一种混合动力车辆的电池电量控制方法及控制系统
技术领域
本发明涉及混合动力车辆领域,特别是涉及一种混合动力车辆的电池电量控制方法及控制系统。
背景技术
为了环境保护和应对能源危机,节能减排成为各个国家研究的重点。在能源和环保的压力下,节能与新能源汽车成为了未来汽车发展的方向。由于不依赖充电设施,续驶里程不受到电池容量的限制,混合动力汽车得到了长足的发展。混合动力汽车是指同时装备两种动力来源——热动力源(由传统的汽油机或者柴油机产生)与电动力源(电池与电动机)的汽车。
动力电池是节能与新能源汽车的关键零部件,也是整车关键的成本构成。动力电池的使用寿命对整车的可靠性、使用成本关系重大。动力电池的使用寿命包含了日历寿命和循环寿命,其中循环寿命与运行温度、充放电电流大小以及充放电区间等因素的相关。过高或过低的温度,过大的充放电倍率,高的充电截止电压等都会加速电池的衰减。而日历寿命与电池的搁置温度以及搁置的电量状态相关,高的搁置温度以及电量对电池的日历寿命影响很大。
电池管理系统(BMS)是电池系统的一部分,负责管理维护电池和监控电池的状态,防止电池出现过充电和过放电,确保电池在合理的温度范围内工作。并通过控制电池的使用状态来延长电池的使用寿命。电池的荷电状态(SOC)是BMS需要时刻关注的一个用来描述电池剩余容量与总的可用容量的比值,常用百分数表达。保证电池工作在合理的SOC范围内,对电池的可靠性和高效性具有关键作用。
混合动力车运行过程中,由于考虑到电池的充放电功率以及SOC的精度问题,进入混合模式后,动力电池一般的使用电量范围在40%-70%。由于用户使用习惯不一样,无法控制车辆每天运行后的SOC值,而高SOC的搁置对电池的使用寿命不利。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种混合动力车辆的电池电量控制方法及控制系统,能够将有效延长电池的寿命。
本发明的另一个目的是要在不改变电池电芯本身的基础参数的前提下降低电池搁置的SOC。
特别地,本发明提供了一种混合动力车辆的电池电量控制方法,包括以下步骤:
记录预设数量的周期内用户使用车辆的用户行为数据;
根据所述用户行为数据确定用户每个周期的平均用车时间T;
获取所述车辆的电池的真实SOC;
并将所述电池的真实SOC按照以下预设的映射规则映射为显示SOC:
在T-A之前调用第一映射函数将所述电池的真实SOC映射为显示SOC,在T-A之后调用第二映射函数将所述电池的真实SOC映射为显示SOC,其中,A为预设时间段,所述第二映射函数相较于所述第一映射函数将真实SOC映射为更大的显示SOC;
将所述电池的显示SOC上报至所述车辆的控制器,以使得所述控制器根据所述电池的显示SOC控制所述电池的使用。
可选地,所述预设时间段A根据所述电池的电量和电耗确定。
可选地,所述第一映射函数和所述第二映射函数的切换处通过线性函数进行过渡处理。
可选地,所述第一映射函数为以第一预设值S1作为分段点的分段函数,所述第二映射函数为以第二预设值S2作为分段点的分段函数,其中,S1和S2均为SOC参数,且S1大于S2。
可选地,所述第一映射函数按以下公式进行映射:
真实SOC>S1时,显示SOC=S1*A1+(真实SOC-S1)*A2;
真实SOC≤S1时,显示SOC=(真实SOC-B1)*B2;
其中,A1、A2、B1和B2为预设的系数。
可选地,所述第二映射函数按以下公式进行映射:
真实SOC>S2时,显示SOC=S2*C1+(真实SOC-S2)*C2;
真实SOC≤S2时,显示SOC=(真实SOC-D1)*D2;
其中,C1、C2、D1和D2为预设的系数。
可选地,S1为60%-70%中任一值,S2为45%-55%中任一值。
可选地,所述用户行为数据包括每天的用车时间和充电次数。
本发明还提供了一种混合动力车辆的电池电量控制系统,包括处理器及存储器,所述存储器内存有计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时用于实现根据上述任一项所述的电池电量控制方法。
本发明通过在T-A之后的用车时间内安装第二映射函数将真实SOC映射为显示SOC,该第二映射函数较之前的第一映射函数将真实SOC映射为更大的显示SOC,因此能够促使车辆达到T的用车时间前更快地消耗电池电量,从而保证在车辆停止运行时电池具有较小SOC,即降低了电池搁置时的SOC,进而延长电池的寿命。本方法在不改变电芯本身的基础参数的情况下,通过BMS管理系统优化电池工作状态从而提高动力电池寿命。
进一步地,由于不需要更改电池电芯配方,仅采用BMS进行电池的状态预测以及使用方式调整,不需要其他控制器进行参与,减少对其他控制器的控制方式调整,因此节约的成本和时间。
进一步地,本实施例在现有SOC估算的基础上通过函数映射的方式,运行的时候结合混动车辆的策略,将SOC控制在有利于提高电池循环寿命的合理范围内。在车辆静置的时候,将动力电池的SOC也控制在有利于提高日历寿命的区域内。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述,本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解,这些附图未必是按比例绘制的。附图中:
图1是根据本发明一个实施例的混合动力车辆的电池电量控制方法的流程图。
具体实施方式
图1是根据本发明一个实施例的混合动力车辆的电池电量控制方法的流程图。如图1所示,本发明提供了一种混合动力车辆的电池电量控制方法,其一般性地可以包括以下步骤:
S10:记录预设数量的周期内用户使用车辆的用户行为数据,这里的用户行为数据是指用户在使用车辆时车辆系统记录的一些参数,至少包括每天的用车时间和充电次数,还可以是车辆的常用功率、固定的用车时间等用车习惯相关的数据。这里的预设数量的周期可以是一周、一个月、半年或者一年等。
S20:根据用户行为数据确定用户每个周期的平均用车时间T。
S30:获取车辆的电池的真实SOC,可以通过BMS来获取。
S40:并将电池的真实SOC按照以下预设的映射规则映射为显示SOC:
在T-A之前调用第一映射函数将电池的真实SOC映射为显示SOC,在T-A之后调用第二映射函数将电池的真实SOC映射为显示SOC,其中,A为预设时间段,第二映射函数相较于第一映射函数将真实SOC映射为更大的显示SOC。
S50:将电池的显示SOC上报至车辆的控制器,以使得控制器根据电池的显示SOC控制电池的使用。也就是说,这里的显示SOC是车辆的控制器进行计算所依据的数据,是计算控制车辆运行的所需参数的来源。同时显示SOC也是显示于仪表盘的数据。
BMS上电后,会上传电池的剩余电量(SOC)至仪表,考虑到动力电池的使用寿命以及故障率,一般会将电池的真实SOC与显示SOC(上报SOC)做一定的对应关系,简称映射函数。BMS上电后,会调用映射函数,在仪表上显示映射后的SOC值(显示SOC)并将显示SOC上报给车辆的总线、整车控制器等车辆控制器。
本实施例通过在T-A之后的用车时间内安装第二映射函数将真实SOC映射为显示SOC,该第二映射函数较之前的第一映射函数将真实SOC映射为更大的显示SOC,因此能够促使车辆达到T的用车时间前更快地消耗电池电量,从而保证在车辆停止运行时电池具有较小SOC,即降低了电池搁置时的SOC,进而延长电池的寿命。本方法在不改变电芯本身的基础参数的情况下,通过BMS管理系统优化电池工作状态从而提高动力电池寿命。
进一步地,由于不需要更改电池电芯配方,仅采用BMS进行电池的状态预测以及使用方式调整,不需要其他控制器进行参与,减少对其他控制器的控制方式调整,因此节约的成本和时间。
进一步地,本实施例在现有SOC估算的基础上通过函数映射的方式,运行的时候结合混动车辆的策略,将SOC控制在有利于提高电池循环寿命的合理范围内。在车辆静置的时候,将动力电池的SOC也控制在有利于提高日历寿命的区域内。
可选地,第一映射函数和第二映射函数可以是分段函数或者不分段函数。
一个实施例中,预设时间段A根据电池的电量和电耗确定。不同车辆的电耗不同,商用车电耗假设为0.4KWH/KM,车速平均为20KM/H,则消耗电量为8KWH/H,假设整车装载电量为20KWH,消耗40%的电量则需要1小时,此时可以取A为1小时。实际会根据整车的电量以及车辆电耗进行调整。假设平均用车时间T为5小时,预设时间段A为1小时,那么在4小时之前调用第一映射函数进行SOC的映射,在4小时之后使用第二映射函数进行映射,直至车辆停止运行。
另一个实施例中,第一映射函数和第二映射函数的切换处通过线性函数进行过渡处理,使得第一映射函数和第二映射函数两者切换处的数据能够平滑过渡。例如,目前电池的真实SOC为50%对应于映射函数1的显示SOC为37.8%,调用函数2后,真实SOC50%对应于显示SOC为70%,从37.8%到70%之间需要在后续的使用过程中SOC增加一个过渡系数逐步过渡,不能发生跳变。这样设置可以有利于电池电量的平缓使用,有利于其寿命的延长。
一个实施例中,第一映射函数为以第一预设值S1作为分段点的分段函数,第二映射函数为以第二预设值S2作为分段点的分段函数,其中,S1和S2均为SOC参数,且S1大于S2。
可选地,S1为60%-70%中任一值,例如S1为60%、65%或70%。
可选地,S2为45%-55%中任一值,例如S2为45%、50%或55%。
一个实施例中,第一映射函数按以下公式进行映射:
真实SOC>S1时,显示SOC=S1*A1+(真实SOC-S1)*A2;
真实SOC≤S1时,显示SOC=(真实SOC-B1)*B2;
其中,A1、A2、B1和B2为预设的系数。
可选地,A1为0.5到1之间的数值,A2为1.5到2之间的数值,B1为10到15之间的数值,B2为0到1之间的数值。
另一个实施例中,第二映射函数按以下公式进行映射:
真实SOC>S2时,显示SOC=S2*C1+(真实SOC-S2)*C2;
真实SOC≤S2时,显示SOC=(真实SOC-D1)*D2;
其中,C1、C2、D1和D2为预设的系数。
可选地,C1为0.5到1之间的数值,C2为0.5到1之间的数值,D1为10到15之间的数值,D2为1.5到2之间的数值。
在进一步的一个实施例中,第一映射函数和第二映射函数分别为以下形式:
S1=65%,即第一映射函数以65%作为分段。
真实SOC<65%时,显示SOC=(真实SOC-15)*1.08;
真实SOC=65%时,显示SOC=54%;
真实SOC>65%时,显示SOC=54+(真实SOC-65)*1.53。
表1示出了第一映射函数所对应的真实SOC和显示SOC。
表1
真实SOC |
显示SOC |
真实SOC |
显示SOC |
真实SOC |
显示SOC |
95 |
100 |
68 |
58.59 |
41 |
28.08 |
94 |
98.37 |
67 |
57.06 |
40 |
27 |
93 |
96.84 |
66 |
55.53 |
39 |
25.92 |
92 |
95.31 |
65 |
54 |
38 |
24.84 |
91 |
93.78 |
64 |
52.92 |
37 |
23.76 |
90 |
92.25 |
63 |
51.84 |
36 |
22.68 |
89 |
90.72 |
62 |
50.76 |
35 |
21.6 |
88 |
89.19 |
61 |
49.68 |
34 |
20.52 |
87 |
87.66 |
60 |
48.6 |
33 |
19.44 |
86 |
86.13 |
59 |
47.52 |
32 |
18.36 |
85 |
84.6 |
58 |
46.44 |
31 |
17.28 |
84 |
83.07 |
57 |
45.36 |
30 |
16.2 |
83 |
81.54 |
56 |
44.28 |
29 |
15.12 |
82 |
80.01 |
55 |
43.2 |
28 |
14.04 |
81 |
78.48 |
54 |
42.12 |
27 |
12.96 |
80 |
76.95 |
53 |
41.04 |
26 |
11.88 |
79 |
75.42 |
52 |
39.96 |
25 |
10.8 |
78 |
73.89 |
51 |
38.88 |
24 |
9.72 |
77 |
72.36 |
50 |
37.8 |
23 |
8.64 |
76 |
70.83 |
49 |
36.72 |
22 |
7.56 |
75 |
69.3 |
48 |
35.64 |
21 |
6.48 |
74 |
67.77 |
47 |
34.56 |
20 |
5.4 |
73 |
66.24 |
46 |
33.48 |
19 |
4.32 |
72 |
64.71 |
45 |
32.4 |
18 |
3.24 |
71 |
63.18 |
44 |
31.32 |
17 |
2.16 |
70 |
61.65 |
43 |
30.24 |
16 |
1.08 |
69 |
60.12 |
42 |
29.16 |
15 |
0 |
S2=50%,即第二映射函数以50%作为分段。
真实SOC<50%时,显示SOC=(真实SOC-15)*2;
真实SOC=50%时,显示SOC=70%;
真实SOC>50%时,显示SOC=70+(真实SOC-50)*0.67。
表2示出了第二映射函数所对应的真实SOC和显示SOC。
表2
真实SOC |
显示SOC |
真实SOC |
显示SOC |
真实SOC |
显示SOC |
95 |
100 |
68 |
82.06 |
41 |
52 |
94 |
99.48 |
67 |
81.39 |
40 |
50 |
93 |
98.81 |
66 |
80.72 |
39 |
48 |
92 |
98.14 |
65 |
80.05 |
38 |
46 |
91 |
97.47 |
64 |
79.38 |
37 |
44 |
90 |
96.8 |
63 |
78.71 |
36 |
42 |
89 |
96.13 |
62 |
78.04 |
35 |
40 |
88 |
95.46 |
61 |
77.37 |
34 |
38 |
87 |
94.79 |
60 |
76.7 |
33 |
36 |
86 |
94.12 |
59 |
76.03 |
32 |
34 |
85 |
93.45 |
58 |
75.36 |
31 |
32 |
84 |
92.78 |
57 |
74.69 |
30 |
30 |
83 |
92.11 |
56 |
74.02 |
29 |
28 |
82 |
91.44 |
55 |
73.35 |
28 |
26 |
81 |
90.77 |
54 |
72.68 |
27 |
24 |
80 |
90.1 |
53 |
72.01 |
26 |
22 |
79 |
89.43 |
52 |
71.34 |
25 |
20 |
78 |
88.76 |
51 |
70.67 |
24 |
18 |
77 |
88.09 |
50 |
70 |
23 |
16 |
76 |
87.42 |
49 |
68 |
22 |
14 |
75 |
86.75 |
48 |
66 |
21 |
12 |
74 |
86.08 |
47 |
64 |
20 |
10 |
73 |
85.41 |
46 |
62 |
19 |
8 |
72 |
84.74 |
45 |
60 |
18 |
6 |
71 |
84.07 |
44 |
58 |
17 |
4 |
70 |
83.4 |
43 |
56 |
16 |
2 |
69 |
82.73 |
42 |
54 |
15 |
0 |
由上述表格的数据对比可知,采用第二映射函数后,电池搁置时候的SOC与调用第一映射函数相比,显著降低,并可保持在50%以下。
由于整车的控制策略是采用显示SOC进行控制的,一般会控制电池运行在一定的SOC区域范围内。这个SOC范围一般在电池的中电量段,因为在这个区间电池的充放电功率比较均匀,在高SOC段,电池的充电功率太低,低SOC段,电池的放电功率太低,均不利于车辆的性能。且由于BMS的SOC误差问题,长时间在低SOC段运行整车有抛锚的风险。如果直接用第二映射函数的话,那么电池一直处于低SOC段运行,不管是对整车性能还是对可靠性都不利。本实施例通过调用第一映射函数和第二映射函数进行映射,可以使得电池保持在较佳的放电功率状态,有利于整车性能和可靠性。
本发明还提供了一种混合动力车辆的电池电量控制系统,包括处理器及存储器,存储器内存有计算机程序,计算机程序被处理器执行时用于实现根据任一个实施例中的电池电量控制方法。
电池电量控制系统可以为BMS,BMS记录一段时间的用户行为数据,包括每天使用时间、充电次数等,通过使用行为数据推测用户使用习惯,确定用户每天的平均用车时间T。BMS推测出用户每天平的均用车时间T,通过记录每天BMS的开机时间,从BMS开机到T-A时间段,BMS调用第一映射函数,到达T-A时间后,BMS调用第二映射函数。整车的控制策略是采用映射后的显示SOC进行控制,例如BMS上报给整车控制器(VCU),车辆总线等,以供车辆的其他系统使用电池电量数据。第二映射函数的运用,能够促使车辆达到T的用车时间前更快地消耗电池电量,从而保证在车辆停止运行时电池具有较小SOC,即降低了电池搁置时的SOC,进而延长电池的寿命。
至此,本领域技术人员应认识到,虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例,但是,在不脱离本发明精神和范围的情况下,仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此,本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。