CN105904990B - 适用电动车驱动系统的能量管理方法、装置及系统 - Google Patents

适用电动车驱动系统的能量管理方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用电动车驱动系统的能量管理方法、装置及系统。所述包括：获取电机的三相绕组的瞬时相位、瞬时电流；利用所述瞬时相位与所述瞬时电流计算一个电周期内所述电机的电扭矩的平均值；判断所述平均值的正负，以根据预设能量管理算法向电池输出控制信号实现能量管理。本发明提供的能量管理装置与系统都基于上文所述的能量管理方法实现。本发明能够实现对电池充电与放心过程进行管理，从而提高能量利用效率。

Description

适用电动车驱动系统的能量管理方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及电动车驱动技术领域，尤其涉及一种适用电动车驱动系统的能量管理方法及装置。
背景技术
随着城市空气污染的日益严重，节能环保的电动车越来越受到重视，并逐渐作为汽车企业发展的重点。现有的纯电动车在行驶过程中虽然能够实现空气污染物的零排放，但是，纯电动车的续驶里程少以及动力电池充电耗费的时间长，严重制约着纯电动车的推广。
为提高电动车的续驶里程，降低污染，有些电动车将动能回收对实现对电池充电，从而延长电动车的行驶里程。但是动能回复需要单独设计相应的模块，再加之之前的驱动力控制模块以及制动力控制模块，使得电动车在控制过程中不能形成统一的管理，从而使能量造成不同程度的浪费。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种适用电动车驱动系统的能量管理方法、装置及系统，可以在不同工况情况下统一管理电池能量，以实现在不同工作阶段内能量管理的无缝连接。
第一方面，本发明提供了一种适用电动车驱动系统的能量管理方法，包括：
获取电机的三相绕组的瞬时相位、瞬时电流；
利用所述瞬时相位与所述瞬时电流计算一个电周期内所述电机的电扭矩的平均值；
判断所述平均值的正负，以根据预设能量管理算法向电池输出控制信号实现能量管理。
可选地，所述判断所述平均值的正负，以根据预设能量管理算法向电池输出控制信号实现能量管理的步骤包括：
当所述平均值为正值时，所述电机处于驱动状态，此时输出第一控制信号以使电池输出能量以驱动所述电机工作；当所述平均值为负值时，所述电机处于制动状态，此时输出第二控制信号以向所述电池充电。
可选地，当仅有油门踏板工作时，所述平均值与油门踏板的深度成正比；当仅有制动踏板工作时，所述平均值的绝对值与制动踏板的深度成正比。
可选地，当所述平均值为负值时，所述电机处于制动状态，此时输出第二控制信号以向所述电池充电的步骤包括：
获取直流母线的电压与所述电池的电压；
若所述直流母线的电压高于所述电池的电压则输出第三控制信号，以使所述直流母线的电压在预设范围内对所述电池进行充电。
可选地，所述利用所述瞬时相位与所述瞬时电流计算一个电周期内所述电机的电扭矩的平均值的步骤中利用以下公式获取所述平均值：
式中，Q为平均值；iu(t)、iv(t)、iw(t)分别是流过U、V、W绕组的瞬时电流；θ为检测的转子电角度；T为电周期。
第二方面，本发明实施例还提供了一种适用电动车驱动系统的能量管理装置，包括：
数据采集模块，用于获取电机的三相绕组的瞬时相位、瞬时电流；
扭矩平均值获取模块，用于利用所述瞬时相位与所述瞬时电流计算一个电周期内所述电机的电扭矩的平均值；
能量管理模块，用于判断所述平均值的正负，以根据预设能量管理算法向电池输出控制信号实现能量管理。
可选地，所述能量管理模块用于执行以下步骤：
当所述平均值为正值时，所述电机处于驱动状态，此时输出第一控制信号以使电池输出能量以驱动所述电机工作；当所述平均值为负值时，所述电机处于制动状态，此时输出第二控制信号以向所述电池充电。
可选地，所述能量管理模块还用于：
获取直流母线的电压与所述电池的电压；
若所述直流母线的电压高于所述电池的电压则输出第三控制信号，以使所述直流母线的电压在预设范围内对所述电池进行充电。
可选地，所述扭矩平均值获取模块利用以下公式获取所述平均值：
式中，Q为平均值；iu(t)、iv(t)、iw(t)分别是流过U、V、W绕组的瞬时电流；θ为检测的转子电角度；T为电周期。
第三方面，本发明实施例还提供了一种适用电动车驱动系统的能量管理系统，所述系统包括如上文所述的能量管理装置、油门踏板深度获取模块、制动踏板深度获取模块、电流检测单元、转子位置检测单元；其中，
所述能量管理装置获取电机的三相绕组的瞬时相位、瞬时电流；然后利用所述瞬时相位与所述瞬时电流计算一个电周期内所述电机的电扭矩的平均值；再判断所述平均值的正负，以根据预设能量管理算法向电池输出控制信号实现能量管理；
当所述平均值为正值时，所述电机处于驱动状态，此时输出第一控制信号以使电池输出能量以驱动所述电机工作；当所述平均值为负值时，所述电机处于制动状态，此时输出第二控制信号以向所述电池充电；
所述油门踏板深度获取模块采集所述油门踏板的深度以及所述制动踏板深度获取模块采集所述制动踏板的深度发送给所述能量管理模块，所述能量管理模块根据油门踏板的深度或制动踏板的深度以及所述电机的电扭矩的平均值调节所述电机的输入电压，以使所述平均值的绝对值与所述油门踏板的深度或所述制动踏板的深度成正比例关系。
由上述技术方案可知，本发明提供了通过获取电机的三相绕组的瞬时相位、瞬时电流；利用所述瞬时相位与所述瞬时电流计算一个电周期内所述电机的电扭矩的平均值；判断所述平均值的正负，以根据预设能量管理算法向电池输出控制信号实现能量管理。本发现通过获取一个电周期的电扭矩的平均值结合油门踏板与制动踏板的深度，控制输入电机的输入电压，从而实现对电池充电与放电的管理，即形成了以用户需求为目标的单一控制模块，对电池能量统一管理，提高电池能量的利用率。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种适用电动车驱动系统的能量管理方法流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种适用电动车驱动系统的能量管理装置框图；
图3是本发明实施例提供的一种适用电动车驱动系统的能量管理系统框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一方面，本发明提供了一种适用电动车驱动系统的能量管理方法，如图1所示，包括：
S1、获取电机的三相绕组的瞬时相位、瞬时电流；
S2、利用所述瞬时相位与所述瞬时电流计算一个电周期内所述电机的电扭矩的平均值；
S3、判断所述平均值的正负，以根据预设能量管理算法向电池输出控制信号实现能量管理。
实际应用中当永磁电机制作完成后，B(θ)(转子的磁能量)也被确定，即电机的三个绕组的磁能量分别为：B(θ)、 那么可以获取到每个绕组的瞬时扭矩为：
Qu(t)＝B(θ)*iu(t)；
式中，Qu(t)、Qv(t)、Qw(t)分别是U、V、W绕组的瞬时扭矩；iu(t)、iv(t)、iw(t)分别是流过U、V、W绕组的瞬时电流；θ为检测的转子电角度。
然后根据三个绕组的瞬时扭矩计算电机的总瞬时电扭矩为：
Qt＝Qu(t)+Qv(t)+Qw(t)。
实际应用中，电机采用三相对称驱动方式，但是仍然不能满足Qu(t)+Qv(t)+Qw(t)＝常量，因此需要取一个电周期的平均值Q作为电机电扭矩，即：
式中，T为电周期。
当平均值Q为正值时，电机的电扭矩的平均值与转向相同，此时电机处于驱动状态，发出第一控制信号以使电池输出能量以驱动电机工作。当平均值Q为负值时，电机的电扭矩的平均值与转向相反，此时电机处于制动状态，输出第二控制信号以向电池充电。
实际应用中，电机在制动状态时通过直流母线与电池充电时，直流母线电压会升高，因此需要输出第三控制信号将该直流母线的电压限制在预设范围内后再对电池充电。
实际应用中，用户通过油门踏板与制动踏板控制电动车，为此本发明实施例中将油门踏板的深度与制动踏板的深度与电机的电扭矩的平均值Q联系起来。例如，仅有油门踏板作用时，控制输入到电机的电压，使得平均值Q与油门踏板深度成正比。制动踏板作用时，控制输入到电机的电压，使得平均值Q为负值且该平均值Q的绝对值与制动踏板深度成正比。当油门踏板与制动踏板同时工作时，以制动踏板为准，并根据制动踏板的深度调节电机的电扭矩的平均值。
可见，本发明通过获取油门踏板的深度或者制动踏板的深度确定电机的电扭矩的平均值，并根据该平均值的正负实现对电池能量的管理，无需分各种工况对电池进行管理，从而可以实现在各种工况下无突变的无缝连接。另外，通过回收动能，可以提高电池的续航时间，提高电动车的里程。
第二方面，本发明实施例还提供了一种适用电动车驱动系统的能量管理装置，如图2所示，包括：
数据采集模块M1，用于获取电机的三相绕组的瞬时相位、瞬时电流；
扭矩平均值获取模块M2，用于利用所述瞬时相位与所述瞬时电流计算一个电周期内所述电机的电扭矩的平均值；
能量管理模块M3，用于判断所述平均值的正负，以根据预设能量管理算法向电池输出控制信号实现能量管理。
所述能量管理模块用于执行以下步骤：
当所述平均值为正值时，所述电机处于驱动状态，此时输出第一控制信号以使电池输出能量以驱动所述电机工作；当所述平均值为负值时，所述电机处于制动状态，此时输出第二控制信号以向所述电池充电。
可选地，本发明实施例中能量管理模块M3还用于：
获取直流母线的电压与所述电池的电压；
若所述直流母线的电压高于所述电池的电压则输出第三控制信号，以使所述直流母线的电压在预设范围内对所述电池进行充电。
可选地，本发明实施例中扭矩平均值获取模块M2利用以下公式获取所述平均值：
式中，Q为平均值；iu(t)、iv(t)、iw(t)分别是流过U、V、W绕组的瞬时电流；θ为检测的转子电角度；T为电周期。
第三方面，本发明实施例还提供了一种适用电动车驱动系统的能量管理系统，如图3所示，包括：包括如上文所述的能量管理装置1、油门踏板深度获取模块2、制动踏板深度获取模块3；能量管理装置1包括数据采集模块11，且该数据采集模块包括电流检测单元111、转子位置检测单元112；其中，
能量管理装置1获取电机M的三相绕组的瞬时相位、瞬时电流；然后利用瞬时相位与所述瞬时电流计算一个电周期内电机的电扭矩的平均值Q；再判断上述平均值Q的正负，以根据预设能量管理算法向电池输出控制信号实现能量管理；
当平均值Q为正值时，电机处于驱动状态，此时输出第一控制信号以使电池(图中未求出)输出能量以驱动电机M工作；当平均值Q为负值时，电机M处于制动状态，此时输出第二控制信号以向电池充电；
油门踏板深度获取模块2采集油门踏板的深度以及制动踏板深度获取模块3采集制动踏板的深度发送给能量管理模块1，能量管理模块1根据油门踏板的深度或制动踏板的深度以及电机的电扭矩的平均值Q调节电机M的输入电压，以使平均值Q与油门踏板的深度成正比例关系以及平均值Q的绝对值与制动踏板的深度成正比例关系。
另外，本发明提供的能量管理系统还包括电池充电保护模块14，该电池充电保护模块14与电机输入电压模块13相连接，用于在直流母线电压高于电池电压时将直流母线电压限定在预设范围之内再对电池进行充电，从而保护电池。该系统还包括电池放电保护模块15，该电池放电保护模块15与电机输入电压模块13相连接，用于在电池放电过程中控制电池的电压不超过预设电压。
电机输入电压模块13根据油门踏板深度或者制动踏板深度以及扭矩平均值调节电机的输入电机，将通过电机驱动柜16实现对电机M的驱动。
由上可以看出，本发明实施例提供的适用电动车驱动系统的能量管理装置以及适用电动车驱动系统的能量管理系统都是基于上文所述的适用电动车驱动系统的能量管理方法实现的，因而可以解决同样的技术问题，并取得相同的技术效果，在此不再一一赘述。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (7)

1.一种适用电动车驱动系统的能量管理方法，其特征在于，包括：
获取电机的三相绕组的瞬时相位、瞬时电流；
利用所述瞬时相位与所述瞬时电流计算一个电周期内所述电机的电扭矩的平均值；
判断所述平均值的正负，以根据预设能量管理算法向电池输出控制信号实现能量管理；
所述判断所述平均值的正负，以根据预设能量管理算法向电池输出控制信号实现能量管理的步骤包括：
当所述平均值为正值时，所述电机处于驱动状态，此时输出第一控制信号以使电池输出能量以驱动所述电机工作；当所述平均值为负值时，所述电机处于制动状态，此时输出第二控制信号以向所述电池充电；
当仅有油门踏板工作时，所述平均值与油门踏板的深度成正比；当仅有制动踏板工作时，所述平均值的绝对值与制动踏板的深度成正比。
2.根据权利要求1所述的能量管理方法，其特征在于，当所述平均值为负值时，所述电机处于制动状态，此时输出第二控制信号以向所述电池充电的步骤包括：
获取直流母线的电压与所述电池的电压；
若所述直流母线的电压高于所述电池的电压则输出第三控制信号，以使所述直流母线的电压在预设范围内对所述电池进行充电。
3.根据权利要求1所述的能量管理方法，其特征在于，所述利用所述瞬时相位与所述瞬时电流计算一个电周期内所述电机的电扭矩的平均值的步骤中利用以下公式获取所述平均值：
式中，Q为平均值；iu(t)、iv(t)、iw(t)分别是流过U、V、W绕组的瞬时电流；θ为检测的转子电角度；T为电周期。
4.一种适用电动车驱动系统的能量管理装置，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于获取电机的三相绕组的瞬时相位、瞬时电流；
扭矩平均值获取模块，用于利用所述瞬时相位与所述瞬时电流计算一个电周期内所述电机的电扭矩的平均值；
能量管理模块，用于判断所述平均值的正负，以根据预设能量管理算法向电池输出控制信号实现能量管理；
所述能量管理模块用于执行以下步骤：当所述平均值为正值时，所述电机处于驱动状态，此时输出第一控制信号以使电池输出能量以驱动所述电机工作；当所述平均值为负值时，所述电机处于制动状态，此时输出第二控制信号以向所述电池充电。
5.根据权利要求4所述的能量管理装置，其特征在于，所述能量管理模块还用于：获取直流母线的电压与所述电池的电压；
若所述直流母线的电压高于所述电池的电压则输出第三控制信号，以使所述直流母线的电压在预设范围内对所述电池进行充电。
6.根据权利要求4所述的能量管理装置，其特征在于，所述扭矩平均值获取模块利用以下公式获取所述平均值：
式中，Q为平均值；iu(t)、iv(t)、iw(t)分别是流过U、V、W绕组的瞬时电流；θ为检测的转子电角度；T为电周期。
7.一种适用电动车驱动系统的能量管理系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求4～6任一项所述的能量管理装置、油门踏板深度获取模块、制动踏板深度获取模块、电流检测单元、转子位置检测单元；其中，
所述能量管理装置获取电机的三相绕组的瞬时相位、瞬时电流；然后利用所述瞬时相位与所述瞬时电流计算一个电周期内所述电机的电扭矩的平均值；再判断所述平均值的正负，以根据预设能量管理算法向电池输出控制信号实现能量管理；
当所述平均值为正值时，所述电机处于驱动状态，此时输出第一控制信号以使电池输出能量以驱动所述电机工作；当所述平均值为负值时，所述电机处于制动状态，此时输出第二控制信号以向所述电池充电；
所述油门踏板深度获取模块采集所述油门踏板的深度以及所述制动踏板深度获取模块采集所述制动踏板的深度发送给所述能量管理模块，所述能量管理模块根据油门踏板的深度或制动踏板的深度以及所述电机的电扭矩的平均值调节所述电机的输入电压，以使所述平均值的绝对值与所述油门踏板的深度或所述制动踏板的深度成正比例关系。
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