CN110386028A - 一种纯电动物流车动力电池充放电功率超限保护方法 - Google Patents

一种纯电动物流车动力电池充放电功率超限保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纯电动物流车动力电池充放电功率超限保护方法，所述超限保护方法使用到纯电动物流车、整车控制器、动力电池和动力电池系统，所述整车控制器、动力电池均安装于所述纯电动物流车上，所述动力电池系统安装在所述整车控制器上；本发明通过估算动力电池的充放电功率限值、控制动力电池充放电功率限值、检测动力电池实际充放电功率和根据电机的充放电功率限值完成对动力电池充放电功率超限的保护，将基于动力电池的充放电功率限制和当前动力电池实际充放电功率，综合考虑动力电池和电机的充放电能力，利用PI负反馈控制对动力电池充放电功率超限进行及时有效的保护，保护了电池的使用寿命，安全性。

Description

一种纯电动物流车动力电池充放电功率超限保护方法
技术领域
本发明涉及动力电池充放电功率超限保护方技术领域，尤其涉及一种纯电动物流车动力电池充放电功率超限保护方法。
背景技术
物流车是安装有四只脚轮的运送与储存物料的单元移动集装设备，常用于大型超市的物流配送或工厂工序间的物流周转。
物流台车存放的产品陈列醒目，在运输中，一方面对物料的安全起到保护作用，另一方面不会使已分拣配备好的产品导致杂乱，装卸十分省力；轮子通常设计为两只定向轮，两只万向轮以方便人工推行。物流台车可承载500kg重量，可配合卸货平台使用，方便货物装卸，可使生产暂存更为规范，可折叠收藏，不占空间，适用于生产线上零配件分门别类存放，一目了解；组装线上顺手方便，提高工作效率，按线输送物料，快速正确，不会出错；拆装快速方便，节省存放空间1/4以上。为了节约更多的能源，人们发明了纯电动物流车，纯电动物流车与传统物流车相比，拥有低车速加速快、出行环保、节能等优点，但续驶里程的限制一直制约着纯电动物流车的发展。
近年来，随着电池技术的不断成熟，纯电动物流车的续驶里程慢慢接近传统车，而快速充电等新技术的出现，也促使用户对驾驶纯电动物流车出行的担忧逐渐变少，纯电动物流车开始迈入快速发展阶段。纯电动物流车除了续驶里程之外，其电池的使用寿命、安全性等性能，也是需要高度重视的，而动力电池充放电功率的超限都将对以上性能产生重大影响。
因此，对动力电池充放电功率超限的控制是对纯电动物流车很重要的控制技术，但如果简单粗暴的对电池充放电功率进行一刀切的限制，不但不能充分发挥动力电池所具备的能力，还将影响到车辆在电池充放电功率边界处的驾驶性和舒适性，降低整车性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纯电动物流车动力电池充放电功率超限保护方法，以此来解决上述背景技术中提及的问题。
本发明由如下技术方案实施：一种纯电动物流车动力电池充放电功率超限保护方法，所述超限保护方法使用到纯电动物流车、整车控制器、动力电池和动力电池系统，所述整车控制器、动力电池均安装于所述纯电动物流车上，所述动力电池系统安装在所述整车控制器上；
所述超限保护方法包括以下步骤：
S100、估算动力电池的充放电功率限值；
S110、控制动力电池充放电功率限值；
S120、检测动力电池实际充放电功率；
S130、根据电机的充放电功率限值完成对动力电池充放电功率超限的保护。
进一步的说，在S100中，动力电池的充放电功率限值受限于动力电池的状态、动力电池电量和动力电池的充放电功率缓冲区。
进一步的说，针对动力电池状态，采用整车控制器对动力电池系统的最大充放电功率进行检测，针对动力电池电量，根据动力电池当前的荷电状态高低，对动力电池的充放电功率进行相应的限制，针对动力电池的充放电功率缓冲区，对动力电池的充放电功率进行限制。
进一步的说，在S110中，整车控制器对动力电池的充放电功率进行限制，控制动力电池的实际充放电功率，采取PI控制方法，对动力电池充放电功率限值进行调节。
进一步的说，PI控制方法的公式为：
PIin＝Pestimate-Pact-Poffst；
式中：PIin为控制变量，Pestimate为动力电池的充放电功率限值，Pact为实际充放电功率，Poffst为安全区间值。
进一步的说，在S120中，检测纯电动物流车的DCDC功率、空调功率和电机的充放电功率，用以限制电机的充放电功率。
进一步的说，在S130中，再次检测电机的状态和电池的充放电能力，采用电机在当前工况下限制的最大正扭矩对电机的最大允许驱动功率进行估算，同时，采用电机在当前工况下限制的最小负扭矩对电机的最大允许充电功率进行估算，检测动力电池的充放电能力时，先检测动力电池的充放电限值。
进一步的说，采用电机在当前工况下限制的最大正扭矩对电机的最大允许驱动功率进行估算的公式为：
Pavail_motion＝(Tavail_max/Tmax)/Pmax；
式中，Pavail_motion为电机可用驱动功率，Pmax为当前工况下的电机驱动外特性功率，Tavail_max为电机可用驱动扭矩，Tmax为当前工况下的电机驱动外特性扭矩；
采用电机在当前工况下限制的最小负扭矩对电机的最大允许充电功率进行估算的公式为：
Pavail_charge＝(Tavail_min/Tmin)/Pmin；
式中，Pavail_charge为电机可用充电功率，Pmin为当前工况下的电机充电外特性功率，Tavail_min为电机可用充电扭矩，Tmin为当前工况下的电机充电外特性扭矩。
本发明的有益效果是：
一、本发明通过估算动力电池的充放电功率限值、控制动力电池充放电功率限值、检测动力电池实际充放电功率和根据电机的充放电功率限值完成对动力电池充放电功率超限的保护，将基于动力电池的充放电功率限制和当前动力电池实际充放电功率，综合考虑动力电池和电机的充放电能力，利用PI负反馈控制对动力电池充放电功率超限进行及时有效的保护，保护了电池的使用寿命，提高了安全性；
二、本发明利用整车控制器对动力电池的充放电功率进行限制，控制动力电池的实际充放电功率，采取PI控制方法，对动力电池充放电功率限值进行调节，充分发挥动力电池所具备的能力，没有影响到车辆在电池充放电功率边界处的驾驶性和舒适性，且没有降低纯电动物流车的整车性能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的控制流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的具体实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点及功效。本发明也可以其它不同的方式予以实施，即，在不背离本发明所揭示的范畴下，能予不同的修饰与改变。
实施例
如图1-图2所示中；一种纯电动物流车动力电池充放电功率超限保护方法，所述超限保护方法使用到纯电动物流车、整车控制器、动力电池和动力电池系统，所述整车控制器、动力电池均安装于所述纯电动物流车上，所述动力电池系统安装在所述整车控制器上；
所述超限保护方法包括以下步骤：
S100、估算动力电池的充放电功率限值；
S110、控制动力电池充放电功率限值；
S120、检测动力电池实际充放电功率；
S130、根据电机的充放电功率限值完成对动力电池充放电功率超限的保护。
在S100中，动力电池的充放电功率限值受限于动力电池的状态、动力电池电量和动力电池的充放电功率缓冲区。
通过采用上述技术方案，可以通过检测动力电池的状态、动力电池电量和动力电池的充放电功率缓冲区，了解动力电池的充放电功率限值。
针对动力电池状态，采用整车控制器对动力电池系统的最大充放电功率进行检测，针对动力电池电量，根据动力电池当前的荷电状态高低，对动力电池的充放电功率进行相应的限制，针对动力电池的充放电功率缓冲区，对动力电池的充放电功率进行限制。
通过采用上述技术方案，动力电池系统根据其当前的状态，会向整车控制器发送其允许的最大充放电功率，供整车控制器仲裁，为了确保动力电池的电量既不会低于DOD下限，又不会对动力电池进行过充，所以需要根据当前的荷电状态高低，对动力电池的充放电功率进行相应的限制，动力电池系统会根据当前状态向整车控制器发送充放电功率缓冲区值，动力电池的充放电功率缓冲区受到动力电池电量和动力电池温度的影响，在充放电功率缓冲区低于一定值时，需要对动力电池的充放电功率进行限制，并且动力电池的最大放电功率不能超过上述三点的任何一点。
在S110中，整车控制器对动力电池的充放电功率进行限制，控制动力电池的实际充放电功率，采取PI控制方法，对动力电池充放电功率限值进行调节。
PI控制方法的公式为：
PIin＝Pestimate-Pact-Poffst；
式中：PIin为控制变量，Pestimate为动力电池的充放电功率限值，Pact为实际充放电功率，Poffst为安全区间值。
通过采用上述技术方案，当动力电池的实际充放电功率接近估算的动力电池的充放电功率限值时，整车控制器将开始对动力电池的充放电功率进行限制，根据动力电池实际充放电功率和估算限值的差值，并考虑中间存在的安全区间，对动力电池充放电功率进行相应的限制，使动力电池的充放电功率能力减小，进而控制动力电池的实际充放电功率，为了能对动力电池充放电功率限值进行快速稳定的调节，采取PI控制方法，PI的控制变量为在留有安全区间的情况下，当前动力电池的充放电功率估算值和实际充放电功率的差值，即PI控制变量为以下所示：
PIin＝Pestimate-Pact-Poffst
式中：PIin为控制变量，Pestimate为动力电池的充放电功率限值，Pact为实际充放电功率，Poffst为安全区间值。
在放电过程中，当PIin为正值时，动力电池放电功率估算值大于实际放电功率，不需要对动力电池充放电功率限值进行调节；当PIin为负值时，动力电池充放电功率估算值小于实际充放电功率，所以P项和I项输出值都为负值，减小电池的放电功率，防止放电功率超限；
在充电过程中，当PIin为负值时，动力电池充电功率估算值大于实际充电功率，不需要对动力电池充电功率限值进行调节；当PIin为正值时，动力电池充放电功估算值的绝对值小于实际充电功率绝对值，所以P项和I项输出值都为正值，减小电池的充电能力，防止充电功率超限。
在S120中，在S120中，检测纯电动物流车的DCDC功率、空调功率和电机的充放电功率，用以限制电机的充放电功率。
通过采用上述技术方案，由于动力电池的实际充放电功率为车辆DCDC功率、空调功率和电机的充放电功率之和，而电机的充放电功率和电池的充放电功率息息相关，因此为保护动力电池的充放电功率不超限，对电机的充放电功率限制尤其重要。
在S130中，再次检测电机的状态和电池的充放电能力，采用电机在当前工况下限制的最大正扭矩对电机的最大允许驱动功率进行估算，同时，采用电机在当前工况下限制的最小负扭矩对电机的最大允许充电功率进行估算，检测动力电池的充放电能力时，先检测动力电池的充放电限值。
采用电机在当前工况下限制的最大正扭矩对电机的最大允许驱动功率进行估算的公式为：
Pavail_motion＝(Tavail_max/Tmax)/Pmax；
式中，Pavail_motion为电机可用驱动功率，Pmax为当前工况下的电机驱动外特性功率，Tavail_max为电机可用驱动扭矩，Tmax为当前工况下的电机驱动外特性扭矩；
采用电机在当前工况下限制的最小负扭矩对电机的最大允许充电功率进行估算的公式为：
Pavail_charge＝(Tavail_min/Tmin)/Pmin；
式中，Pavail_charge为电机可用充电功率，Pmin为当前工况下的电机充电外特性功率，Tavail_min为电机可用充电扭矩，Tmin为当前工况下的电机充电外特性扭矩。
通过采用上述技术方案，驱动电机的充放电功率主要受到电机的状态和动力电池的充放电能力的影响的影响；电机系统根据其当前工况下的状态，会向整车控制器发送其可用最大正扭矩和最小负扭矩，在其限制下，电机的最大充放电功率往往不能达到电机的外特性功率，可采用电机在当前工况下限制的最大正扭矩对电机的最大允许驱动功率进行估算，电机在当前工况下限制的最小负扭矩对电机的最大允许充电功率进行估算。
本发明的工作过程和工作原理如下：
首先估算动力电池的充放电功率限值，在估算动力电池的充放电功率限值时，由于动力电池的充放电功率限值受限于动力电池的状态、动力电池电量和动力电池的充放电功率缓冲区，所以估算动力电池的充放电功率限值时，检测动力电池的状态、动力电池电量和动力电池的充放电功率缓冲区；针对动力电池状态，采用整车控制器对动力电池系统的最大充放电功率进行检测，针对动力电池电量，根据动力电池当前的荷电状态高低，对动力电池的充放电功率进行相应的限制，针对动力电池的充放电功率缓冲区；
然后控制动力电池充放电功率限值，在控制动力电池充放电功率限值时，整车控制器对动力电池的充放电功率进行限制，控制动力电池的实际充放电功率，采取PI控制方法，对动力电池充放电功率限值进行快速稳定的调节；
然后检测动力电池实际充放电功率，在检测动力电池实际充放电功率时，检测车辆DCDC功率、空调功率和电机的充放电功率，限制电机的充放电功率；
最后根据电机的充放电功率限值完成对动力电池充放电功率超限的保护，在根据电机的充放电功率限值完成对动力电池充放电功率超限的保护时，再次检测电机的状态和动力电池的充放电能力，采用电机在当前工况下限制的最大正扭矩对电机的最大允许驱动功率进行估算，同时，采用电机在当前工况下限制的最小负扭矩对电机的最大允许充电功率进行估算。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种纯电动物流车动力电池充放电功率超限保护方法，其特征在于，所述超限保护方法使用到纯电动物流车、整车控制器、动力电池和动力电池系统，所述整车控制器、动力电池均安装于所述纯电动物流车上，所述动力电池系统安装在所述整车控制器上；
所述超限保护方法包括以下步骤：
S100、估算动力电池的充放电功率限值；
S110、控制动力电池充放电功率限值；
S120、检测动力电池实际充放电功率；
S130、根据电机的充放电功率限值完成对动力电池充放电功率超限的保护。
2.如权利要求1所述的一种纯电动物流车动力电池充放电功率超限保护方法，其特征在于：在S100中，动力电池的充放电功率限值受限于动力电池的状态、动力电池电量和动力电池的充放电功率缓冲区。
3.如权利要求2所述的一种纯电动物流车动力电池充放电功率超限保护方法，其特征在于：针对动力电池状态，采用整车控制器对动力电池系统的最大充放电功率进行检测，针对动力电池电量，根据动力电池当前的荷电状态高低，对动力电池的充放电功率进行相应的限制，针对动力电池的充放电功率缓冲区，对动力电池的充放电功率进行限制。
4.如权利要求1所述的一种纯电动物流车动力电池充放电功率超限保护方法，其特征在于：在S110中，整车控制器对动力电池的充放电功率进行限制，控制动力电池的实际充放电功率，采取PI控制方法，对动力电池充放电功率限值进行调节。
5.如权利要求4所述的一种纯电动物流车动力电池充放电功率超限保护方法，其特征在于：PI控制方法的公式为：
PIin＝Pestimate-Pact-Poffst 公式a
式中：
PIin—控制变量；
Pestimate—动力电池的充放电功率限值；
Pact—实际充放电功率；
Poffst—安全区间值。
6.如权利要求1所述的一种纯电动物流车动力电池充放电功率超限保护方法，其特征在于：在S120中，检测纯电动物流车的DCDC功率、空调功率和电机的充放电功率，用以限制电机的充放电功率。
7.如权利要求1所述的一种纯电动物流车动力电池充放电功率超限保护方法，其特征在于：在S130中，再次检测电机的状态和电池的充放电能力，采用电机在当前工况下限制的最大正扭矩对电机的最大允许驱动功率进行估算，同时，采用电机在当前工况下限制的最小负扭矩对电机的最大允许充电功率进行估算，检测动力电池的充放电能力时，先检测动力电池的充放电限值。
8.如利要求7所述的一种纯电动物流车动力电池充放电功率超限保护方法，其特征在于：采用电机在当前工况下限制的最大正扭矩对电机的最大允许驱动功率进行估算的公式为：
Pavail_motion＝(Tavail_max÷Tmax)÷Pmax 公式b
式中：
Pavail_motion—电机可用驱动功率；
Pmax—当前工况下的电机驱动外特性功率；
Tavail_max—电机可用驱动扭矩；
Tmax为当前工况下的电机驱动外特性扭矩；
采用电机在当前工况下限制的最小负扭矩对电机的最大允许充电功率进行估算的公式为：
Pavail_charge＝(Tavail_min÷Tmin)÷Pmin 公式c
式中：
Pavail_charge—电机可用充电功率；
Pmin—当前工况下的电机充电外特性功率；
Tavail_min—电机可用充电扭矩；
Tmin—当前工况下的电机充电外特性扭矩。
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