CN105811514A - 双源无轨电车动力电池动态平衡充电控制方法和控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及双源无轨电车动力电池动态平衡充电控制方法和控制系统，首先比较动力电池的实际电量与设定平衡点的大小；当动力电池的电量小于设定平衡点时，动力电池的SOC越小，动力电池的充电功率越大；当动力电池的电量大于或者等于所述设定平衡点时，不为动力电池充电。该方法能使电池的电量稳定在平衡点附近，避免动力电池的过充和过放，而且由于在平衡点处电池的性能最好，所以该方法保证了动力电池的良好性能，延长了电池的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及双源无轨电车动力电池动态平衡充电控制方法和控制系统，属于双源无轨电车动力电池智能充电领域。
背景技术
双源无轨纯电动车是传统无轨电车和纯电动车的耦合车辆，动力电池电量平衡是决定脱网在网不间断运营的关键。如图1所示，其为现有的无轨电车动力系统，集电器(集电杆)的一端连接电车供电线路，另一端通过隔离DC/DC连接到电车的驱动电机，驱动电机用于驱动电车行驶；动力电池连接在隔离DC/DC与驱动电池之间，其中，隔离DC/DC通过高压线与集电器连接，车轮与主驱动电机刚性连接。整车通过集电器实现车辆挂网和脱网模式运营。
在无轨电车动力系统中，现有技术中并没有关于动力电池的具体的充电策略，而我们之前采用传统的、比较粗放的控制方式：当动力电池的电量较低时，恒功率充电，但是在制动模式下，大量的制动能量全部输入给动力电池，这些大功率回收制动能量会使动力电池的充电电流过大，影响动力电池使用寿命；当动力电池的电量较高时，控制不为动力电池充电，但是在制动模式下，动力电池依旧要吸收大量的大功率回收制动能量，会造成在动力电池的SOC为100％的时候制动能量依旧加载在动力电池的两端，这将会严重影响动力电池的性能，缩短其使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种双源无轨电车动力电池动态平衡充电控制方法，用以解决传统的动力电池的粗放充电方法影响其使用寿命的问题。本发明同时提供一种双源无轨电车动力电池动态平衡充电控制系统。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种双源无轨电车动力电池动态平衡充电控制方法，包括以下步骤：
(1)比较动力电池的实际电量与设定平衡点的大小；
(2)当动力电池的电量小于设定平衡点时：动力电池的SOC越小，动力电池的充电功率越大；
当动力电池的电量大于或者等于所述设定平衡点时：当电车处于驱动模式下时，隔离DC/DC不为动力电池进行充电，且动力电池与隔离DC/DC同时提供驱动能量；当电车处于制动模式下时，隔离DC/DC不为动力电池充电，且制动回收能量也不用于为动力电池进行充电。
当所述动力电池的电量小于设定平衡点时：当电车处于驱动模式下时，动力电池的充电功率是隔离DC/DC的输出功率与驱动电机的驱动功率之差；当电车处于制动模式下时，动力电池的充电功率是隔离DC/DC的输出功率与驱动电机的电制动功率之和。
当所述动力电池的电量大于或者等于所述设定平衡点时：当车辆处于驱动模式下时，动力电池的充电功率为负，为隔离DC/DC的输出功率与驱动电机的驱动功率的差值；当车辆处于制动模式下时，动力电池的充电功率为零。
动力电池的充电功率小于或者等于动力电池的最大允许充电功率。
当动力电池的电量大于或者等于所述设定平衡点、且车辆处于驱动模式下时，动力电池的SOC越大，动力电池的放电功率越大。
一种双源无轨电车动力电池动态平衡充电控制系统，包括：
比较模块，用于比较动力电池的实际电量与设定平衡点的大小；
控制模块，用于控制当动力电池的电量小于设定平衡点时：动力电池的SOC越小，动力电池的充电功率越大；
当动力电池的电量大于或者等于所述设定平衡点时：当电车处于驱动模式下时，隔离DC/DC不为动力电池进行充电，且动力电池与隔离DC/DC同时提供驱动能量；当电车处于制动模式下时，隔离DC/DC不为动力电池充电，且制动回收能量也不用于为动力电池进行充电。
当所述动力电池的电量小于设定平衡点时：当电车处于驱动模式下时，动力电池的充电功率是隔离DC/DC的输出功率与驱动电机的驱动功率之差；当电车处于制动模式下时，动力电池的充电功率是隔离DC/DC的输出功率与驱动电机的电制动功率之和。
当所述动力电池的电量大于或者等于所述设定平衡点时：当车辆处于驱动模式下时，动力电池的充电功率为负，为隔离DC/DC的输出功率与驱动电机的驱动功率的差值；当车辆处于制动模式下时，动力电池的充电功率为零。
动力电池的充电功率小于或者等于动力电池的最大允许充电功率。
当动力电池的电量大于或者等于所述设定平衡点、且车辆处于驱动模式下时，动力电池的SOC越大，动力电池的放电功率越大。
本发明提供的双源无轨电车动力电池动态平衡充电控制方法中，首先判断动力电池的电量与设定的平衡点之间的大小关系，然后根据大小关系来控制电池的充电功率，这种方式相对于传统的粗放充电方式而言，具有一定的灵活性，根据满足的条件进行相应地控制。而且，当动力电池的电量小于设定平衡点时，也就是电池的电量不足，当电池的SOC越小时，电池的充电功率越大，即当电池中的电量较少时，这就需要为电池进行较大程度上的充电，其充电功率较大，满足了动力电池的较大的电量需求；当动力电池的电量大于或者等于设定平衡点时，此时电池的电量充足，不需要为动力电池充电，且当电车处于驱动模式下时，隔离DC/DC不为动力电池进行充电，且动力电池与隔离DC/DC同时提供驱动能量；当电车处于制动模式下时，隔离DC/DC不为动力电池充电，且制动回收能量也不用于为动力电池进行充电。通过消耗电池的一部分电能使其的电量稳定在平衡点附近，避免动力电池的过充。所以，不管是充电状态或者是放电状态，该控制方法均能够使动力电池的电量稳定在平衡点附近，而且由于在平衡点处电池的性能最好，所以该方法保证了动力电池的良好性能，延长了电池的使用寿命。
附图说明
图1是无轨电车动力系统的结构示意图；
图2是动力电池的SOC与充电功率之间的关系图；
图3是动力电池动态平衡充电方法实施流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
控制方法实施例
基于如图1所示的双源无轨电车动力系统，本发明提供一种双源无轨电车动力电池动态平衡充电方法，该控制方法设置在控制器中以进行相应地控制，比如整车控制器中。
基于车辆设计脱网续驶里程，设置动力电池的电量平衡点C。该电量平衡点C为动力电池的充电功率的“分界线”，即在该平衡点C处，动力电池的充电功率可以为零，动力电池既不充电，也不放电。由于电池的电量恰好位于该平衡点处时为一种特殊的情况，在此不做单独的详细说明。
由于动力电池的电量由SOC能够最直观地表征，所以，本实施例中动力电池的电量由其SOC表示。而由于动力电池的电量，即SOC能够使用检测设备进行检测，这属于现有常规技术，这里不再具体说明。
无轨电车具有两个工作模式：驱动模式和制动模式，这两种模式对于能量的需求可以说是相反的，驱动模式需要消耗能量以使电车驱动行驶，制动模式下产生制动回收能量。所以，在这两种模式下，动力电池的充电控制也是完全不相同的。
隔离DC/DC对动力电池的充电功率是SOC的函数，如图2所示，当动力电池的电量SOC小于设定平衡点C时，电池的充电功率为正，此时电池的SOC越小，电池的内部电量越少，电池就需要较多的电量来使电量达到设定的平衡点C，所以，隔离DC/DC对动力电池的充电功率越大；当动力电池的电量SOC大于或者等于设定平衡点C时，不需要对动力电池进行充电，而且，当电车处于驱动模式下时，隔离DC/DC不为动力电池进行充电，且动力电池与隔离DC/DC同时提供驱动能量；当电车处于制动模式下时，隔离DC/DC不为动力电池充电，且制动回收能量也不用于为动力电池进行充电。另外，当SOC大于或等于平衡点C、且电车在驱动模式下时，充电功率为负，相应地可以表示为动力电池的放电功率为正。
另外，本实施例中涉及到两种动力电池的充电功率：隔离DC/DC对动力电池的充电功率和整车对动力电池的充电功率，两者具有一定的区别：隔离DC/DC对动力电池的充电功率为电网通过隔离DC/DC为动力电池充电的功率，而整车对动力电池的充电功率为外部能量对动力电池进行充电的功率；所以，整车对动力电池的充电功率包含隔离DC/DC对动力电池的充电功率；并且，权利要求书中的动力电池的充电功率为外界对动力电池的充电功率，即整车对动力电池的充电功率。
由于无轨电车在驱动模式下时，电车具有唯一的外界能量来源，就是电网，所以，在驱动模式下时，隔离DC/DC对动力电池的充电功率和整车对动力电池的充电功率具有相同的含义，两者可以划等号；但是，当无轨电车在制动模式下时，假设制动回收能量全部都为动力电池进行充电，那么，隔离DC/DC对动力电池的充电功率仍旧为电网通过隔离DC/DC为动力电池充电的功率，而整车对动力电池的充电功率中不但包括了隔离DC/DC对动力电池的充电功率，还包括通过制动而回收的功率，所以，在制动模式下，整车对动力电池的充电功率等于隔离DC/DC对动力电池的充电功率与制动回收功率之和。
所以，该充电控制方法在具体控制实施时：
如图3所示，当动力电池的电量小于设定平衡点C时，即动力电池SOC<C时，分为以下两种情况：
当电车处于驱动模式下时，隔离DC/DC对动力电池的充电功率Pch等于整车对动力电池的充电功率Pb，由于隔离DC/DC的输出的能量还要用于驱动电车，那么，隔离DC/DC对动力电池的充电功率Pch是隔离DC/DC的输出功率Pdc与驱动电机的驱动功率Pqu之差，即Pb＝Pch＝Pdc-Pqu；当电车处于制动模式下时，此时电车不需要驱动能量，隔离DC/DC对动力电池的充电功率Pch就等于隔离DC/DC的输出功率Pdc，且整车对动力电池的充电功率Pb是隔离DC/DC的输出功率Pdc与驱动电机的电制动功率Pbrk之和，即Pdc＝Pch，Pb＝Pch+Pbrk。另外，不管电车处于什么模式下，整车对动力电池的充电功率Pb均不能超过动力电池最大允许充电功率Pchmax，即Pb≤Pchmax。
在这种情况下，当然需要满足基本的控制策略，即电池的电量越小，电池的充电功率越大。
当动力电池的电量大于或者等于设定平衡点C时，即动力电池SOC≥C时，分为以下两种情况：
当车辆处于驱动模式下时，隔离DC/DC对动力电池的充电功率Pch等于整车对动力电池的充电功率Pb，隔离DC/DC对动力电池的充电功率Pch是隔离DC/DC的输出功率Pdc与驱动电机的驱动功率Pqu之差，即Pb＝Pch＝Pdc-Pqu，由于这种情况下动力电池为放电状态，所以，Pch或Pb是小于零的，动力电池与隔离DC/DC同时输出能量用于驱动车辆，即隔离DC/DC的输出功率Pdc小于驱动电机的驱动功率Pqu；当车辆处于制动模式下时，隔离DC/DC的输出功率Pdc＝0，虽然制动能够产生能量，但是由于电池的电量较大，此时不需要将制动回收能量存储到电池中，即用于对电池充电的电制动功率Pbrk＝0，隔离DC/DC对动力电池的充电功率Pch与整车对动力电池的充电功率Pb均为零，即确保动力电池的充电功率Pb＝Pch＝Pdc+Pbrk＝0。
在这种情况下，为了进一步通过消耗电池的一部分电能使其的电量稳定在平衡点附近，还需要有以下控制策略，即电池的电量越大，当需要放电时，电池的放电功率越大。
该充电控制方法具有以下有益效果：
1、实现在网模式动力电池的稳定电量平衡，保证脱网需驶里程；
2、驱动模式下，挂网行车充电功率随动力电池电量的增加而降低，即电池的SOC越小，充电功率越大，保证动力电池的使用寿命；
3、制动模式下，依据动力电池特性分配充电功率和制动回馈功率，最大化利用动力电池的充电能力；
4、动力电池电量过高时，挂网行车控制动力电池主动放电，避免动力电池过充影响整车稳定行驶。
另外，本发明提供的控制方法与现有技术中的类似充电控制方法的区别还有：现有的充电控制方法为：通过调节隔离式DC/DC输出端电压进而限制动力电池系统电量，这是一种稳电压控制原理，但是动力电池电压并不能代表动力电池的实际电量SOC，因为动力电池SOC是动力电池电压、温度和内阻等的函数，甚至不同的动力电池SOC存在相同的电压；而本发明提供的控制方法是直接基于动力电池SOC(动力电池的实际电量)来进行控制的。
控制系统实施例
该双源无轨电车动力电池动态平衡充电控制系统包括以下两部分：
比较模块，用于比较动力电池的实际电量与设定平衡点的大小；
控制模块，用于控制当动力电池的电量小于设定平衡点时：动力电池的SOC越小，动力电池的充电功率越大；当动力电池的电量大于或者等于设定平衡点时：当电车处于驱动模式下时，隔离DC/DC不为动力电池进行充电，且动力电池与隔离DC/DC同时提供驱动能量；当电车处于制动模式下时，隔离DC/DC不为动力电池充电，且制动回收能量也不用于为动力电池进行充电。
上述两个模块均为软件模块，通过后面的用途即为其具体内容，该软件模块可以设置在控制器中，比如：整车控制器，来实施相应的控制策略，所以该控制系统本质上还是充电控制方法，由于该控制方法在上述方法实施例中已经有了详细描述，这里不再具体说明。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种双源无轨电车动力电池动态平衡充电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)比较动力电池的实际电量与设定平衡点的大小；
(2)当动力电池的电量小于设定平衡点时：动力电池的SOC越小，动力电池的充电功率越大；
当动力电池的电量大于或者等于所述设定平衡点时：当电车处于驱动模式下时，隔离DC/DC不为动力电池进行充电，且动力电池与隔离DC/DC同时提供驱动能量；当电车处于制动模式下时，隔离DC/DC不为动力电池充电，且制动回收能量也不用于为动力电池进行充电。
2.根据权利要求1所述的双源无轨电车动力电池动态平衡充电控制方法，其特征在于，当所述动力电池的电量小于设定平衡点时：当电车处于驱动模式下时，动力电池的充电功率是隔离DC/DC的输出功率与驱动电机的驱动功率之差；当电车处于制动模式下时，动力电池的充电功率是隔离DC/DC的输出功率与驱动电机的电制动功率之和。
3.根据权利要求1所述的双源无轨电车动力电池动态平衡充电控制方法，其特征在于，当所述动力电池的电量大于或者等于所述设定平衡点时：当车辆处于驱动模式下时，动力电池的充电功率为负，为隔离DC/DC的输出功率与驱动电机的驱动功率的差值；当车辆处于制动模式下时，动力电池的充电功率为零。
4.根据权利要求1所述的双源无轨电车动力电池动态平衡充电控制方法，其特征在于，动力电池的充电功率小于或者等于动力电池的最大允许充电功率。
5.根据权利要求3所述的双源无轨电车动力电池动态平衡充电控制方法，其特征在于，当动力电池的电量大于或者等于所述设定平衡点、且车辆处于驱动模式下时，动力电池的SOC越大，动力电池的放电功率越大。
6.一种双源无轨电车动力电池动态平衡充电控制系统，其特征在于，包括：
比较模块，用于比较动力电池的实际电量与设定平衡点的大小；
控制模块，用于控制当动力电池的电量小于设定平衡点时：动力电池的SOC越小，动力电池的充电功率越大；当动力电池的电量大于或者等于所述设定平衡点时：当电车处于驱动模式下时，隔离DC/DC不为动力电池进行充电，且动力电池与隔离DC/DC同时提供驱动能量；当电车处于制动模式下时，隔离DC/DC不为动力电池充电，且制动回收能量也不用于为动力电池进行充电。
7.根据权利要求6所述的双源无轨电车动力电池动态平衡充电控制系统，其特征在于，当所述动力电池的电量小于设定平衡点时：当电车处于驱动模式下时，动力电池的充电功率是隔离DC/DC的输出功率与驱动电机的驱动功率之差；当电车处于制动模式下时，动力电池的充电功率是隔离DC/DC的输出功率与驱动电机的电制动功率之和。
8.根据权利要求6所述的双源无轨电车动力电池动态平衡充电控制系统，其特征在于，当所述动力电池的电量大于或者等于所述设定平衡点时：当车辆处于驱动模式下时，动力电池的充电功率为负，为隔离DC/DC的输出功率与驱动电机的驱动功率的差值；当车辆处于制动模式下时，动力电池的充电功率为零。
9.根据权利要求6所述的双源无轨电车动力电池动态平衡充电控制系统，其特征在于，动力电池的充电功率小于或者等于动力电池的最大允许充电功率。
10.根据权利要求8所述的双源无轨电车动力电池动态平衡充电控制系统，其特征在于，当动力电池的电量大于或者等于所述设定平衡点、且车辆处于驱动模式下时，动力电池的SOC越大，动力电池的放电功率越大。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 450061 Yudao Road, Guancheng District, Zhengzhou City, Henan Province Patentee after: Yutong Bus Co., Ltd Address before: 450016 Yutong Industrial Zone, eighteen Li River, Henan, Zhengzhou Patentee before: Zhengzhou Yutong Bus Co., Ltd |