CN108859775A - 一种制动能量回馈控制电路及功率分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制动能量回馈控制电路及功率分配方法，通过比较车辆进行制动时储能装置的最大充电功率和主电机的电制动功率的大小，根据电机的电制动功率和电池允许的最大充电功率来分配制动电阻的需求功率，本发明能在电池充电能力较弱或者电池温度较低时，保持电制动力的一致性，适当提高当前整车给制动电阻的功率，降低动力电池的充电电流，防止动力电池过冲和过放，有效解决司机踩制动踏板时电制动力变小、制动距离增加、制动不平稳的问题。

Description

一种制动能量回馈控制电路及功率分配方法

技术领域

本发明属于纯电动和混合动力汽车领域，具体涉及一种制动能量回馈控制电路及功率分配方法。

背景技术

制动能量回馈是纯电动汽车和混合动力汽车降低油耗的关键技术之一，现行的制动能量回馈控制方法都是把电机制动力和机械制动力进行简单叠加，但是电机制动受到电池容量的限制。当电池电量不足的时候，电池可以吸收制动回馈的能量，则电机可以制动，总的制动力为电机制动力加上机械制动力；当电池电量足时，电池无法再吸收制动回馈的能量，则电机不可以进行制动，总的制动力仅为机械制动力。

例如，对于装配有制动能量回收的驱动电机的车辆在行车制动过程中，当动力电池SOC较高(92％以上)或者电池温度较低(10℃以下)时，动力电池所允许的最大充电功率会下降。当动力电池所允许的最大充电功率小于当前电机的电制动功率时，电机会降低电制动功率来满足动力电池的充电功率，在电机转速不变的情况下，表现为电机输出扭矩下降。此时，在行车制动过程中，司机踩制动踏板时会感觉到电制动力变小。

由于电池电量充足与不足，会造成驾驶员踩制动踏板时存在得到不同的制动力的情况，使驾驶员的制动感觉不同。然而大部分情况下，电池都可以吸收电制动机回馈的能量，驾驶员习惯于电机制动加上机械制动的感觉，当偶尔电池电量足时，电池也不能吸收制动回馈的能量，但是驾驶员并不知道，还会按照习惯踩制动踏板，由于没有电机制动力，总的制动力变小，制动距离增加，会有安全隐患。

目前，在行车制动过程中的制动力是电机的标定扭矩和当前电池的最大允许充电功率计算的电机扭矩取小，当电池的最大允许充电功率计算的电机扭矩小于电机的标定扭矩时，会降低电制动力，在下长坡过程中存在电制动力不够的情况，必然要通过制动器来维持匀速下坡。制动器长时间连续地进行较大强度工作时，其摩擦力矩会有显著下降，出现制动器的热衰退现象，对制动器的危害很大。

公告号CN202541337的中国专利公开了一种混合动力汽车制动系统，如图1所示，该系统在储能装置的电能充满时，驱动电机制动回馈的电能传递给制动电阻以热能形式进行消耗，该方法虽然能在一定程度上解决了制动力变小的问题，但制动力的平稳性差，尤其是该系统的继电器K1、继电器K2在动作过程中，驱动电机的动能远大于储能装置吸收的电能，在驱动电机的动能需要转化为制动电阻的热能时，仍会存在总制动力变小的问题，没有真正的解决汽车制动的平稳问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种制动能量回馈控制电路及功率分配方法，用于解决在行车制动过程中动力电池SOC较高或者电池温度较低时，司机踩制动踏板时电制动力变小、制动距离增加、制动不平稳的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出一种制动能量回馈的功率分配方法，包括以下解决方案：

方法方案一，包括如下步骤：当车辆进行制动时，比较储能装置的最大充电功率和主电机的电制动功率的大小；当储能装置的最大充电功率大于或等于主电机的电制动功率时，不给制动电阻分配功率；当储能装置的最大充电功率小于主电机的电制动功率时，给制动电阻分配功率。

方法方案二，在方法方案一的基础上，当储能装置的最大充电功率小于主电机的电制动功率时，比较当前储能装置的最大充电电流与当前储能装置的实际充电电流，若大于时，减小给制动电阻分配的功率；当储能装置的最大充电电流小于或等于当前储能装置的实际充电电流时，增大给制动电阻分配的功率。

方法方案三，在方法方案二的基础上，当储能装置的最大充电电流大于当前储能装置的实际充电电流时，制动电阻分配的功率为：

P₃＝P₁-P₂-ΔP₁

式中，P₃为制动电阻分配的功率，P₁为电机的电制动功率，P₂为储能装置的最大充电功率，ΔP₁为设定的第一功率差值。

方法方案四，在方法方案二的基础上，当储能装置的最大充电电流小于或等于当前储能装置的实际充电电流时，制动电阻分配的功率为：

P₃＝P₁-P₂+ΔP₂

式中，P₃为制动电阻分配的功率，P₁为电机的电制动功率，P₂为储能装置的最大充电功率，ΔP₂为设定的第二功率差值。

方法方案五，在方法方案三的基础上，所述设定的第一功率差值为：

ΔP₁＝(I₀-I)*U

式中，I₀为当前储能装置的最大充电电流，I为当前储能装置的实际充电电流，U为当前储能装置的电压。

方法方案六，在方法方案四的基础上，所述设定的第二功率差值为：

ΔP₂＝(I-I₀)*U

式中，I₀为当前储能装置的最大充电电流，I为当前储能装置的实际充电电流，U为当前储能装置的电压。

为解决上述技术问题，本发明还提出一种制动能量回馈控制电路，包括以下解决方案：

装置方案一，包括控制器，及分别与该控制器相连的电机、储能装置、制动电阻，所述控制器包括以下单元：

比较单元：用于当车辆进行制动时，比较储能装置的最大充电功率和主电机的电制动功率的大小；

功率分配单元：用于当储能装置的最大充电功率大于或等于主电机的电制动功率时，不给制动电阻分配功率；当储能装置的最大充电功率小于主电机的电制动功率时，给制动电阻分配功率。

装置方案二，在装置方案一的基础上，所述功率分配单元用于当储能装置的最大充电功率小于主电机的电制动功率时，比较当前储能装置的最大充电电流与当前储能装置的实际充电电流，若大于时，减小给制动电阻分配的功率；当储能装置的最大充电电流小于或等于当前储能装置的实际充电电流时，增大给制动电阻分配的功率。

装置方案三，在装置方案二的基础上，所述功率分配单元用于在储能装置的最大充电电流大于当前储能装置的实际充电电流时，给制动电阻分配的功率为：

P₃＝P₁-P₂-ΔP₁

式中，P₃为制动电阻分配的功率，P₁为电机的电制动功率，P₂为储能装置的最大充电功率，ΔP₁为设定的第一功率差值。

装置方案四，在装置方案二的基础上，所述功率分配单元用于在储能装置的最大充电电流小于或等于当前储能装置的实际充电电流时，给制动电阻分配的功率为：

P₃＝P₁-P₂+ΔP₂

式中，P₃为制动电阻分配的功率，P₁为电机的电制动功率，P₂为储能装置的最大充电功率，ΔP₂为设定的第二功率差值。

本发明的有益效果是：通过比较车辆进行制动时储能装置的最大充电功率和主电机的电制动功率的大小，根据电机的电制动功率和电池允许的最大充电功率来分配制动电阻的需求功率，本发明能在电池充电能力较弱或者电池温度较低时，保持电制动力的一致性，适当提高当前整车给制动电阻的功率，降低动力电池的充电电流，防止动力电池过冲和过放，有效解决司机踩制动踏板时电制动力变小、制动距离增加、制动不平稳的问题。

附图说明

图1是一种混合动力汽车制动系统示意图；

图2是制动电阻控制系统高压原理图；

图3是本发明制动电阻功率分配实施流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

本发明的一种制动能量回馈的功率分配方法的实施例：

当车辆进行制动时，比较储能装置的最大充电功率和主电机的电制动功率的大小，当储能装置的最大充电功率大于或等于主电机的电制动功率时，不给制动电阻分配功率，当储能装置的最大充电功率小于主电机的电制动功率时给，通过以下不同的控制策略给制动电阻分配功率。

具体的，如图1所示，高压线分别与动力电池(本发明的储能装置)、BMS(电池管理系统)、分线盒、五合一控制器、电机、电阻控制器、制动电阻相连，车轮与主驱动电机刚性连接。电阻控制器通过分线盒并联在五合一控制器和BMS之间的高压线上。整车通过对电阻控制器的控制，来实现对制动电阻的功率分配。

制动模式下，制动电阻的功率分配的实施流程如图2所示，包括如下步骤：

步骤一，判断整车是否进入制动模式，非制动模式下，整车给制动电阻的功率P₃＝0。

步骤二，制动模式下，当动力电池所允许的最大充电功率P₂大于或等于主电机的电制动功率P₁时，整车给制动电阻的功率P₃＝0。

步骤三，制动模式下，当动力电池所允许的最大充电功率P₂小于主电机的电制动功率P₁时，设定动力电池的充电电流为负值，放电电流为正值，根据当前动力电池所允许的最大充电电流I₀(该最大充电电流I₀始终大于零)与动力电池当前的实际电流I'之和的绝对值的大小，以及根据设定的电流阈值，又分如下两种情况：

当动力电池所允许的最大充电电流I₀与动力电池当前的实际电流I'之和的绝对值小于等于设定的电流阈值，例如小于等于5A时，即|I'+I₀|≤5，整车给制动电阻的功率P₃等于主电机的电制动功率P₁减去动力电池所允许的最大充电功率P₂，即P₃＝P₁-P₂。

当动力电池所允许的最大充电电流I₀与动力电池当前的实际电流I'之和的绝对值大于设定的电流阈值，例如大于5A时，即|I'+I₀|＞5，整车给制动电阻的功率P₃等于主电机的电制动功率P₁减去动力电池所允许的最大充电功率P₂，再减去动力电池所允许的最大充电电流I₀与动力电池当前的实际电流I'之和I'+I₀与动力电池电压U的乘积ΔP'，即P₃＝P₁-P₂-ΔP'。其中，当ΔP'为正时，整车给制动电阻的功率P₃降低；当ΔP'为负时，整车给制动电阻的功率P₃提高。

制动模式下，整车控制策略根据当前动力电池所允许的最大充电功率和电机的电制动功率来合理分配给制动电阻的需求功率。由于电阻控制器通过IGBT模块，控制电流的占空比，来实现对电阻功率的分配，其电流呈周期性波动，因此动力电池的电流也会相应的进行波动。

为了保护动力电池，防止动力电池过冲和过放，在制动电阻工作时，根据电池端电流的波动大小来调节电阻的需求功率。当动力电池的充电电流(负值)与动力电池所允许的最大充电电流之和为正，说明动力电池的充电电流没有达到当前动力电池所允许的最大充电电流，适当降低当前整车给制动电阻的功率，提高动力电池的充电电流；当动力电池的充电电流(负值)与动力电池所允许的最大充电电流之和为负，说明动力电池的充电电流超过了当前动力电池所允许的最大充电电流，适当提高当前整车给制动电阻的功率，降低动力电池的充电电流。

若不计上述电池端充放电的电流方向时，本发明的制动电阻功率的分配策略的实质是：当整车当前动力电池的最大充电电流大于当前动力电池的实际充电电流时，减小给制动电阻分配的设定的制动电阻功率；当整车当前动力电池的最大充电电流小于或等于当前储能装置的实际充电电流时，增大给制动电阻分配的设定的制动电阻功率。

本发明能在电池充电能力较弱或者电池温度较低时，保持电制动力的一致性，适当提高当前整车给制动电阻的功率，降低动力电池的充电电流，防止动力电池过冲和过放，提高了电动汽车制动安全性能，同时避免了因为制动感觉不同而对驾驶员造成影响。

本发明的一种制动能量回馈控制电路的实施例，该电路包括控制器，及分别与该控制器相连的电机、储能装置、制动电阻，其中控制器包括以下单元：

比较单元：用于当车辆进行制动时，比较储能装置的最大充电功率和主电机的电制动功率的大小；

功率分配单元：用于当储能装置的最大充电功率大于或等于主电机的电制动功率时，不给制动电阻分配功率；当储能装置的最大充电功率小于主电机的电制动功率时，给制动电阻分配功率。

上述实施例中所指的控制器，实际上是基于本发明的一种制动能量回馈功率分配方法的一种计算机解决方案，即一种软件构架，可以应用到混合动力汽车的制动系统中，上述控制器即为与方法流程相对应的处理进程。由于对上述方法的介绍已经足够清楚完整，故不再对本实施例的制动能量回馈控制电路中控制器的内容进行详细描述。

Claims (10)

1.一种制动能量回馈的功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

当车辆进行制动时，比较储能装置的最大充电功率和主电机的电制动功率的大小；当储能装置的最大充电功率大于或等于主电机的电制动功率时，不给制动电阻分配功率；当储能装置的最大充电功率小于主电机的电制动功率时，给制动电阻分配功率。

2.根据权利要求1所述的制动能量回馈的功率分配方法，其特征在于，当储能装置的最大充电功率小于主电机的电制动功率时，比较当前储能装置的最大充电电流与当前储能装置的实际充电电流，若大于时，减小给制动电阻分配的功率；当储能装置的最大充电电流小于或等于当前储能装置的实际充电电流时，增大给制动电阻分配的功率。

3.根据权利要求2所述的制动能量回馈的功率分配方法，其特征在于，当储能装置的最大充电电流大于当前储能装置的实际充电电流时，制动电阻分配的功率为：

P₃＝P₁-P₂-ΔP₁

式中，P₃为制动电阻分配的功率，P₁为电机的电制动功率，P₂为储能装置的最大充电功率，ΔP₁为设定的第一功率差值。

4.根据权利要求2所述的制动能量回馈的功率分配方法，其特征在于，当储能装置的最大充电电流小于或等于当前储能装置的实际充电电流时，制动电阻分配的功率为：

P₃＝P₁-P₂+ΔP₂

式中，P₃为制动电阻分配的功率，P₁为电机的电制动功率，P₂为储能装置的最大充电功率，ΔP₂为设定的第二功率差值。

5.根据权利要求3所述的制动能量回馈的功率分配方法，其特征在于，所述设定的第一功率差值为：

ΔP₁＝(I₀-I)*U

式中，I₀为当前储能装置的最大充电电流，I为当前储能装置的实际充电电流，U为当前储能装置的电压。

6.根据权利要求4所述的制动能量回馈的功率分配方法，其特征在于，所述设定的第二功率差值为：

ΔP₂＝(I-I₀)*U

式中，I₀为当前储能装置的最大充电电流，I为当前储能装置的实际充电电流，U为当前储能装置的电压。

7.一种制动能量回馈控制电路，其特征在于，包括控制器，及分别与该控制器相连的电机、储能装置、制动电阻，所述控制器包括以下单元：

比较单元：用于当车辆进行制动时，比较储能装置的最大充电功率和主电机的电制动功率的大小；

功率分配单元：用于当储能装置的最大充电功率大于或等于主电机的电制动功率时，不给制动电阻分配功率；当储能装置的最大充电功率小于主电机的电制动功率时，给制动电阻分配功率。

8.根据权利要求7所述的制动能量回馈控制电路，其特征在于，所述功率分配单元用于当储能装置的最大充电功率小于主电机的电制动功率时，比较当前储能装置的最大充电电流与当前储能装置的实际充电电流，若大于时，减小给制动电阻分配的功率；当储能装置的最大充电电流小于或等于当前储能装置的实际充电电流时，增大给制动电阻分配的功率。

9.根据权利要求8所述的制动能量回馈控制电路，其特征在于，所述功率分配单元用于在储能装置的最大充电电流大于当前储能装置的实际充电电流时，给制动电阻分配的功率为：

P₃＝P₁-P₂-ΔP₁

式中，P₃为制动电阻分配的功率，P₁为电机的电制动功率，P₂为储能装置的最大充电功率，ΔP₁为设定的第一功率差值。

10.根据权利要求8所述的制动能量回馈控制电路，其特征在于，所述功率分配单元用于在储能装置的最大充电电流小于或等于当前储能装置的实际充电电流时，给制动电阻分配的功率为：

P₃＝P₁-P₂+ΔP₂

式中，P₃为制动电阻分配的功率，P₁为电机的电制动功率，P₂为储能装置的最大充电功率，ΔP₂为设定的第二功率差值。