CN109050351B - 减缓电池温升的控制系统、方法及汽车 - Google Patents

减缓电池温升的控制系统、方法及汽车 Download PDF

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Abstract

本发明公开的减缓电池温升的控制系统、方法及采用该系统的汽车，系统控制的核心首先确认当前锂电池温度,如果超过电池温度阀值。通过工况识别，对某些工况的第二电机目标扭矩（原目标电机助力扭矩）和第一电机目标扭矩（原目标回收扭矩）的削减，从而减小锂电池放电和充电的功率,减小锂电池热量产生,当锂电池产生的热量小于锂电池通过肋片强制散热带走的热量,锂电池的温度就会逐渐降低。锂电池温度的降低，有利于市区工况的助力和回收，增加用户48V系统动力性和经济性的体验。

Description

减缓电池温升的控制系统、方法及汽车
技术领域
本发明涉及混合动力汽车动力系统，具体涉及减缓电池温升的控制系统、方法及汽车。
背景技术
国家油耗法规的颁布，规定：2016年-2020年为国家实施四阶段油耗，2020年整车企业的平均油耗为5.0L/100KM，预计2020-2025年进入国家五阶段后，企业平均油耗将会降至4L/100KM。整车企业急需一种节油性价比高、整车改动少、成本低、消费者可接受的省油技术方案，混合动力汽车的出现，可以很好地平衡以上需求。
特别是基于48V系统的混合动力汽车，其节油率可达到10%以上。由于系统成本的原因，混合动力汽车只能采用被动风冷的方式。如公告号为CN103904384B专利公开了一种混合动力汽车车载动力电池的冷却控制方法，该方法首先获取电池管理系统传感器采集得到的电池的相关参数，通过相关参数计算电池单位时间内的发热量；根据电池的发热量，电池表面温度，电池包进出风口冷却空气的温度，以传热学理论为基础，计算电池表面单位时间的理论换热量；通过电池包进、出风口冷却空气温度和理论换热量，求出单位时间内的冷却风量；通过改变风机输出信号，使得风机输出计算冷却风量。
该方法根据电池表面温度变化趋势，对风机风量进行实时修正，确保电池温度变化平稳的特点，但是这种冷却方式，在环境温度较高时，电池做功时间较长且输入输出功率较大时，由于前序锂电池温度的积累及高功率下锂电池温度陡增，控制锂电池的温度就成为了系统的技术瓶颈。一旦温度升高，电机的助力和回收能力将大大被限制，整车的动力性和经济性无法得到体现，极限情况还会出现系统故障。对用户的实际驾驶体验（动力性和经济性）带来劣化，易引起用户抱怨。
发明内容
本发明公开的减缓电池温升的控制系统，随着温度的上升达到一定警戒性设定温度值后，对电池过热情况进行识别，控制器控制基础目标扭矩修正降低，适度降低电池的冲、放电功率，有效控制电池温度过高冲出警戒范围。
本发明还公开的减缓电池温升的控制方法，随着温度的上升达到一定警戒性设定温度值后，对电池过热情况进行识别，控制器控制基础目标扭矩修正降低，适度降低电池的冲、放电功率，有效控制电池温度过高冲出警戒范围。
本发明还公开了采用减缓电池温升的控制系统的汽车，随着温度的上升达到一定警戒性设定温度值后，对电池过热情况进行识别，控制器控制基础目标扭矩修正降低，适度降低电池的冲、放电功率，有效控制电池温度过高冲出警戒范围。
本发明公开的减缓电池温升的控制系统，包括发动机、与发动机转动连接的电机、与电机电连接的电池以及可控制电机扭矩的控制器；电池被充电时，发动机转动并带动电机按第一转速N1转动，所述控制器控制电机按第一电机目标扭矩T1转动，所述电机向电池输出第一功率P1；监测到电池温度值大于等于电池温度阀值时，控制电机输出的第一电机目标扭矩T1降低，从而降低向电池输出的第一功率P1。
进一步地，根据发动机档位和/或转速标定第一修正因子f1，在发动机高档位且高转速下，第一修正因子f1标定为小于1；
监测到电池温度值大于等于电池温度阀值时，发动机工作在高档位且高转速下时，控制电机输出的第一电机目标扭矩T1由修正因子f1修正降低，从而降低向电池输出的第一功率。
进一步地，1）制动踏板被踩下或2）制动踏板及油门踏板均未被踩下的滑行工况下被定义为电池被充电时。
进一步地，还包括电池放电模式，在电池放电时，电池向电机放电，控制器控制电机按第二电机目标扭矩T2转动，电机按第二转速N2转动并助力发动机转动，电机向发动机输出第二功率P2；
监测到电池温度大于等于电池温度阀值时，控制电机输出的第二电机目标扭矩T2降低，从而降低向发动机输出的第二功率P2。
进一步地，根据发动机档位和/或转速标定第二修正因子f2，在发动机高档位且高转速下，第二修正因子f2标定为小于1；
监测到电池温度大于等于电池温度阀值时，发动机工作在高档位且高转速下时，控制电机输出的第二电机目标扭矩T2由修正因子修正降低，从而降低向发动机输出的第二功率P2。
进一步地，油门踏板被踩下时被定义为电池放电模式。
进一步地，第一电机目标扭矩、第二电机目标扭矩根据车辆当前电池温度和/或油门开度和/或发动机和/或车速和/或制动信号计算出。
进一步地，电池温度阀值小于电池工作限制温度值。
进一步地，所述电池为48V锂电池。
本发明还公开了减缓电池温升的控制方法，包括电池被充电模式，电池被充电时，发动机转动并带动电机按第一转速N1转动，所述控制器控制电机按第一电机目标扭矩T1转动，所述电机向电池输出第一功率P1；
监测到电池温度值大于等于电池温度阀值时，控制电机输出的第一电机目标扭矩T1降低，从而降低向电池输出的第一功率P1。
进一步地，
还包括电池放电模式，在电池放电时，电池向电机放电，所述控制器控制电机按第二电机目标扭矩T2转动，电机按第二转速N2转动并助力发动机转动，电机向发动机输出第二功率P2；
监测到电池温度大于等于电池温度阀值时，控制电机输出的第二电机目标扭矩T2降低，从而降低向发动机输出的第二功率P2。
进一步地，根据发动机档位和/或转速标定第一修正因子f1、第二修正因子f2，在发动机高档位且高转速下，第一修正因子f1、第二修正因子f2标定为小于1；
监测到电池温度值大于等于电池温度阀值时，发动机工作在高档位且高转速下时，
对于电池被充电模式，控制电机输出的第一电机目标扭矩T1由修正因子f1修正降低，从而降低向电池输出的第一功率P1;
或者对于电池放电模式，控制电机输出的第二电机目标扭矩T2由修正因子f2修正降低，从而降低向发动机输出的第二功率P2。
本发明还公开了采用上述减缓电池温升的控制系统的汽车。
本发明有益技术效果为：
1）以电池的实测温度为主线，随着温度的上升达到一定警戒性设定温度值后，对电池过热情况进行识别，控制器控制电机目标扭矩修正降低，适度降低电池的冲、放电功率，有效控制电池温度过高冲出警戒范围。
2）在电池温度较低时，电机可以实时计算出的电机目标扭矩执行助力或回收工况（包括：滑行回收、制动回收等），保证了电池充放电过程中能量充分利用；在电池温度较高时，通过修正降低电机目标扭矩，使得助力、回收工况下，电池释放的热量与电池通过肋片风冷散热的热量达到平衡，保证了电池冲放电过程中能量利用经济性，动力改善性，同时兼顾了系统安全性。
并且，在城市工况下，特别是车辆处于高速行驶的时候，控制电池在助力和回收情况下的温度可以保证后续车辆行进过程中可多次反复执行助力和回收工况实现能量在行车整个过程中的高效利用，用户油耗体验感更强。
附图说明
图1为仅有电池充电功能的减缓电池温升的控制系统示意图；
图2为含有电池冲、放电功能的减缓电池温升的控制系统示意图；
图3为减缓电池温升的控制系统放电走向图；
图4为减缓电池温升的控制系统充电走向图；
图5为修正因子标定矩阵图；
图6为电机目标扭矩修正条件流程图；
图7为不同工况下电机目标扭矩修正流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1:
参见图1，图3，图4，图5及图7，减缓电池温升的控制系统包括发动机1、与发动机转动连接的电机2、与电机电连接的电池3以及可控制电机扭矩的控制器4；能量回收状态情况下，发动机与电机机械转动连接，控制器控制电机按电机目标扭矩向电池充电。
这种情况涉及到能量回收。能量回收是指车辆在滑行或者制动的工况下，将汽车消耗在车轮上的动能通过制动能量回收系统来转化（既：传动系统和电机）为电池的电能存储，然后将其用于驱动车辆。能量回收分为滑行回收工况与制动回收工况，当制动踏板没有踩下，加速踏板也没有踩下的情况，此为滑行回收工况状态；
另一种制动踏板踩下便是制动回收工况。
制动能量回收工况下的电机目标扭矩计算：根据发动机转速和\或发动机负荷和\或电池温度锁定的车辆工况来计算电机目标扭矩。
制动能量回收工况下的修正因子标定：原则上在一定车辆工况下，高档位及高转速状态下的修正因子应该保证将电机目标扭矩修正的更小；例如：与电机目标扭矩修正关系为乘法时，修正因子标定为小于1。
本实施例，适用48V的锂电池系统。
对于制动能量回收工况：
本实施例提供的控制系统，检测到驾驶员的制动信号下发（如：驾驶员踩下制动踏板），实时监控电池温度，当电池温度超过阀值，且车辆处于特定工况（高速、高档位），此时，高速工况下助力少，对制动、滑行能量回收需求少，无需收集过多制动、滑行能量，如果继续保持第一电机目标扭矩（原目标回收扭矩）对电池做功，电池将迅速过热，因此可以考虑降低第一电机目标扭矩T1牺牲部分电池回收功率来保障电池的热安全性。
参见图4，此时，由于车轮减速，带动电机惯性减速，电机相对发动机产生了逆扭矩，因此发动机开始拖动电机转动并对电机做功，发动机转动并带动电机按第一转速N1转动，电机输出第一电机目标扭矩T1并向电池充电，控制器根据之前标定的第一修正因子f1控制降低第一电机目标扭矩，使得电池充电的第一功率P1小于预计值，规避过快过热超过电池工作限制温度值。
其计算公式为：T1'=T1*f1，其中T1为制动回收工况下第一电机目标扭矩，f1为制动回收工况下第一修正系数，T1'为修正后的制动回收工况下第一电机目标扭矩。当然，还可以考虑减扣方式的计算公式，取决于修正系数的标定方式。
本实施例中，控制器是发动机EMS控制器。
本实施例中，电池是锂电池。
本实施例中，电机为爪极电机。
电池温度阀值设定为小于电池工作限制温度值。
实施例2：
对于滑行能量回收工况：
参见图1，图3，图4，图5及图7，本实施例提供的减缓电池温升的控制系统，未检测到驾驶员的制动信号下发（如：制动踏板未踩下），未检测到驾驶员的油门加油信号下发（如：油门踏板未踩下），实时监控电池温度，当电池温度超过阀值，且车辆处于特定工况（高速、高档位），此时，高速工况下助力少，对制动、滑行能量回收需求少，无需收集过多制动、滑行能量，如果继续保持第一电机目标扭矩（原目标回收扭矩）对电池做功，电池将迅速过热，因此可以考虑降低第一电机目标扭矩T1牺牲部分电池回收功率来保障电池的热安全性。由于车轮减速，带动电机惯性减速，电机相对发动机产生了逆扭矩，因此发动机开始带动电机转动并对电机做功，发动机转动并带动电机按第一转速N1转动，电机输出第一电机目标扭矩并向电池充电，控制器根据之前标定的修正因子控制降低第一电机目标扭矩，使得电池充电的第一功率P1小于预计值，避免过快过热超过电池工作限制温度值。
其计算公式为：T1'=T1*f1，其中T1为滑行回收工况下第一电机目标扭矩，f1为滑行回收工况下第一修正系数，T1'为滑行回收工况下修正后的第一电机目标扭矩。当然，还可以考虑减扣方式的计算公式，取决于修正系数的标定方式。
滑行能量回收工况下的第一电机目标扭矩计算：根据发动机转速和\或发动机负荷和\或电池温度锁定的车辆工况来计算第一电机目标扭矩。
滑行能量回收工况下的修正因子标定：原则上在一定车辆工况下，高档位及高转速状态下的修正因子应该保证将第一电机目标扭矩修正的更小；例如：与第一电机目标扭矩修正关系为乘法时，修正因子标定为小于1。
本实施例中，控制器是发动机EMS控制器。
本实施例中，电池是锂电池。
本实施例中，电机为爪极电机。
电池温度阀值设定为小于电池工作限制温度值。
实施例3：
参见图2，图3，图4，图5及图7，减缓电池温升的控制系统包括发动机1、与发动机转动连接的电机2、与电机电连接的电池3以及可控制电机扭矩的控制器4；该系统可执行对电池的充电和放电两种动作；充电情况包括制动能量回收工况及滑行能量回收工况，同实施例1、实施例2，不再赘述。
参见图3，放电情况，为油门踏板被踩踏下时，电池向电机输出功率，控制器控制电机以第二电机目标扭矩T2（原目标电机助力扭矩）向发动机提供助力扭矩，电机按第二转速N2转动并助力发动机转动，通过皮带助力发动机转动，提高发动机输出功率。
这种情况涉及到助力工况，助力工况是指车辆在驾驶员踏下油门踏板后，将电池的能量向电机输出，电机按第二转速N2转动并助力发动机转动，控制器控制电机以第二电机目标扭矩T2（助力扭矩）转动，从而通过与发动机绑定的皮带向发动机输出第二功率P2（增量的功率）。
此控制系统可以控制电池充电、放电；为48V混合动力新能源汽车常用电池充放电系统。
对于助力工况：
本实施例提供的控制系统，检测到驾驶员的油门加速信号下发，实时监控电池温度，当电池温度超过电池温度阀值，且车辆处于特定工况（高速、高档位），此时，由于车辆速度较快，电机传来的额外增量功率需求不强烈，因此可以考虑降低电机的第二电机目标扭矩，并且，继续保持第二电机目标扭矩T2（原目标电机助力扭矩）让电机对发动机做功，电池将迅速过热，可以考虑降低第二电机目标扭矩牺牲部分对发动机的额外做功来保障电池的热安全性。
具体工作为：电池对电机输出能量，并控制电机的转子按第二电机目标扭矩转动，电机帮助带动发动机的运转向发动机输出功率；由于电池温度过高，此输出功率下，电池将不再安全，因此控制器查询到对应车速度、档位的修正因子，控制电机降低第二电机目标扭矩，从而使得电池的第二功率降低，电池温度被控制在一个合理范围，不会过热超过危险温度值。
其计算公式为：T2'=T2*f2，其中T3为电池放电（踩下油门踏板情况）工况下的第二电机目标扭矩，f2为踩下油门踏板工况下的第二修正系数，T2'为踩下油门踏板工况下的修正后的第二电机目标扭矩。当然，还可以考虑减扣方式的计算公式，取决于修正系数的标定方式。
助力工况下的第二电机目标扭矩计算：根据发动机转速和\或发动机负荷和\或电池温度锁定的车辆工况来计算第二电机目标扭矩。
助力工况下的第二修正因子标定：原则上在一定车辆工况下，高档位及高转速状态下的修正因子应该保证将电机目标扭矩修正的更小；例如：与电机目标扭矩修正关系为乘法时，修正因子标定为小于1。
本实施例中，控制器是发动机EMS控制器。
本实施例中，电池是锂电池。
本实施例中，电机为爪极电机。
电池温度阀值设定为小于电池工作限制温度值。
实施例4：
减缓电池温升的控制方法，包括电池被充电模式，电池被充电时，发动机转动并带动电机按第一转速N1转动，所述控制器控制电机按第一电机目标扭矩T1转动，所述电机向电池输出第一功率P1；
监测到电池温度值大于等于电池温度阀值时，控制电机输出的第一电机目标扭矩T1降低，从而降低向电池输出的第一功率P1。
还包括电池放电模式，在电池放电时，电池向电机放电，电机按第二转速N2转动并助力发动机转动，所述控制器控制电机按第二电机目标扭矩T2转动，电机向发动机输出第二功率P2；
监测到电池温度大于等于电池温度阀值时，控制电机输出的第二电机目标扭矩T2降低，从而降低向发动机输出的第二功率P2。
根据发动机档位和/或转速标定第一修正因子f1、第二修正因子f2，在发动机高档位且高转速下，第一修正因子f1、第二修正因子f2标定为小于1；
监测到电池温度值大于等于电池温度阀值时，发动机工作在高档位且高转速下时，
对于电池被充电模式，控制电机输出的第一电机目标扭矩T1由修正因子f1修正降低，从而降低向电池输出的第一功率P1;
或者对于电池放电模式，控制电机输出的第二电机目标扭矩T2由修正因子f2修正降低，从而降低向发动机输出的第二功率P2。
实施例5：
采用实施例1至实施例3任一项的减缓电池温升的控制系统的汽车。
本发明的减缓电池温升的控制系统、方法及采用该系统的汽车，如图6所表示的锂电池温度控制流程所示。系统控制的核心首先确认当前锂电池温度,如果超过某一阀值(可标定的电池温度超过阀值)。通过工况识别，对某些工况的第二电机目标扭矩（原目标电机助力扭矩）和第一电机目标扭矩（原目标回收扭矩）的削减，从而减小锂电池放电和充电的功率,减小锂电池热量产生,当锂电池产生的热量小于锂电池通过肋片强制散热带走的热量,锂电池的温度就会逐渐降低。锂电池温度的降低，有利于市区工况的助力和回收，增加用户48V系统动力性和经济性的体验。

Claims (12)

1.减缓电池温升的控制系统，包括发动机（1）、与发动机转动连接的电机（2）、与电机电连接的电池（3）以及可控制电机扭矩的控制器（4）；电池被充电时，发动机转动并带动电机按第一转速N1转动，所述控制器控制电机按第一电机目标扭矩T1转动，所述电机向电池输出第一功率P1；其特征在于：监测到电池温度值大于等于电池温度阀值时，控制电机输出的第一电机目标扭矩T1降低，从而降低向电池输出的第一功率P1；
根据发动机转速标定第一修正因子f1，在发动机高转速下，第一修正因子f1标定为小于1；
监测到电池温度值大于等于电池温度阀值时，发动机工作在高转速下时，控制电机输出的第一电机目标扭矩T1由修正因子f1修正降低，从而降低向电池输出的第一功率。
2.如权利要求1所述的减缓电池温升的控制系统，其特征在于：1）制动踏板被踩下或2）制动踏板及油门踏板均未被踩下的滑行工况下被定义为电池被充电时。
3.如权利要求1或2所述的减缓电池温升的控制系统，其特征在于：还包括电池放电模式，在电池放电时，电池向电机放电，控制器控制电机按第二电机目标扭矩T2转动，电机按第二转速N2转动并助力发动机转动，电机向发动机输出第二功率P2；
监测到电池温度大于等于电池温度阀值时，控制电机输出的第二电机目标扭矩T2降低，从而降低向发动机输出的第二功率P2。
4.如权利要求3所述的减缓电池温升的控制系统，其特征在于：根据发动机转速标定第二修正因子f2，在发动机高转速下，第二修正因子f2标定为小于1；
监测到电池温度大于等于电池温度阀值时，发动机工作在高转速下时，控制电机输出的第二电机目标扭矩T2由修正因子修正降低，从而降低向发动机输出的第二功率P2。
5.如权利要求4所述的减缓电池温升的控制系统，其特征在于：油门踏板被踩下时被定义为电池放电模式。
6.如权利要求5所述的减缓电池温升的控制系统，其特征在于：第一电机目标扭矩、第二电机目标扭矩根据车辆当前电池温度和/或油门开度和/或发动机转速和/或车速和/或制动信号计算出。
7.如权利要求6所述的减缓电池温升的控制系统，其特征在于：电池温度阀值小于电池工作限制温度值。
8.如权利要求6所述的减缓电池温升的控制系统，其特征在于：所述电池为48V锂电池。
9.减缓电池温升的控制方法，其特征在于：采用权利要求1-8任一项所述的控制系统，所述方法：
包括电池被充电模式，电池被充电时，发动机转动并带动电机按第一转速N1转动，所述控制器控制电机按第一电机目标扭矩T1转动，所述电机向电池输出第一功率P1；
监测到电池温度值大于等于电池温度阀值时，控制电机输出的第一电机目标扭矩T1降低，从而降低向电池输出的第一功率P1；
根据发动机转速标定第一修正因子f1，在发动机高转速下，第一修正因子f1标定为小于1；
监测到电池温度值大于等于电池温度阀值时，发动机工作在高转速下时，对于电池被充电模式，控制电机输出的第一电机目标扭矩T1由第一修正因子f1修正降低，从而降低向电池输出的第一功率P1。
10.如权利要求9所述的减缓电池温升的控制方法，其特征在于：
还包括电池放电模式，在电池放电时，电池向电机放电，所述控制器控制电机按第二电机目标扭矩T2转动，电机按第二转速N2转动并助力发动机转动，电机向发动机输出第二功率P2；
监测到电池温度大于等于电池温度阀值时，控制电机输出的第二电机目标扭矩T2降低，从而降低向发动机输出的第二功率P2。
11.如权利要求10所述的减缓电池温升的控制方法，其特征在于：根据发动机转速标定第二修正因子f2，在发动机高转速下，第二修正因子f2标定为小于1；
监测到电池温度值大于等于电池温度阀值时，发动机工作在高转速下时，对于电池放电模式，控制电机输出的第二电机目标扭矩T2由第二修正因子f2修正降低，从而降低向发动机输出的第二功率P2。
12.采用如权利要求1至8任一所述的减缓电池温升的控制系统的汽车。
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