CN107215239A - 一种电动汽车电池充放电功率保护方法和系统 - Google Patents

一种电动汽车电池充放电功率保护方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车电池充放电功率保护方法和系统，通过限制电机的驱动功率和再生制动功率来防止电池的过充过放现象，从而避免高压电池充放电功率高于BMS(电池管理系统)界定值而导致电动汽车突然切断高压造成行车安全问题；本发明无需增加额外的硬件设备，不会增加汽车成本，同时保护了能源系统，保证了能源系统的使用寿命。

Description

一种电动汽车电池充放电功率保护方法和系统
技术领域
本发明涉及一种电动汽车电池充放电功率保护方法和系统，属于新能源汽车控制领域。
背景技术
目前，新能源汽车发展迅速并越来越受到消费者和车厂的关注。控制器、高压电池与驱动电机作为新能源汽车的三大件，彼此配合密切，对整车动力性、驾驶性以及安全性起到决定性的影响。目前，电动汽车在行车过程中，会出现电池过充或过放的现象，尤其当电池出现功率限制请求时，电池过充和过放比较严重。这种情况的存在不仅对电池寿命产生不良的影响，同时给整车的驾驶性和安全性带来十分重大的影响。
电池的充放电功率控制主要由BCU和VCU配合完成，BCU根据单体温度，单体电压等信息，实时计算出电池当前允许的最大充放电功率，并通过CAN网络发送给VCU。VCU通过CAN网络获取电池当前允许的充放电功率，结合车辆实际状态，计算出可用于电机系统使用的最大充放电功率。实际中由于电机效率、附件损耗、电机扭矩请求不合理等原因的影响，会导致电机实际功率偏高，出现电池过充或过放的现象。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电动汽车电池充放电功率保护方法和系统。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种电动汽车电池充放电功率保护方法，包括，
采集电池参数和BMS对电池的功率限制阈值Pb；其中，电池参数包括电池母线电压U、电池母线电流I、电池温度、电池SOC值和电池单体最大电压差；
根据电池SOC值、电池单体最大电压差、电池温度以及BMS对电池的功率限制阈值Pb，计算电池允许充放电功率Pr；
根据电池母线电压U和电池母线电流I，计算电池实际充放电功率；
计算电池实际充放电功率和电池允许充放电功率Pr之间的差值，将该差值依次经过线性过滤和闭环控制得到电池修正功率差Pm；
将除电机外其他高压附件额定功率累加得到高压附件功率Pe；
根据电池允许充放电功率Pr、高压附件功率Pe和电池修正功率差Pm，计算驱动电机时电机允许驱动功率Pd和制动能量回收时电池允许充电功率Pb。
计算电池允许充放电功率的过程为，
查询电池SOC值对应的允许最大充放电功率Psoc，查询电池温度对应的可充放电功率系数α，查询电池单体最大电压差对应的可充放电功率系数β，若α·β·Psoc＜Pb，则电池允许充放电功率Pr＝α·β·Psoc，若α·β·Psoc＞Pb，则电池允许充放电功率Pr＝Pb，若α·β·Psoc＝Pb，则电池允许充放电功率Pr＝Pb＝α·β·Psoc。
电池实际充放电功率Pa＝UI。
驱动电机时电机允许驱动功率Pd＝Pr-Pe+Pm，制动能量回收时电池允许充电功率Pb＝Pr+Pe+Pm。
一种电动汽车电池充放电功率保护系统，包括采集模块、电池允许充放电功率计算模块、电池实际充放电功率计算模块、电池修正功率差计算模块、高压附件功率计算模块和电机功率计算模块；
采集模块：采集电池参数和BMS对电池的功率限制阈值Pb；其中，电池参数包括电池母线电压U、电池母线电流I、电池温度、电池SOC值和电池单体最大电压差；
电池允许充放电功率计算模块：根据电池SOC值、电池单体最大电压差、电池温度以及BMS对电池的功率限制阈值Pb，计算电池允许充放电功率Pr；
电池实际充放电功率计算模块：根据电池母线电压U和电池母线电流I，计算电池实际充放电功率；
电池修正功率差计算模块：计算电池实际充放电功率和电池允许充放电功率Pr之间的差值，将该差值依次经过线性过滤和闭环控制得到电池修正功率差Pm；
高压附件功率计算模块：将除电机外其他高压附件额定功率累加得到高压附件功率Pe；
电机功率计算模块：根据电池允许充放电功率Pr、高压附件功率Pe和电池修正功率差Pm，计算驱动电机时电机允许驱动功率Pd和制动能量回收时电池允许充电功率Pb。。
计算电池允许充放电功率的过程为：
查询电池SOC值对应的允许最大充放电功率Psoc，查询电池温度对应的可充放电功率系数α，查询电池单体最大电压差对应的可充放电功率系数β，若α·β·Psoc＜Pb，则电池允许充放电功率Pr＝α·β·Psoc，若α·β·Psoc＞Pb，则电池允许充放电功率Pr＝Pb，若α·β·Psoc＝Pb，则电池允许充放电功率Pr＝Pb＝α·β·Psoc。
电池实际充放电功率Pa＝UI。
驱动电机时电机允许驱动功率Pd＝Pr-Pe+Pm，制动能量回收时电池允许充电功率Pb＝Pr+Pe+Pm。
本发明所达到的有益效果：本发明通过限制电机的驱动功率和再生制动功率来防止电池的过充过放现象，从而避免高压电池充放电功率高于BMS(电池管理系统)界定值而导致电动汽车突然切断高压造成行车安全的问题；同时本发明无需增加额外的硬件设备，不会增加汽车成本，同时保护了能源系统，保证了能源系统的使用寿命。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为电池允许充放电功率计算流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种电动汽车电池充放电功率保护方法，包括以下步骤：
步骤1，采集电池参数和BMS对电池的功率限制阈值Pb；其中，电池参数包括电池母线电压U、电池母线电流I、电池温度、电池SOC值和电池单体最大电压差。
步骤2，根据电池SOC值、电池单体最大电压差、电池温度以及BMS对电池的功率限制阈值Pb，计算电池允许充放电功率Pr。
如图2所示，计算电池允许充放电功率的过程为：
查询电池SOC值对应的允许最大充放电功率Psoc，查询电池温度对应的可充放电功率系数α，查询电池单体最大电压差对应的可充放电功率系数β，若α·β·Psoc＜Pb，则电池允许充放电功率Pr＝α·β·Psoc，若α·β·Psoc＞Pb，则电池允许充放电功率Pr＝Pb，若α·β·Psoc＝Pb，则电池允许充放电功率Pr＝Pb＝α·β·Psoc。
步骤3，根据电池母线电压U和电池母线电流I，计算电池实际充放电功率Pa＝UI。
步骤4，计算电池实际充放电功率Pa和电池允许充放电功率Pr之间的差值，将该差值依次经过线性过滤和闭环控制得到电池修正功率差Pm；
设定未出现过充过放现象时，电池实际充放电功率Pa和电池允许充放电功率Pr之间的差值为零，当电池出现过充或过放时，此差值为负值，将差值经过线性过滤只截取过充和过放时刻的数值(既是小于零时的数值)，随后将此值进行闭环控制(PI控制)，设定的比例系数和积分时间常数可根据电池额定电压和采样时间做相应调节，最终得到了修正功率差Pm。
步骤5，将除电机外其他高压附件额定功率累加得到高压附件功率Pe。
高压附件在每一款电动车除电机外是不同的，其中空调、PTC、DCDC是不可忽略的，在此只考虑这三个高压元器件在使用时的功率，既将三者的额定功率相加得到高压元器件功率Pe。当然Pe的数值不是一成不变的，他的具体数值要考虑不同时刻下这三个高压元器件具体工作状态。
步骤6，根据电池允许充放电功率Pr、高压附件功率Pe和电池修正功率差Pm，计算驱动电机时电机允许驱动功率Pd和制动能量回收时电池允许充电功率Pb。
电机为驱动模式时，电机在消耗电池功率，因此电机允许驱动功率Pd＝Pr-Pe+Pm。
电机处于再生制动模式(制动能量回收)时，电机是在增加电池功率，因此电池允许充电功率Pb＝Pr+Pe+Pm。
因为有修正功率差Pm参与到电机允许功率(Pd和Pb)计算之中，因此每时刻的允许功率计算受到了上一时刻实际功率的修正，从而达到了电机允许功率的闭环控制，持续有效的对电池充放电系统做着限制与规划。
一种电动汽车电池充放电功率保护系统，包括采集模块、电池允许充放电功率计算模块、电池实际充放电功率计算模块、电池修正功率差计算模块、高压附件功率计算模块和电机功率计算模块。
各模块功能如下：
采集模块：采集电池参数和BMS对电池的功率限制阈值Pb；其中，电池参数包括电池母线电压U、电池母线电流I、电池温度、电池SOC值和电池单体最大电压差；
电池允许充放电功率计算模块：根据电池SOC值、电池单体最大电压差、电池温度以及BMS对电池的功率限制阈值Pb，计算电池允许充放电功率Pr；
电池实际充放电功率计算模块：根据电池母线电压U和电池母线电流I，计算电池实际充放电功率；
电池修正功率差计算模块：计算电池实际充放电功率和电池允许充放电功率Pr之间的差值，将该差值依次经过线性过滤和闭环控制得到电池修正功率差Pm；
高压附件功率计算模块：将除电机外其他高压附件额定功率累加得到高压附件功率Pe；
电机功率计算模块：根据电池允许充放电功率Pr、高压附件功率Pe和电池修正功率差，计算驱动电机时电机允许驱动功率Pd和制动能量回收时电池允许充电功率Pb。
本发明通过限制电机的驱动功率和再生制动功率来防止电池的过充过放现象，从而避免高压电池充放电功率高于BMS(电池管理系统)界定值而导致电动汽车突然切断高压造成行车安全的问题；同时本发明无需增加额外的硬件设备，不会增加汽车成本，同时保护了能源系统，保证了能源系统的使用寿命。
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 (8)

1.一种电动汽车电池充放电功率保护方法，其特征在于：
采集电池参数和BMS对电池的功率限制阈值Pb；其中，电池参数包括电池母线电压U、电池母线电流I、电池温度、电池SOC值和电池单体最大电压差；
根据电池SOC值、电池单体最大电压差、电池温度以及BMS对电池的功率限制阈值Pb，计算电池允许充放电功率Pr；
根据电池母线电压U和电池母线电流I，计算电池实际充放电功率；
计算电池实际充放电功率和电池允许充放电功率Pr之间的差值，将该差值依次经过线性过滤和闭环控制得到电池修正功率差Pm；
将除电机外其他高压附件额定功率累加得到高压附件功率Pe；
根据电池允许充放电功率Pr、高压附件功率Pe和电池修正功率差Pm，计算驱动电机时电机允许驱动功率Pd和制动能量回收时电池允许充电功率Pb。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池充放电功率保护方法，其特征在于：计算电池允许充放电功率的过程为，
查询电池SOC值对应的允许最大充放电功率Psoc，查询电池温度对应的可充放电功率系数α，查询电池单体最大电压差对应的可充放电功率系数β，若α·β·Psoc＜Pb，则电池允许充放电功率Pr＝α·β·Psoc，若α·β·Psoc＞Pb，则电池允许充放电功率Pr＝Pb，若α·β·Psoc＝Pb，则电池允许充放电功率Pr＝Pb＝α·β·Psoc。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池充放电功率保护方法，其特征在于：电池实际充放电功率Pa＝UI。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池充放电功率保护方法，其特征在于：驱动电机时电机允许驱动功率Pd＝Pr-Pe+Pm，制动能量回收时电池允许充电功率Pb＝Pr+Pe+Pm。
5.一种电动汽车电池充放电功率保护系统，其特征在于：包括采集模块、电池允许充放电功率计算模块、电池实际充放电功率计算模块、电池修正功率差计算模块、高压附件功率计算模块和电机功率计算模块；
采集模块：采集电池参数和BMS对电池的功率限制阈值Pb；其中，电池参数包括电池母线电压U、电池母线电流I、电池温度、电池SOC值和电池单体最大电压差；
电池允许充放电功率计算模块：根据电池SOC值、电池单体最大电压差、电池温度以及BMS对电池的功率限制阈值Pb，计算电池允许充放电功率Pr；
电池实际充放电功率计算模块：根据电池母线电压U和电池母线电流I，计算电池实际充放电功率；
电池修正功率差计算模块：计算电池实际充放电功率和电池允许充放电功率Pr之间的差值，将该差值依次经过线性过滤和闭环控制得到电池修正功率差Pm；
高压附件功率计算模块：将除电机外其他高压附件额定功率累加得到高压附件功率Pe；
电机功率计算模块：根据电池允许充放电功率Pr、高压附件功率Pe和电池修正功率差Pm，计算驱动电机时电机允许驱动功率Pd和制动能量回收时电池允许充电功率Pb。
6.根据权利要求5所述的一种电动汽车电池充放电功率保护系统，其特征在于：计算电池允许充放电功率的过程为，
查询电池SOC值对应的允许最大充放电功率Psoc，查询电池温度对应的可充放电功率系数α，查询电池单体最大电压差对应的可充放电功率系数β，若α·β·Psoc＜Pb，则电池允许充放电功率Pr＝α·β·Psoc，若α·β·Psoc＞Pb，则电池允许充放电功率Pr＝Pb，若α·β·Psoc＝Pb，则电池允许充放电功率Pr＝Pb＝α·β·Psoc。
7.根据权利要求5所述的一种电动汽车电池充放电功率保护系统，其特征在于：电池实际充放电功率Pa＝UI。
8.根据权利要求5所述的一种电动汽车电池充放电功率保护系统，其特征在于：驱动电机时电机允许驱动功率Pd＝Pr-Pe+Pm，制动能量回收时电池允许充电功率Pb＝Pr+Pe+Pm。
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