控制蓄电池SOC在SOC_TOP与SOC_BOTT之间；主要有静止充电模式、Key?on模式、高压电能匮乏、制动模式及故障模式下的控制方法。

Description

一种新能源车低压电源管理系统的控制方法
技术领域
本发明属于新能源车DC/DC控制技术领域，具体涉及一种新能源车低压电源管理系统及其控制系统。
背景技术
随着全球汽车的大量应用，引发了严重的环境问题及能源危机。随着科技的发展，节能、环保的新能源车孕育而生，其能量的转换、利用、管理影响整车的节能效果。
传统车辆的发电机作为整车主电源，其功用如下：第一为整车电器部件提供电能；第二为蓄电池充电提供电能。传统发电机将机械能转化为电能，效率一般在50％至60％之间，其较低的能量转换率导致部分能源损失。
目前，新能源车DC/DC采用恒定14.5V电压输出模式工作，在这种恒定输出电压模式下，会导致如下问题：第一，DC/DC工作后，低压蓄电池长期处于充电状态，高剩余电量(SOC)状态的低压蓄电池无制动回收能量及车辆静止充电的电能储备空间；第二，当纯电动车动力电池SOC接近30％时，动力电池通过DC/DC为整车提供电源，没有合理利用低压蓄电池储存的低压电能；第三，缺少针对整车电气部件故障制定故障策略。例如，公开号CN101764512A的专利文献，其DC/DC输出电压仅14.5V和12V两个电压等级，DC/DC若检测到自身输出电流小时，则调整CD/DC输出电压为12V，DC/DC若检测自身输出电流大时，则调整DC/DC输出电压为14.5V，该方案没有从整车能源管理及低压蓄电池本身性能制定DC/DC控制方案，没有将整车电气用电作为动力电机制动能量回收时的工作负载，存在制动能量回收率不高的情况。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种新能源车低压电源管理系统，通过DC/DC输出电压控制，可提高车辆制动能量回收率、驾驶舒适性和安全性；合理分配高低压电能，延长车辆行驶里程。
本发明的技术方案是这样实现的：一种新能源车低压电源管理系统，主要由低压蓄电池传感器(EBS)1、低压蓄电池2、直流变换器(DC/DC)3、整车控制单元(HCU)5、动力电机控制器6、动力电机7及动力电池8组成；其中，整车控制单元5通过CAN线4与DC/DC和动力电机控制器6连接，实现信息传递；动力电池8通过高压电线束9与DC/DC和动力电机控制器6连接；动力电机控制器6通过高压电线束9与动力电机7连接；DC/DC的低压输出端为低压蓄电池2及低压电气负载10提供电源；
进一步地，DC/DC是一种直流高、低压电能转换器，具有可连续调节输出电压的功能。DC/DC根据整车控制单元输出电压指令调节输出电压，同时将DC/DC实际输出电压、电流及温度信息发送至整车控制单元。DC/DC的输入电压为200V至370V，输出电压为9V至16V。
进一步地，EBS检测低压蓄电池SOC、低压蓄电池温度，将低压蓄电池信息发送至整车控制单元，同时，EBS上报EBS错误状态信息，例如：传感器与蓄电池不匹配、标定错误等。
进一步地，整车控制单元是电源管理系统的控制中枢，其输入输出信息如图2所示，整车控制单元具有如下电源管理功能：其一，监测DC/DC、低压蓄电池、动力电池状态及整车状态，输入信息如下：DC/DC输出电流、DC/DC输出电压、DC/DC温度、动力电池SOC、低压蓄电池SOC、低压蓄电池温度、EBS报错、车辆运行模式、敏感负载开启。其二，整车控制单元根据部件状态、整车运行模式，经过电源管理系统，有如下输出量：DC/DC使能、DC/DC输出电压值、动力电机发电模式、座椅加热/按摩等舒适性功能禁用。
一种新能源车低压电源管理系统的控制方法，主要是电源管理系统根据车辆不同的工作模式及蓄电池SOC状态，进行调节DC/DC输出电压，达到整车电源管理的目的，首先设定低压蓄电池SOC上限值SOC_TOP为a,a为85％-90％，低压蓄电池SOC下限值SOC_BOTT为80％，低压蓄电池SOC底限值SOC_DOWN为b,b为60％-70％，整车控制单元通过提高、降低DC/DC输出电压，实现低压蓄电池充电与放电，控制蓄电池SOC在SOC_TOP与SOC_BOTT之间；主要有以下几种模式：
静止充电模式下的控制方法(见图4)包含以下步骤：
S41：静止充电模式下，HCU首先判断低压蓄电池SOC，若蓄电池SOC低于SOC_BOTT，执行步骤S42，否则执行步骤S43；
S42：HCU控制DC/DC输出电压为15.5V，为低压蓄电池充电，直至低压蓄电池SOC到达SOC_BOTT，然后执行步骤S43；
S43：HCU控制DC/DC输出电压为14.5V；
Key-on模式下的控制方法(见图5)包含以下步骤：
S51：车辆钥匙进入on挡时，首先HCU判断低压蓄电池SOC，若SOC＜SOC_BOTT，执行S52，若SOC_BOTT≤SOC＜SOC_TOP，执行步骤S53，若SOC≥SOC_TOP，执行步骤S54；
S52：HCU控制DC/DC输出电压为15.5V，为低压蓄电池充电，直至蓄电池SOC到达SOC_BOTT，然后执行步骤S53；
S53：HCU控制DC/DC输出电压为14.5V，为低压蓄电池充电，直至蓄电池SOC到达SOC_TOP，然后执行步骤S54；
S54：HCU控制DC/DC输出电压为12.7V，使蓄电池放电，直至蓄电池SOC到达SOC_BOTT，然后执行步骤S53；
制动模式下的控制方法(见图6)包含以下步骤：
S61：车辆制动时，整车控制单元向动力电机控制器发送发电工作模式，动力电机将制动能量转换为高压电能，然后执行步骤S62；
S62：HCU控制DC/DC输出电压为15.5V，制动结束后，执行步骤S63；
S63：HCU继续执行步骤S62之前的DC/DC控制策略；
高压电能匮乏下的控制方法(见图7)包含以下步骤：
S71：动力电池SOC低于30％，HCU控制DC/DC输出电压为12.3V，整车由低压蓄电池提供电源，直至低压蓄电池SOC到达SOC_DOWN，然后执行步骤S72；
S72：若动力电池SOC低于30％；并且动力电池SOC处于下降趋势，则禁止车辆行驶，提示驾驶员高压电能亏电，否则执行步骤S73；
S73：HCU控制DC/DC输出电压为15.5V，HCU电源管理控制采用Key-on模式电源管理控制；
故障模式下的电源管理控制方法，包含以下步骤：
HCU通过输入信息，可以判断出不同的故障模式；当低压蓄电池温度超过105℃时，DC/DC禁止输出电压；当DC/DC输出电压与设定电压偏差绝对值大于0.1V时，即DC/DC输出电压控制效果不佳，或EBS报错，包含标定状态出错、蓄电池与EBS不匹配等，DC/DC输出电压为默认值14.5V；当DC/DC故障时，DC/DC无法为低压系统提供能量，整车控制单元限制座椅加热、按摩等舒适性功能。
本发明的有益效果如下：
1.整车控制单元通过提高、降低DC/DC输出电压，控制低压蓄电池的SOC处于合理的范围内，为制动回收能量及车辆静止充电提供储备空间；
2.车辆制动时，整车控制单元控制DC/DC提高输出电压，增大低压蓄电池在车辆制动状态下的充电电流，提高了动力电机在发电工作模式下的工作负荷，提升动力电机动能转化为电能的效率，即提高车辆的制动能量回收率；
3.纯电动车动力电池电能匮乏时，即接近30％时，整车控制单元控制DC/DC降低输出电压，使低压蓄电池为车辆提供低压电源，动力电池电能全用于驱动，合理分配动力电池储存电能并充分利用低压蓄电池电能，可提高车辆行驶里程；
4.敏感负载(鼓风机和雨刮)工作时，整车控制单元按标定的电压梯度增加DC/DC输出电压，可提高车辆舒适性；
5.整车控制单元通过监测整车部件状态，针对不同的故障类型，作出DC/DC恒压输出、DC/DC禁止输出、禁用车辆舒适类型部件功能的应对策略。
附图说明
图1为本发明的新能源车电源管理系统框图；
图中：低压蓄电池传感器1、低压蓄电池2、直流变换器3、CAN线4、整车控制单元5、动力电机控制器6、动力电机7、动力电池8、高压电线束9、低压电气负载10；
图2为本发明的整车控制单元5的输入输出信号图；
图3为本发明的低压蓄电池2的充放电SOC范围图；
图4为本发明的静止充电模式下的DC/DC控制示意图；
图5为本发明的Key-on模式下的DC/DC控制示意图；
图6为本发明的制动能量回收模式下的DC/DC控制示意图；
图7为本发明的高压电能匮乏模式下的DC/DC控制示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
一种新能源车电源管理系统，主要由低压蓄电池传感器(EBS)1、低压蓄电池2、直流变换器(DC/DC)3、整车控制单元(HCU)5、动力电机控制器6、动力电机7及动力电池8组成；其中，整车控制单元5通过CAN线4与DC/DC和动力电机控制器6连接，实现信息传递；动力电池8通过高压电线束9与DC/DC和动力电机控制器6连接；动力电机控制器6通过高压电线束9与动力电机7连接；DC/DC的低压输出端为低压蓄电池2及低压电气负载10提供电源；
一种新能源车低压电源管理系统的控制方法，主要是电源管理系统根据车辆不同的工作模式及蓄电池SOC状态，进行调节DC/DC输出电压，达到整车电源管理的目的，首先设定低压蓄电池SOC上限值SOC_TOP为90％，低压蓄电池SOC下限值SOC_BOTT为80％，低压蓄电池SOC底限值SOC_DOWN为70％，整车控制单元通过提高、降低DC/DC输出电压，实现低压蓄电池充电与放电，控制蓄电池SOC在SOC_TOP与SOC_BOTT之间；主要有以下几种模式：
实施例1
静止充电模式下的控制方法(见图4)包含以下步骤：
S41：静止充电模式下，HCU首先判断低压蓄电池SOC，若蓄电池SOC为75％，执行步骤S42；
S42：HCU控制DC/DC输出电压为15.5V，为低压蓄电池充电，直至低压蓄电池SOC到达80％，然后执行步骤S43；
S43：HCU控制DC/DC输出电压为14.5V；
实施例2
Key-on模式下的控制方法(见图5)包含以下步骤：
S51：车辆钥匙进入on挡时，首先HCU判断低压蓄电池SOC，若蓄电池SOC为70％，执行S52；
S52：HCU控制DC/DC输出电压为15.5V，为低压蓄电池充电，直至蓄电池SOC到达80％，然后执行步骤S53；
S53：HCU控制DC/DC输出电压为14.5V，为低压蓄电池充电，直至蓄电池SOC达到90％，然后执行步骤S54；
S54：HCU控制DC/DC输出电压为12.7V，使蓄电池放电，直至蓄电池SOC到达80％，然后执行步骤S53；
实施例3
Key-on模式下的控制方法(见图5)包含以下步骤：
S51：车辆钥匙进入on挡时，首先HCU判断低压蓄电池SOC，若蓄电池SOC为85％，执行S53；
S53：HCU控制DC/DC输出电压为14.5V，为低压蓄电池充电，直至蓄电池SOC达到90％，然后执行步骤S54；
S54：HCU控制DC/DC输出电压为12.7V，使蓄电池放电，直至蓄电池SOC到达80％，然后执行步骤S53；
实施例4
Key-on模式下的控制方法(见图5)包含以下步骤：
S51：车辆钥匙进入on挡时，首先HCU判断低压蓄电池SOC，若蓄电池SOC为95％，执行S54；
S54：HCU控制DC/DC输出电压为12.7V，使蓄电池放电，直至蓄电池SOC到达80％，然后执行步骤S53；
实施例5
制动模式下的控制方法(见图6)包含以下步骤：
S61：车辆制动时，整车控制单元向动力电机控制器发送发电工作模式，动力电机将制动能量转换为高压电能，然后执行步骤S62；
S62：HCU控制DC/DC输出电压为15.5V，制动结束后，执行步骤S63；
S63：HCU继续执行步骤S62之前的DC/DC控制策略；
实施例6
高压电能匮乏下的控制方法(见图7)包含以下步骤：
S71：动力电池SOC低于30％，HCU控制DC/DC输出电压为12.3V，整车由低压蓄电池提供电源，直至低压蓄电池SOC到达SOC_DOWN，然后执行步骤S72；
S72：若动力电池SOC低于30％；并且动力电池SOC处于下降趋势，则禁止车辆行驶，提示驾驶员高压电能亏电，否则执行步骤S73；
S73：HCU控制DC/DC输出电压为15.5V，HCU电源管理控制采用Key-on模式电源管理控制；
实施例7
故障模式下的电源管理控制方法，包含以下步骤：
HCU通过输入信息，可以判断出不同的故障模式；当低压蓄电池温度超过105℃时，DC/DC禁止输出电压；当DC/DC输出电压与设定电压偏差绝对值大于0.1V时，即DC/DC输出电压控制效果不佳，DC/DC输出电压为默认值14.5V；当EBS报错，包含标定状态出错、蓄电池与EBS不匹配等，DC/DC输出电压为默认值14.5V；当DC/DC故障时，DC/DC无法为低压系统提供能量，整车控制单元限制座椅加热、按摩等舒适性功能。

Claims (1)

1.一种新能源车低压电源管理系统的控制方法，其特征在于：电源管理系统根据车辆不同的工作模式及蓄电池SOC状态，进行调节DC/DC输出电压，达到整车电源管理的目的，首先设定低压蓄电池SOC上限值SOC_TOP为a,a为85％-90％，低压蓄电池SOC下限值SOC_BOTT为80％，低压蓄电池SOC底限值SOC_DOWN为b,b为60％-70％，整车控制单元通过提高、降低DC/DC输出电压，实现低压蓄电池充电与放电，控制蓄电池SOC在SOC_TOP与SOC_BOTT之间；整车控制单元控制DC/DC输出电压范围为9V至16V之间，根据低压蓄电池SOC目标值及控制策略，DC/DC输出电压设置为12.3V、12.7V、14.5V和15.5V，以上4个电压可进行适当修正；
电源管理控制主要有以下几种模式：
静止充电模式下的控制方法，包含以下步骤：
S41：静止充电模式下，HCU首先判断低压蓄电池SOC，若蓄电池SOC低于SOC_BOTT，执行步骤S42，否则执行步骤S43；
S42：HCU控制DC/DC输出电压为15.5V，为低压蓄电池充电，直至低压蓄电池SOC到达SOC_BOTT，然后执行步骤S43；
S43：HCU控制DC/DC输出电压为14.5V；
Key-on模式下的控制方法，包含以下步骤：
S51：车辆钥匙进入on挡时，首先HCU判断低压蓄电池SOC，若SOC＜SOC_BOTT，执行S52，若SOC_BOTT≤SOC＜SOC_TOP，执行步骤S53，若SOC≥SOC_TOP，执行步骤S54；
S52：HCU控制DC/DC输出电压为15.5V，为低压蓄电池充电，直至蓄电池SOC到达SOC_BOTT，然后执行步骤S53；
S53：HCU控制DC/DC输出电压为14.5V，为低压蓄电池充电，直至蓄电池SOC到达SOC_TOP，然后执行步骤S54；
S54：HCU控制DC/DC输出电压为12.7V，使蓄电池放电，直至蓄电池SOC到达SOC_BOTT，然后执行步骤S53；
制动模式下的控制方法，包含以下步骤：
S61：车辆制动时，整车控制单元向动力电机控制器发送发电工作模式，动力电机将制动能量转换为高压电能，然后执行步骤S62；
S62：HCU控制DC/DC输出电压为15.5V，制动结束后，执行步骤S63；
S63：HCU继续执行步骤S62之前的DC/DC控制策略；
高压电能匮乏下的控制方法，包含以下步骤：
S71：动力电池SOC低于30％，HCU控制DC/DC输出电压为12.3V，整车由低压蓄电池提供电源，直至低压蓄电池SOC到达SOC_DOWN，然后执行步骤S72；
S72：若动力电池SOC低于30％；并且动力电池SOC处于下降趋势，则禁止车辆行驶，提示驾驶员高压电能亏电，否则执行步骤S73；
S73：HCU控制DC/DC输出电压为15.5V，HCU电源管理控制采用Key-on模式电源管理控制；
故障模式下的电源管理控制方法，包含以下步骤：
HCU通过输入信息，可以判断出不同的故障模式；当低压蓄电池温度超过105℃时，DC/DC禁止输出电压；当DC/DC输出电压与设定电压偏差绝对值大于0.1V时，即DC/DC输出电压控制效果不佳，DC/DC输出电压为默认值14.5V；当EBS报错，包含标定状态出错、蓄电池与EBS不匹配，DC/DC输出电压为默认值14.5V；当DC/DC故障时，DC/DC无法为低压系统提供能量，整车控制单元限制座椅加热、按摩等舒适性功能。
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