CN108583583B - 混合动力汽车电池管理系统通讯故障判定及处理方法 - Google Patents

混合动力汽车电池管理系统通讯故障判定及处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种混合动力汽车电池管理系统通讯故障判定及处理方法，首先HCU的电池数据处理模块根据能否接收BMS发出的数据信号判定通讯是否正常，若判定通讯故障，HCU开始记录通讯故障持续时间，HCU的电池数据处理模块实时接收EMS、PEU、空调控制器、油泵控制器和DCDC控制器发出的数据信号，并根据接收到的数据计算通讯故障后的P＇bat_actl、SOC＇，若HCU判断通讯故障持续时间小于T1，则线性查表差值计算得到通讯故障后的P＇bat_chg和P＇bat_dchg，HCU的电池数据处理模块将相应数据传递至HCU的功率分流及电池保护控制模块执行；否则HCU控制P＇bat_chg、P＇bat_dchg、P＇bat_actl降低至一定数值，混合动力汽车进入电池零功率模式运行。本发明方法简单可行，安全性较高。

Description

混合动力汽车电池管理系统通讯故障判定及处理方法
技术领域
本发明涉及一种故障判定及处理方法，特别涉及一种混合动力汽车电池管理系统通讯故障判定及处理方法。
背景技术
能源与环境是当今世界面临的重要问题，混合动力汽车利用多种形式的能量联合驱动汽车行驶，能够有效实现节能减排的效果。混合动力汽车工作过程中，整车控制器负责根据驾驶需求以及电池、电机和发动机等部件的状态合理分配其使用功率，电池管理系统负责计算电池荷电状态SOC(State Of Charge)、充放电功率限值和实际功率等电池数据，对整车控制器的扭矩控制、功率分配和能量管理有重要作用。整车控制器和电池管理系统之间通过CAN通讯方式进行数据传输，在汽车行驶过程中，电池管理系统有可能会发生CAN通讯故障，使得整车控制器不能正常接收到电池管理系统的实时数据信号。在整车控制器无法正常接收到电池管理系统的实时数据即电池管理系统出现通讯故障时，现有的做法是：整车控制器仍然保持之前接收到的电池数据不变继续执行功率分配等，直至电池管理系统通讯恢复正常或者停车下电，这样的做法将影响着车辆的安全行驶性，对驾乘人员的安全性存在一定隐患。
发明内容
本发明旨在提供一种混合动力汽车电池管理系统通讯故障判定及处理方法，方法简单可行，可保证车辆动力系统在一段时间内安全、稳定运行或者逐步停止工作，避免车辆失控，提高车辆安全性。
本发明通过以下方案实现：
一种混合动力汽车电池管理系统通讯故障判定及处理方法，混合动力汽车控制系统包括整车控制器、电池管理系统、发动机管理系统、电机控制器、空调控制器、油泵控制器和DCDC控制器，所述电池管理系统、发动机管理系统、电机控制器、空调控制器、油泵控制器和DCDC控制器分别与整车控制器之间采用CAN通讯方式传输数据信号，按以下步骤进行：
S1:整车控制器的电池数据处理模块每隔一定时间T0接收电池管理系统发出的数据信号，在N个通讯周期内，N为3～5，若整车控制器的电池数据处理模块能接收到电池管理系统发出的数据信号，则判定电池管理系统通讯正常，整车控制器的电池数据处理模块根据实时接收到的电池电压和电池电流相乘计算得到电池实际功率Pbat_actl并将电池实际功率Pbat_actl及实时接收到的电池荷电状态SOC、电池允许充电功率Pbat_chg和电池允许放电功率Pbat_dchg传递至整车控制器的功率分流及电池保护控制模块执行；若整车控制器的电池数据处理模块不能接收到电池管理系统发出的数据信号，则判定电池管理系统通讯故障，整车控制器开始记录电池管理系统通讯故障的持续时间T并按步骤S2执行，直到电池管理系统通讯恢复正常；
S2：整车控制器的电池数据处理模块实时接收发动机管理系统、电机控制器、空调控制器、油泵控制器和DCDC控制器发出的数据信号并根据公式(1)计算电池管理系统通讯故障后的电池实际功率P＇bat_actl、根据公式(2)计算电池管理系统通讯故障后的电池荷电状态SOC＇，
P＇bat_actl＝PE1_actl+PE2_actl+PAC+Ppump+Pdc…………………………(1)，
SOC＇＝SOCmem－(Ebat_delta/Ebat_total)×100％……………………(2)，
其中，PE1_actl为第一电机的实际功率；PE2_actl为第二电机的实际功率；PAC为空调的实际功率；Ppump为油泵的实际功率；Pdc为DCDC的实际功率；SOCmem为电池管理系统通讯故障前整车控制器的电池数据处理模块获取的最后一次的电池荷电状态；Ebat_delta为电池管理系统通讯故障后的电池电量变化，Ebat_delta根据公式(3)计算得到；Ebat_total为电池总电量，电池总电量Ebat_total可根据电池管理系统通讯故障前整车控制器的电池数据处理模块获取的最后一次的电池平均温度Tempmem、电池管理系统通讯故障前整车控制器的电池数据处理模块获取的最后一次的电池健康状态SOHmem二维线性查表计算得到，其对应的二维表数据通过电池的特性试验获得并且预存在整车控制器中；
Ebat_delta＝∫P＇bat_actl dt………………………………………………(3)，
若整车控制器判断电池管理系统通讯故障的持续时间小于等于T1，则整车控制器的电池数据处理模块根据电池管理系统通讯故障前获取的最后一次的电池平均温度Tempmem和电池管理系统通讯故障后的电池荷电状态SOC＇线性查表差值计算得到电池管理系统通讯故障后的电池允许充电功率P＇bat_chg和电池允许放电功率P＇bat_dchg，整车控制器的电池数据处理模块将电池管理系统通讯故障后的电池实际功率P＇bat_actl、电池荷电状态SOC＇、电池允许充电功率P＇bat_chg和电池允许放电功率P＇bat_dchg传递至整车控制器的功率分流及电池保护控制模块执行；
若整车控制器判断电池管理系统通讯故障的持续时间大于T1，则整车控制器的电池数据处理模块控制电池管理系统通讯故障后的电池允许充电功率P＇bat_chg以一定速率△V1增加至-3KW以上并控制电池管理系统通讯故障后的电池允许放电功率P＇bat_dchg以一定速率△V2降低至3KW以下，其中△V1、△V2的取值范围均为1～5kw/s，即混合动力驱动系统进入电池零功率模式，同时整车控制器的功率分流及电池保护控制模块控制电池管理系统通讯故障后的电池实际功率P＇bat_actl在电池管理系统通讯故障后的电池允许充电功率P＇bat_chg和电池允许放电功率P＇bat_dchg之间，以实现对电池的保护控制。
所述步骤S2中，T1的取值范围可根据实际情况进行设定，一般情况下，T1的取值范围优选为3s～10s。
电池管理系统BMS向整车控制器HCU的电池数据处理模块发送电池电荷状态SOC、电池工作电压Ubat、电池工作电流Ibat、电池允许充电功率Pbat_chg、电池允许放电功率Pbat_dchg、电池平均温度Temp、电池健康状态SOH。
发动机管理系统EMS向整车控制器HCU的电池数据处理模块发送发动机实际扭矩TVM、发动机实际转速nVM。
电机控制器PEU向整车控制器HCU的电池数据处理模块发送第一电机的实际扭矩TE1、第一电机的实际转速nE1、第一电机的工作电压UE1、第一电机的工作电流IE1、第二电机的实际扭矩TE2、第二电机的实际转速nE2、第二电机的工作电压UE2、第二电机的工作电流IE2。
空调控制器向整车控制器HCU的电池数据处理模块发送空调的实际功率PAC，油泵控制器向整车控制器HCU的电池数据处理模块发送油泵的实际功率Ppump，DCDC控制器向整车控制器HCU的电池数据处理模块发送DCDC的实际功率Pdc。
整车控制器HCU的电池数据处理模块用于对获得数据的分析和处理，整车控制器HCU的功率分流及电池保护控制模块用于对整车的需求功率进行分配，并根据整车控制器HCU的电池数据处理模块提供的电池荷电状态、电池允许充电功率和电池允许放电功率对电池进行保护控制。
进一步地，所述步骤S2中，第一电机的实际功率PE1_actl可根据公式(4)或(5)计算得到，第二电机的实际功率PE2_actl根据公式(6)或(7)计算得到，
PE1_actl＝UE1×IE1…………………………………………………(4)，
PE1_actl＝nE1×TE1/(9550×ηE1)…………………………………(5)，
PE2_actl＝UE2×IE2…………………………………………………(6)，
PE2_actl＝nE2×TE2/(9550×ηE2)…………………………………(7)，
其中，UE1为第一电机的工作电压，UE2为第二电机的工作电压，IE1为第一电机的工作电流，IE2为第二电机的工作电流，nE1为第一电机的实际转速，nE2为第二电机的实际转速，TE1为第一电机的实际扭矩，TE2为第二电机的实际扭矩，ηE1为第一电机的工作效率，ηE2为第二电机的工作效率。
第一电机的工作效率ηE1可根据第一电机的实际转速nE1、第一电机的实际扭矩TE1二维线性查表计算得到，其对应的二维表数据通过第一电机的特性试验获得并且预存在整车控制器中；第二电机的工作效率ηE2可根据第二电机的实际转速nE2、第二电机的实际扭矩TE2二维线性查表计算得到，其对应的二维表数据通过第二电机的特性试验获得并且预存在整车控制器中。
所述步骤S2中，第一电机的实际功率PE1_actl与第二电机的实际功率PE2_actl之和也可按公式(8)计算得到，
PE1_actl+PE2_actl＝(nHo×THo－nVM×TVM)/(9550×ηsys)……(8)，
其中，nHo为变速器输出轴转速，THo为变速器输出轴扭矩，nVM为发动机实际转速，TVM为发动机实际扭矩，ηsys为混合动力变速箱的工作效率。
变速器输出轴转速nHo可根据车速等相应测得，变速器输出轴扭矩THo可由驾驶员驾驶需求决定。系统效率ηsys可根据变速器输出轴转速nHo、变速器输出轴扭矩THo二维线性查表计算得到，其对应的二维表数据通过变速器的特性试验获得并且预存在整车控制器中。
进一步地，所述步骤S1中，时间T0为10ms～50ms。
本发明的混合动力汽车电池管理系统通讯故障判定及处理方法，方法简单、可行，不需要额外增加硬件，实用性较强；在电池管理系统发生通讯故障时，整车控制器采取相应的处理策略，在电池管理系统通讯故障持续时间小于T1时，整车控制器的电池数据处理模块采用PEU等其它控制器的实时数据和BMS通讯故障前的最后一次数据，计算相应的数据并进行控制，可以有效避免电池管理系统BMS通讯故障影响车辆行驶，保证混合动力汽车在一段时间内安全、稳定运行；在电池管理系统通讯故障持续时间大于T1时，整车控制器逐渐降低电池管理系统BMS通讯故障后的电池允许充放电功率及电池实际功率，使混合动力汽车进入电池零功率模式，避免长时间利用电池充放电导致的安全风险，避免车辆失控，保证车辆驾驶安全性。
附图说明
图1为混合动力汽车控制系统框图；
图2为实施例1中混合动力汽车电池管理系统通讯故障判定及处理流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。
如图1所示，混合动力汽车控制系统包括整车控制器HCU、电池管理系统BMS、发动机管理系统EMS、电机控制器PEU、空调控制器、油泵控制器和DCDC控制器，混合动力汽车控制系统包括整车控制器、电池管理系统、发动机管理系统、电机控制器、空调控制器、油泵控制器和DCDC控制器，所述电池管理系统、发动机管理系统、电机控制器、空调控制器、油泵控制器和DCDC控制器分别与整车控制器之间采用CAN通讯方式传输数据信号。
电池管理系统BMS向整车控制器HCU的电池数据处理模块发送电池电荷状态SOC、电池工作电压Ubat、电池工作电流Ibat、电池允许充电功率Pbat_chg、电池允许放电功率Pbat_dchg、电池平均温度Temp、电池健康状态SOH。
发动机管理系统EMS向整车控制器HCU的电池数据处理模块发送发动机实际扭矩TVM、发动机实际转速nVM。
电机控制器PEU向整车控制器HCU的电池数据处理模块发送第一电机的实际扭矩TE1、第一电机的实际转速nE1、第一电机的工作电压UE1、第一电机的工作电流IE1、第二电机的实际扭矩TE2、第二电机的实际转速nE2、第二电机的工作电压UE2、第二电机的工作电流IE2。
空调控制器向整车控制器HCU的电池数据处理模块发送空调的实际功率PAC，油泵控制器向整车控制器HCU的电池数据处理模块发送油泵的实际功率Ppump，DCDC控制器向整车控制器HCU的电池数据处理模块发送DCDC的实际功率Pdc。
整车控制器HCU的电池数据处理模块用于对获得数据的分析和处理，整车控制器HCU的功率分流及电池保护控制模块用于对整车的需求功率进行分配，并根据整车控制器HCU的电池数据处理模块提供电池荷电状态、电池允许充电功率和电池允许放电功率对电池进行保护控制。
实施例1
一种混合动力汽车电池管理系统通讯故障判定及处理方法，其判定及处理流程如图2所示，具体按以下步骤进行：
S1:整车控制器的电池数据处理模块每隔一定时间T0接收电池管理系统发出的数据信号，T0为10ms～50ms，在N个通讯周期内，N为3～5，若整车控制器的电池数据处理模块能接收到电池管理系统发出的数据信号，则判定电池管理系统通讯正常，整车控制器的电池数据处理模块根据实时接收到的电池工作电压和电池工作电流相乘计算得到电池实际功率Pbat_actl并将电池实际功率Pbat_actl及实时接收到的电池荷电状态SOC、电池允许充电功率Pbat_chg和电池允许放电功率Pbat_dchg传递至整车控制器的功率分流及电池保护控制模块执行；若整车控制器的电池数据处理模块不能接收到电池管理系统发出的数据信号，则判定电池管理系统通讯故障，整车控制器开始记录电池管理系统通讯故障的持续时间T并按步骤S2执行，直到电池管理系统通讯恢复正常；
S2：整车控制器的电池数据处理模块实时接收发动机管理系统、电机控制器、空调控制器、油泵控制器和DCDC控制器发出的数据信号并根据公式(1)计算电池管理系统通讯故障后的电池实际功率P＇bat_actl、根据公式(2)计算电池管理系统通讯故障后的电池荷电状态SOC＇，
P＇bat_actl＝PE1_actl+PE2_actl+PAC+Ppump+Pdc…………………………(1)，
SOC＇＝SOCmem－(Ebat_delta/Ebat_total)×100％……………………(2)，
其中，PE1_actl为第一电机的实际功率；PE2_actl为第二电机的实际功率；PAC为空调的实际功率；Ppump为油泵的实际功率；Pdc为DCDC的实际功率；SOCmem为电池管理系统通讯故障前整车控制器的电池数据处理模块获取的最后一次的电池荷电状态；Ebat_delta为电池管理系统通讯故障后的电池电量变化，Ebat_delta根据公式(3)计算得到；Ebat_total为电池总电量；
Ebat_delta＝∫P＇bat_actl dt…………………………………………(3)，
第一电机的实际功率PE1_actl可根据公式(4)或(5)计算得到，第二电机的实际功率PE2_actl根据公式(6)或(7)计算得到，
PE1_actl＝UE1×IE1…………………………………………………(4)，
PE1_actl＝nE1×TE1/(9550×ηE1)…………………………………(5)，
PE2_actl＝UE2×IE2…………………………………………………(6)，
PE2_actl＝nE2×TE2/(9550×ηE2)…………………………………(7)，
其中，UE1为第一电机的工作电压，UE2为第二电机的工作电压，IE1为第一电机的工作电流，IE2为第二电机的工作电流，nE1为第一电机的实际转速，nE2为第二电机的实际转速，TE1为第一电机的实际扭矩，TE2为第二电机的实际扭矩，ηE1为第一电机的工作效率，ηE2为第二电机的工作效率；
若整车控制器判断电池管理系统通讯故障的持续时间小于等于T1，则整车控制器的电池数据处理模块根据电池管理系统通讯故障前获取的最后一次的电池平均温度Tempmem和电池管理系统通讯故障后的电池荷电状态SOC＇线性查表差值计算得到电池管理系统通讯故障后的电池允许充电功率P＇bat_chg和电池允许放电功率P＇bat_dchg，整车控制器的电池数据处理模块将电池管理系统通讯故障后的电池实际功率P＇bat_actl、电池荷电状态SOC＇、电池允许充电功率P＇bat_chg和电池允许放电功率P＇bat_dchg传递至整车控制器的功率分流及电池保护控制模块执行；
若整车控制器判断电池管理系统通讯故障的持续时间大于T1，则整车控制器的电池数据处理模块控制电池管理系统通讯故障后的电池允许充电功率P＇bat_chg以一定速率△V1增加至-3KW以上并控制电池管理系统通讯故障后的电池允许放电功率P＇bat_dchg以一定速率△V2降低至3KW以下，其中△V1、△V2的取值范围均为1～5kw/s，即混合动力驱动系统进入电池零功率模式，同时整车控制器的功率分流及电池保护控制模块控制电池管理系统通讯故障后的电池实际功率P＇bat_actl在电池管理系统通讯故障后的电池允许充电功率P＇bat_chg和电池允许放电功率P＇bat_dchg之间，以实现对电池的保护控制。
实施例2
一种混合动力汽车电池管理系统通讯故障判定及处理方法，其方法步骤与实施例1中的混合动力汽车电池管理系统通讯故障判定及处理方法的步骤相类似，其不同之处在于：步骤S2中，第一电机的实际功率PE1_actl与第二电机的实际功率PE2_actl之和也可按公式(8)计算得到，
PE1_actl+PE2_actl＝(nHo×THo－nVM×TVM)/(9550×ηsys)……(8)，
其中，nHo为变速器输出轴转速，THo为变速器输出轴扭矩，nVM为发动机实际转速，TVM为发动机实际扭矩，ηsys为混合动力变速箱的工作效率。

Claims (5)

1.一种混合动力汽车电池管理系统通讯故障判定及处理方法，混合动力汽车控制系统包括整车控制器、电池管理系统、发动机管理系统、电机控制器、空调控制器、油泵控制器和DCDC控制器，所述电池管理系统、发动机管理系统、电机控制器、空调控制器、油泵控制器和DCDC控制器分别与整车控制器之间采用CAN通讯方式传输数据信号，其特征在于：按以下步骤进行：
S1:整车控制器的电池数据处理模块每隔一定时间T0接收电池管理系统发出的数据信号，在N个通讯周期内，N为3～5，若整车控制器的电池数据处理模块能接收到电池管理系统发出的数据信号，则判定电池管理系统通讯正常，整车控制器的电池数据处理模块根据实时接收到的电池电压和电池电流相乘计算得到电池实际功率Pbat_actl并将电池实际功率Pbat_actl及实时接收到的电池荷电状态SOC、电池允许充电功率Pbat_chg和电池允许放电功率Pbat_dchg传递至整车控制器的功率分流及电池保护控制模块执行；若整车控制器的电池数据处理模块不能接收到电池管理系统发出的数据信号，则判定电池管理系统通讯故障，整车控制器开始记录电池管理系统通讯故障的持续时间T并按步骤S2执行，直到电池管理系统通讯恢复正常；
S2：整车控制器的电池数据处理模块实时接收发动机管理系统、电机控制器、空调控制器、油泵控制器和DCDC控制器发出的数据信号并根据公式(1)计算电池管理系统通讯故障后的电池实际功率P＇bat_actl、根据公式(2)计算电池管理系统通讯故障后的电池荷电状态SOC＇，
P＇bat_actl＝PE1_actl+PE2_actl+PAC+Ppump+Pdc…………………………(1)，
SOC＇＝SOCmem－(Ebat_delta/Ebat_total)×100％……………………(2)，
其中，PE1_actl为第一电机的实际功率；PE2_actl为第二电机的实际功率；PAC为空调的实际功率；Ppump为油泵的实际功率；Pdc为DCDC的实际功率；SOCmem为电池管理系统通讯故障前整车控制器的电池数据处理模块获取的最后一次的电池荷电状态；Ebat_delta为电池管理系统通讯故障后的电池电量变化，Ebat_delta根据公式(3)计算得到；Ebat_total为电池总电量；
Ebat_delta＝∫P＇bat_actl dt………………………………………………(3)，
若整车控制器判断电池管理系统通讯故障的持续时间小于等于T1，则整车控制器的电池数据处理模块根据电池管理系统通讯故障前获取的最后一次的电池平均温度Tempmem和电池管理系统通讯故障后的电池荷电状态SOC＇线性查表差值计算得到电池管理系统通讯故障后的电池允许充电功率P＇bat_chg和电池允许放电功率P＇bat_dchg，整车控制器的电池数据处理模块将电池管理系统通讯故障后的电池实际功率P＇bat_actl、电池荷电状态SOC＇、电池允许充电功率P＇bat_chg和电池允许放电功率P＇bat_dchg传递至整车控制器的功率分流及电池保护控制模块执行；
若整车控制器判断电池管理系统通讯故障的持续时间大于T1，则整车控制器的电池数据处理模块控制电池管理系统通讯故障后的电池允许充电功率P＇bat_chg以一定速率△V1增加至-3KW以上并控制电池管理系统通讯故障后的电池允许放电功率P＇bat_dchg以一定速率△V2降低至3KW以下，其中△V1、△V2的取值范围均为1～5kw/s，同时整车控制器的功率分流及电池保护控制模块控制电池管理系统通讯故障后的电池实际功率P＇bat_actl在电池管理系统通讯故障后的电池允许充电功率P＇bat_chg和电池允许放电功率P＇bat_dchg之间。
2.如权利要求1所述的混合动力汽车电池管理系统通讯故障判定及处理方法，其特征在于：所述步骤S2中，第一电机的实际功率PE1_actl根据公式(4)或(5)计算得到，第二电机的实际功率PE2_actl根据公式(6)或(7)计算得到，
PE1_actl＝UE1×IE1…………………………………………………(4)，
PE1_actl＝nE1×TE1/(9550×ηE1)…………………………………(5)，
PE2_actl＝UE2×IE2…………………………………………………(6)，
PE2_actl＝nE2×TE2/(9550×ηE2)…………………………………(7)，
其中，UE1为第一电机的工作电压，UE2为第二电机的工作电压，IE1为第一电机的工作电流，IE2为第二电机的工作电流，nE1为第一电机的实际转速，nE2为第二电机的实际转速，TE1为第一电机的实际扭矩，TE2为第二电机的实际扭矩，ηE1为第一电机的工作效率，ηE2为第二电机的工作效率。
3.如权利要求1所述的混合动力汽车电池管理系统通讯故障判定及处理方法，其特征在于：所述步骤S2中，第一电机的实际功率PE1_actl与第二电机的实际功率PE2_actl之和按公式(8)计算得到，
PE1_actl+PE2_actl＝(nHo×THo－nVM×TVM)/(9550×ηsys)……(8)，
其中，nHo为变速器输出轴转速，THo为变速器输出轴扭矩，nVM为发动机实际转速，TVM为发动机实际扭矩，ηsys为混合动力变速箱的工作效率。
4.如权利要求1～3任一所述的混合动力汽车电池管理系统通讯故障判定及处理方法，其特征在于：所述步骤S1中，时间T0为10ms～50ms。
5.如权利要求1～3任一所述的混合动力汽车电池管理系统通讯故障判定及处理方法，其特征在于：所述步骤S2中，T1的取值范围为3s～10s。
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