CN110466388B - 一种复合储能电动汽车能量管理方法 - Google Patents

一种复合储能电动汽车能量管理方法 Download PDF

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Abstract

一种复合储能电动汽车能量管理方法，属于汽车驱动与控制技术领域，本发明是为了实现对复合储能系统进行优化，降低复合储能系统运行的成本。本发明通过电池包充电的温度变化，利用温升、电池产热与电池内阻之间的关系，估算出电池内阻的变化，进而计算出电池包的电阻变化率，由电池包内阻的变化率来改变电池包放电阈值功率。通过电池管理策略，使电池的放电过程趋于稳定，从而减缓电池老化速度，降低复合储能汽车运行成本。本发明适用于复合储能电动汽车能量管理。

Description

一种复合储能电动汽车能量管理方法
技术领域
本发明属于汽车驱动与控制技术领域，具体涉及一种电动汽车能量管理方法。
背景技术
电池和超级电容组成的复合储能电动汽车已经受到越来越多人们的关注。复合储能系统可以利用超级电容来保护电池，进而延长电池寿命。但是采用何种方法对复合储能系统进行优化，最大程度地降低其运行成本，是现今电动汽车能量管理中遇到的难题。
发明内容
本发明是为了实现对复合储能系统进行优化，降低复合储能系统运行的成本，提出了一种复合储能电动汽车能量管理方法。
本发明所述的基于电池状态估计的复合储能电动汽车能量管理方法，
所述复合储能电动汽车的储能装置包括充电电池包和超级电容；该方法包括：
步骤一、采集电池包的初始参数；
步骤二、令电池包每充电T次更新一次放电阈值功率Pα；并设定放电阈值功率Pα的初始值，其中，T为正整数，Pα大于0；
步骤三、检测电池包的当前状态，当电池包进行充电时，判断电池包该次充电的阈值功率Pα更新次数是否满足Nbat_thr(n)≥2且Nbat_thr(n)>Nbat_thr(n-1)，是执行步骤四，否则，执行步骤五；
其中，n为该次充电次数，n-1为上一次充电的次数；
Nbat_thr(n)和Nbat_thr(n-1)分别为
Figure BDA0002177755130000011
和
Figure BDA0002177755130000012
均向下取整的整数；
Nbat_thr(n)为第n次充电时电池放电阈值更新次数；Nbat_thr(n-1)为第n-1次数充电时电池放电阈值更新次数；其中n为大于1的整数；
步骤四、利用电池包第n次充电前的温度与充电结束时的温度和电池包的初始参数，获取电池包当前放电周期的放电阈值功率Pα；执行步骤五；
步骤五、计算复合储能电动汽车行驶过程中的需求功率Pneed，将需求功率Pneed与电池包放电阈值功率Pα进行比较，通过比较结果控制电池包与超级电容进行充电或放电，当充电或放电完成后返回执行步骤三。
本发明通过电池包充电的温度变化，利用温升、电池产热与电池内阻之间的关系，估算出电池内阻的变化，进而计算出电池包的电阻变化率，由电池包内阻的变化率来改变电池包放电阈值功率。通过电池管理策略，使电池的放电过程中尽量减少放电功率超过阈值功率的次数，实现电池包放电功率趋于稳定，从而减缓电池老化速度，实现了对复合储能系统的优化，降低了复合储能汽车运行成本。
附图说明
图1是本发明所述复合储能电动汽车能量管理方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述复合储能电动汽车能量管理方法，所述复合储能电动汽车的储能装置包括充电电池包和超级电容；该方法包括：
步骤一、采集电池包的初始参数；
所述参数包括质量m、比热容c、电池初始内阻R0和电池容量Ca；
步骤二、令电池包每充电T次更新一次放电阈值功率Pα；并设定放电阈值功率Pα的初始值，其中，T为正整数,，Pα大于0；
步骤三、检测电池包的当前状态，当电池包进行充电时，判断电池包该次充电的阈值功率Pα更新次数是否满足Nbat_thr(n)≥2且Nbat_thr(n)>Nbat_thr(n-1)，是执行步骤四，否则，执行步骤五；
其中，n为该次充电次数，n-1为上一次充电的次数；
Nbat_thr(n)和Nbat_thr(n-1)分别为
Figure BDA0002177755130000021
和
Figure BDA0002177755130000022
均向下取整的整数；
Nbat_thr(n)为第n次充电时电池放电阈值更新次数；Nbat_thr(n-1)为第n-1次数充电时电池放电阈值更新次数；其中n为大于1的整数；
步骤四、利用电池包第n次充电前的温度与充电结束时的温度和电池包的初始参数，获取电池包当前放电周期的放电阈值功率Pα；执行步骤五；
步骤五、计算复合储能电动汽车行驶过程中的需求功率Pneed，将需求功率Pneed与电池包放电阈值功率Pα进行比较，通过比较结果控制电池包与超级电容进行充电或放电，当充电或放电完成后返回执行步骤三。
本实施方式所述的基于电池状态估计的复合储能电动汽车能量管理方法，首先根据电池包的充电内阻的变化率计算出电池包第N次充电过程中的产热量，并根据产热量估算电池包内阻变化值，根据电池包内阻的变化值计算电池内阻变化率，根据电池包内阻变化率获得电池包放电阈值功率Pα，通过将复合储能电动汽车的需求功率与电池包放电功率阈值进行比较，根据比较结果控制电池包和复合储能电动汽车的超级电容进行供电或回收制动能量。
本实施方式所述的方法在对电池大功率充电过程中进行产热分析的基础上，估计电池的老化状态，根据电池老化状态改变汽车在行驶过程中电池放电阈值功率，进而利用电阈值功率改变电池充放电策略达到延长电池寿命，然后通过调整超级电容与电池的功率分配来确定复合储能电动汽车在运行过程中的能量管理算法，实现增加汽车续航里程的目的。
进一步地，本实施方式中，步骤四所述的取电池包放电阈值功率Pα的具体步骤为：
步骤四一、利用电池包第n次充电前的温度与充电结束时的温度和电池包的初始参数，计算电池包第n次充电过程中的产热量；
步骤四二、根据步骤四一计算的产热量估算电池包内阻变化值；
步骤四三、利用步骤四二估算的电池包内阻变化值计算电池包内阻变化率σ；
步骤四四、根据电池包内阻变化率σ，计算获得电池包放电阈值功率Pα。
本实施方式所述的放电阈值功率是根据电池包充电过程中的内阻变化率进行优化获得的。放电阈值功率的改变主要是为了在电池使用老化的过程中，通过对电池放电功率进行限制，减少电池大倍率放电的次数，避免大倍率放电对电池造成损耗，减缓电池老化速度，延长电池寿命。
进一步地，本实施方式中，步骤五所述将需求功率Pneed与电池包放电阈值功率Pα进行比较，通过比较结果控制电池包与超级电容进行充电或放电的具体方法为：
步骤五一、判断需求功率Pneed是否大于0，若是，则执行步骤五二，否则执行步骤五六；
步骤五二、判断需求功率Pneed是否大于电池包放电阈值功率Pα，若是，则执行步骤五三，否则，执行步骤五五；
步骤五三、判断超级电容的剩余电量SOC是否大于50％，是则执行步骤五四，否则执行步骤五五；
步骤五四、电池包提供阈值功率Pα，超级电容提供剩余功率Pneed-Pα；返回执行步骤五一；
步骤五五、电池包提供复合储能电动汽车的需求功率Pneed；返回执行步骤五一；
步骤五六、判断超级电容的剩余电量SOC是否大于90％，是则回收复合储能电动汽车的制动能量为电池包充电；返回执行步骤五一；否则回收复合储能电动汽车的制动能量为超级电容充电，返回执行步骤五一。
本实施方式电池包放电阈值功率Pα是电池放电的功率界值，当电池的放电功率大于所述放电阈值功率Pα时，电池包容易过度放电造成电池析锂，加速电池包的老化，因此，在电池包放电控制策略中，尽量保持电池的放电功率小于放电阈值功率Pα，因此，尽量采用超级电容与电池包配合充电，当超级电容的剩余电量(荷电状态)低于50％时，超级电容无法进行放电，因此，为了使汽车正常行驶只能由电池包进行放电，若此时，电池包的实际放电功率低于电动汽车的需求功率，说明电池包需要进行充电。电动汽车的系统进行报警。且本发明所述方法是在现有电动汽车的基础上执行的，现有电动汽车均存在电量检测结构，随时检测电池包的剩余电量，当电池包电量低时进行报警，提示充电。
进一步地，本实施方式中,步骤四一所述计算电池包第n次充电过程中的产热量的具体方法为：通过公式：
Q＝cm(T2-T1) (1)
计算实现，其中，Q为第n次充电过程中的产热量，c为比热容；m为电池组质量；T1为第n次充电前电池包的温度；T2为第n次充电结束电池包的温度。
进一步地，本实施方式中，步骤四二所述估算电池包内阻变化值的具体方法为：
通过公式：
Figure BDA0002177755130000051
计算实现，其中，Ca为电池容量，M为充电倍率，t为充电时间，Rn为第n次充电电池内阻。
进一步地，本实施方式中，步骤四三所述计算电池包内阻变化率σ具体方法为：
通过公式：
Figure BDA0002177755130000052
计算实现，式中：σ为电池内阻变化率，RT为第T次充电电池内阻，R0为电池初始内阻,
Figure BDA0002177755130000053
为电池包第Nbat_thr·T次充电内阻，
Figure BDA0002177755130000054
为第电池包(Nbat_thr-1)·T次充电内阻。
进一步地，本实施方式中，步骤四四所述计算获得电池包放电阈值功率Pα的具体方法为：通过对电池包内阻变化率σ进行多目标优化、凸优化或利用遗传算法进行优化获得。
进一步地，本实施方式中，步骤二所述的放电阈值功率Pα的初始值为电池包最大持续放电电流对应的放电功率。
电池衰减是一个缓慢变化的过程，相邻充电间隔内，电池内阻变化是很微小的，只有在充电间隔较大时，内阻才会有明显的变化，因此要以充电T次，执行一次电池包放电功率阈值更新即可。这样有效的实现了对电池的变化率有效的跟踪，避免了利用理论参数进行电池的内阻变化率的影响，而造成的评估误差偏大，影响电动汽车的供能。同时根据汽车运行过程中的参数计算汽车的需求功率，根据电池的剩余电量计算电池的输出功率是否大于阈值功率，当电池的输出功率大于阈值功率时，根据能量管理策略进行功率分配提供，当电池的输出功率小于阈值功率时，说明电池需要进行充电，提示使用人员及时充电避免影响使用。这样有效的提高了电动汽车的使用效率。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种复合储能电动汽车能量管理方法，所述复合储能电动汽车的储能装置包括充电电池包和超级电容；其特征在于，该方法包括：
步骤一、采集电池包的初始参数；
步骤二、令电池包每充电T次更新一次放电阈值功率Pα；并设定放电阈值功率Pα的初始值，其中，T为正整数，Pα大于0；
步骤三、检测电池包的当前状态，当电池包进行充电时，判断电池包该次充电的阈值功率Pα更新次数是否满足Nbat_thr(n)≥2且Nbat_thr(n)>Nbat_thr(n-1)，是执行步骤四，否则，执行步骤五；
其中，n为该次充电次数，n-1为上一次充电的次数；
Nbat_thr(n)和Nbat_thr(n-1)均均为整数；
Nbat_thr(n)为第n次充电时电池放电阈值更新次数；Nbat_thr(n-1)为第n-1次数充电时电池放电阈值更新次数；其中n为大于1的整数；
步骤四、利用电池包第n次充电前的温度与充电结束时的温度和电池包的初始参数，获取电池包当前放电周期的放电阈值功率Pα；执行步骤五；
步骤五、计算复合储能电动汽车行驶过程中的需求功率Pneed，将需求功率Pneed与电池包放电阈值功率Pα进行比较，通过比较结果控制电池包与超级电容进行充电或放电，当充电或放电完成后返回执行步骤三。
2.根据权利要求1所述一种复合储能电动汽车能量管理方法，其特征在于，步骤四中所述的获取电池包当前放电周期的放电阈值功率Pα的具体步骤为：
步骤四一、利用电池包第n次充电前的温度与充电结束时的温度和电池包的初始参数，计算电池包第n次充电过程中的产热量；
步骤四二、根据步骤四一计算的产热量估算电池包内阻变化值；
步骤四三、利用步骤四二估算的电池包内阻变化值计算电池包内阻变化率σ；
步骤四四、根据电池包内阻变化率σ，计算获得电池包放电阈值功率Pα。
3.根据权利要求1或2所述一种复合储能电动汽车能量管理方法，其特征在于，步骤五所述将需求功率Pneed与电池包放电阈值功率Pα进行比较，通过比较结果控制电池包与超级电容进行充电或放电的具体方法为：
步骤五一、判断需求功率Pneed是否大于0，若是，则执行步骤五二，否则执行步骤五六；
步骤五二、判断需求功率Pneed是否大于电池包放电阈值功率Pα，若是，则执行步骤五三，否则，执行步骤五五；
步骤五三、判断超级电容的剩余电量SOC是否大于50％，是则执行步骤五四，否则执行步骤五五；
步骤五四、电池包提供阈值功率Pα，超级电容提供剩余功率Pneed-Pα；返回执行步骤五一；
步骤五五、电池包提供复合储能电动汽车的需求功率Pneed；返回执行步骤五一；
步骤五六、判断超级电容的剩余电量SOC是否大于90％，是则回收复合储能电动汽车的制动能量为电池包充电；返回执行步骤五一；否则回收复合储能电动汽车的制动能量为超级电容充电，返回执行步骤五一。
4.根据权利要求2所述一种复合储能电动汽车能量管理方法，其特征在于，步骤四一所述计算电池包第n次充电过程中的产热量的具体方法为：通过公式：
Q＝cm(T2-T1) (1)
计算实现，其中，Q为第n次充电过程中的产热量，c为比热容；m为电池组质量；T1为第n次充电前电池包的温度；T2为第n次充电结束电池包的温度。
5.根据权利要求2或4所述一种复合储能电动汽车能量管理方法，其特征在于，步骤四二所述估算电池包内阻变化值的具体方法为：
通过公式：
Figure FDA0002598797320000021
计算实现，其中，Ca为电池容量，M为充电倍率，t为充电时间，Rn为第n次充电电池内阻。
6.根据权利要求5所述一种复合储能电动汽车能量管理方法，其特征在于，步骤四三所述计算电池包内阻变化率σ具体方法为：
通过公式：
Figure FDA0002598797320000022
计算实现，式中：σ为电池内阻变化率，RT为第T次充电电池内阻，R0为电池初始内阻,
Figure FDA0002598797320000031
为电池包第Nbat_thr·T次充电内阻，
Figure FDA0002598797320000032
为第电池包(Nbat_thr-1)·T次充电内阻。
7.根据权利要求3所述一种复合储能电动汽车能量管理方法，其特征在于，步骤四四所述计算获得电池包放电阈值功率Pα的具体方法为：
通过多目标优化、凸优化、遗传算法优化中的一种方法获得。
8.根据权利要求1所述一种复合储能电动汽车能量管理方法，其特征在于，步骤二所述的放电阈值功率Pα的初始值为电池包最大持续放电电流对应的放电功率。
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