CN111806298B - 特种车辆复合电源高压锂电池充放电阈值管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种特种车辆复合电源高压锂电池充放电阈值管理方法,属于复合电源技术领域。本发明基于模糊控制原理,通过对特种车辆的发电机、发动机、油门、刹车等多信息进行融合处理,在车辆运行过程中,根据特种车辆工况变动对高压锂电池的充电、放电阈值进行实时调整,以提高高压锂电池的利用效率和复合电源管理的灵活性与效率。
Description
技术领域
本发明属于复合电源技术领域,具体涉及一种特种车辆复合电源高压锂电池充放电阈值管理方法。
背景技术
为满足未来车辆全电化的必然趋势,复合电源系统已在特种车辆上广泛应用。典型复合电源如附图1所示,通常由发电机、高压锂电池、超级电容及电力变换装置组成,其中高压锂电池是复合电源的关键组成部件,在特种车辆静音行驶时负责车辆的全部电能输出,同时在正常工况下对特种车辆机电系统中的电能进行削峰填谷,增强机电系统电压的平顺性。因此,高压锂电池的管理方法直接影响到复合电源,以及特种车辆机电系统的整体性能。
当高压锂电池SOC高于充电阈值时,复合电源停止对高压锂电池充电,只允许放电;当高压锂电池SOC低于放电阈值时,复合电源停止对高压锂电池放电,只允许充电;而高压锂电池SOC介于两阈值之间时,复合电源允许高压锂电池与外界进行双向电能流动。高压锂电池的充电、放电阈值并不是一个固定的数值,而是可以在合理范围内进行调整,而特种车辆的不同工况对两阈值都有不同的需求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是:如何设计一种复合电源的高压锂电池充放电管理方法。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种特种车辆复合电源高压锂电池充放电阈值管理方法,包括以下步骤:
步骤一、选择判断特种车辆工况的参数,包括发动机转速、车速、油门踏板位置、制动踏板位置、发电机转速、连续急加速次数,连续急刹车次数;
步骤二、建立步骤一中参数的隶属度函数,得到各参数的隶属度函数曲线,所述隶属度函数采用高斯型函数,将各参数的取值划分为若干档;
步骤三、基于步骤二建立的隶属度函数设计高压锂电池充电、放电阈值调整策略。
优选地,步骤二中,归一化处理后的参数“车速”的隶属度函数曲线中,当车速位于中间“最优”处时,代表当前车速处于最合理区间;当车速位于右侧“高”处时,代表当前区间范围车速较高;当车速位于中间偏左侧“低”处时,代表当前区间范围车速低;当车速位于最左侧“很低”处时,代表当前区间范围车速很低;
归一化处理后的参数“发电机转速”的隶属度函数曲线中,当发电机转速位于中间“最优”处时,代表当前发电机转速处于最合理区间;当发电机转速位于中间偏右侧“高”处时,代表当前区间范围发电机转速偏高;当发电机转速位于右侧“很高”处时,代表当前区间范围发电机转速很高;当发电机转速位于中间偏左侧“低”处时,代表当前区间范围发电机转速偏低;当发电机转速位于最左侧“很低”处时,代表当前区间范围发电机转速很低;
归一化处理后的参数“发动机转速”的隶属度函数曲线中,当发动机转速位于中间“最优”处时,代表当前区间范围发动机转速处于最合理区间;当发动机转速位于中间偏右侧“高”处时,代表当前区间范围发动机转速偏高;当发动机转速位于右侧“很高”处时,代表当前区间范围发动机转速很高;当发动机转速位于中间偏左侧“低”处时,代表当前区间范围发动机转速偏低;当发动机转速位于最左侧“很低”处时,代表当前区间范围发动机转速很低;
归一化处理后的参数“连续急刹车次数”的隶属度函数曲线中,当连续急刹车次数位于中间“中等”处时,代表当前连续急刹车次数处于最合理区间;当连续急刹车次数位于右侧“多”处时,代表当前区间连续急刹车次数较多;当连续急刹车次数位于左侧“少”处时,代表当前区间连续急刹车次数较少;
归一化处理后的参数“连续急加速次数”的隶属度函数曲线中,当连续急加速次数位于中间“中等”处时,代表当前连续急加速次数处于最合理区间;当连续急加速次数位于右侧“多”处时,代表当前区间连续急加速次数较多;当连续急加速次数位于左侧“少”处时,代表当前区间连续急加速次数较少;
归一化处理后的参数“油门踏板位置”的隶属度函数曲线中,当油门踏板位置位于最左侧“很浅”处时,代表当前区间范围踩油门踏板深度很浅,动力供给少;当油门踏板位置位于左侧最“浅”处时,代表当前区间范围踩油门踏板深度浅,动力供给较少;当油门踏板位置位于右侧“深”处时,代表当前区间范围踩油门踏板深度较深,动力供给较多;当油门踏板位置位于最右侧“很深”处时,代表当前区间范围踩油门踏板深度深,动力供给多;
归一化处理后的参数“制动踏板位置”的隶属度函数曲线中,当制动踏板位置位于最左侧“很浅”处时,代表当前区间范围踩制动踏板深度很浅,刹车制动少;当制动踏板位置位于左侧最“浅”处时,代表当前区间范围踩制动踏板深度浅,刹车制动较少;当制动踏板位置位于右侧“深”处时,代表当前区间范围踩制动踏板深度较深,刹车制动较多;当制动踏板位置位于最右侧“很深”处时,代表当前区间范围踩制动踏板深度深,刹车制动多;
以上七种隶属度函数曲线中,各档位的判断阈值为预设值。
优选地,步骤三、基于步骤二建立的隶属度函数设计高压锂电池充电、放电阈值调整策略,具体的模糊控制逻辑策略按车辆实际行驶工况分为:
①连续急加速工况
如果:油门踏板位置位于“深”区间且连续急加速次数不少于“中等”区间值;
那么:电池充电阈值为70%,电池放电阈值为45%;
如果:油门踏板位置位于“很深”区间且连续急加速次数位于“多”区间;
那么:电池充电阈值为65%,电池放电阈值为40%;
②连续急刹车工况
如果:刹车踏板位置位于“深”区间且连续急刹车次数不少于“中等”区间值;
那么:电池充电阈值为83%,电池放电阈值为53%;
如果:刹车踏板位置位于“很深”区间且连续急刹车次数位于“多”区间;
那么:电池充电阈值为86%,电池放电阈值为56%;
③静音行驶工况
如果:发动机转速位于“很低”区间且车速不少于“最优”区间值且发电机转速不少于“低”区间值;
那么:电池充电阈值为65%,电池放电阈值为25%;
④正常行驶工况
如果:发电机转速不少于“最优”区间值且车速大于“很低”区间且连续急加速次数位于“低”区间且连续急刹车次数位于“低”区间;
那么:电池充电阈值为80%,电池放电阈值为50%;
⑤原地热车工况
如果:发电机转速不少于“最优”区间值且车速位于“很低”区间;
那么:电池充电阈值为88%,电池放电阈值为65%。
优选地,所述连续急加速次数为油门踏板1分钟内累积闭合次数。
优选地,所述连续急刹车次数为制动踏板1分钟内累积闭合次数。
优选地,步骤一中,还选择发电机使能状态作为判断特种车辆工况的参数。
优选地,步骤一中,还选择发电机转矩为判断特种车辆工况的参数。
本发明还提供了一种所述的方法在复合电源系统技术领域中的应用。
本发明还提供了一种所述的方法在特种车辆技术领域中的应用。
(三)有益效果
本发明基于模糊控制原理,通过对特种车辆的发电机、发动机、油门、刹车等多信息进行融合处理,在车辆运行过程中,根据特种车辆工况变动对高压锂电池的充电、放电阈值进行实时调整,以提高高压锂电池的利用效率和复合电源管理的灵活性与效率。
附图说明
图1为典型复合电源电路原理图;
图2至图8为特种车辆工况的主要参数的隶属度函数曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚,下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明基于模糊控制原理,提供了一种特种车辆复合电源的高压锂电池充放电管理方法,包括关键信息的分布函数建立,以及模糊控制规则设定,该方法的具体步骤如下:
步骤一、选择判断特种车辆工况的主要参数,包括发动机转速、车速、油门踏板位置、制动踏板位置、发电机转速、油门踏板1分钟内累积闭合次数,制动踏板1分钟内累积闭合次数;
步骤二、建立步骤一中参数的隶属度函数,如图2~图8所示,为各参数的隶属度函数曲线,为实现描述的一般性,已经将各参数的取值进行了归一化处理,均在0到1之间,隶属度函数采用高斯型函数,能够较合理地将各参数的取值划分为若干档;其中:
图2所示为归一化处理后的参数“车速”的隶属度函数值,当车速位于中间“最优”处时,代表当前车速处于最合理区间;当车速位于右侧“高”处时,代表当前区间范围车速较高;当车速位于中间偏左侧“低”处时,代表当前区间范围车速低;当车速位于最左侧“很低”处时,代表当前区间范围车速很低。
图3所示为归一化处理后的参数“发电机转速”的隶属度函数值,当发电机转速位于中间“最优”处时,代表当前发电机转速处于最合理区间;当发电机转速位于中间偏右侧“高”处时,代表当前区间范围发电机转速偏高;当发电机转速位于右侧“很高”处时,代表当前区间范围发电机转速很高;当发电机转速位于中间偏左侧“低”处时,代表当前区间范围发电机转速偏低;当发电机转速位于最左侧“很低”处时,代表当前区间范围发电机转速很低。
图4所示为归一化处理后的参数“发动机转速”的隶属度函数值,当发动机转速位于中间“最优”处时,代表当前区间范围发动机转速处于最合理区间;当发动机转速位于中间偏右侧“高”处时,代表当前区间范围发动机转速偏高;当发动机转速位于右侧“很高”处时,代表当前区间范围发动机转速很高;当发动机转速位于中间偏左侧“低”处时,代表当前区间范围发动机转速偏低;当发动机转速位于最左侧“很低”处时,代表当前区间范围发动机转速很低。
图5所示为归一化处理后的参数“连续急刹车次数”的隶属度函数值,当连续急刹车次数位于中间“中等”处时,代表当前连续急刹车次数处于最合理区间;当连续急刹车次数位于右侧“多”处时,代表当前区间连续急刹车次数较多;当连续急刹车次数位于左侧“少”处时,代表当前区间连续急刹车次数较少。
图6所示为归一化处理后的参数“连续急加速次数”的隶属度函数值,当连续急加速次数位于中间“中等”处时,代表当前连续急加速次数处于最合理区间;当连续急加速次数位于右侧“多”处时,代表当前区间连续急加速次数较多;当连续急加速次数位于左侧“少”处时,代表当前区间连续急加速次数较少。
图7所示为归一化处理后的参数“油门踏板位置”的隶属度函数值,当油门踏板位置位于最左侧“很浅”处时,代表当前区间范围踩油门踏板深度很浅,动力供给少;当油门踏板位置位于左侧最“浅”处时,代表当前区间范围踩油门踏板深度浅,动力供给较少;当油门踏板位置位于右侧“深”处时,代表当前区间范围踩油门踏板深度较深,动力供给较多;当油门踏板位置位于最右侧“很深”处时,代表当前区间范围踩油门踏板深度深,动力供给多。
图8所示为归一化处理后的参数“制动踏板位置”的隶属度函数值,当制动踏板位置位于最左侧“很浅”处时,代表当前区间范围踩制动踏板深度很浅,刹车制动少;当制动踏板位置位于左侧最“浅”处时,代表当前区间范围踩制动踏板深度浅,刹车制动较少;当制动踏板位置位于右侧“深”处时,代表当前区间范围踩制动踏板深度较深,刹车制动较多;当制动踏板位置位于最右侧“很深”处时,代表当前区间范围踩制动踏板深度深,刹车制动多。
以上各档位的判断阈值为预设值。
步骤三、基于步骤二建立的隶属度函数设计高压锂电池充电、放电阈值调整策略,具体模糊控制逻辑策略按车辆典型实际行驶工况分析如表1所示:
表1 模糊控制逻辑
从表1可以看出:
①连续急加速工况
如果:油门踏板位置位于“深”区间且连续急加速次数不少于“中等”区间值;
那么:电池充电阈值为70%,电池放电阈值为45%。
如果:油门踏板位置位于“很深”区间且连续急加速次数位于“多”区间;
那么:电池充电阈值为65%,电池放电阈值为40%。
②连续急刹车工况
如果:刹车踏板位置位于“深”区间且连续急刹车次数不少于“中等”区间值;
那么:电池充电阈值为83%,电池放电阈值为53%。
如果:刹车踏板位置位于“很深”区间且连续急刹车次数位于“多”区间;
那么:电池充电阈值为86%,电池放电阈值为56%。
③静音行驶工况
如果:发动机转速位于“很低”区间且车速不少于“最优”区间值且发电机转速不少于“低”区间值;
那么:电池充电阈值为65%,电池放电阈值为25%。
④正常行驶工况
如果:发电机转速不少于“最优”区间值且车速大于“很低”区间且连续急加速次数位于“低”区间且连续急刹车次数位于“低”区间;
那么:电池充电阈值为80%,电池放电阈值为50%。
⑤原地热车工况
如果:发电机转速不少于“最优”区间值且车速位于“很低”区间;
那么:电池充电阈值为88%,电池放电阈值为65%。
可以看出,本发明通过对特种车辆的行驶数据进行融合处理,判断目前特种车辆的所处工况,在有大量电能回馈,或全车耗能较低等情况时上调锂电池的充电阈值,使其能够储备更多能量;在全车耗能较高,需要高压蓄电池进行持续输出时下调锂电池的放电阈值,使其能够为车辆提供更多电能,从而增强了复合电源对外输出的性能,提高了复合电源管理和使用的灵活性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种特种车辆复合电源高压锂电池充放电阈值管理方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、选择判断特种车辆工况的参数,包括发动机转速、车速、油门踏板位置、制动踏板位置、发电机转速、连续急加速次数,连续急刹车次数;
步骤二、建立步骤一中参数的隶属度函数,得到各参数的隶属度函数曲线,所述隶属度函数采用高斯型函数,将各参数的取值划分为若干档;
步骤三、基于步骤二建立的隶属度函数设计高压锂电池充电、放电阈值调整策略;
步骤二中,归一化处理后的参数“车速”的隶属度函数曲线中,当车速位于中间“最优”处时,代表当前车速处于最合理区间;当车速位于右侧“高”处时,代表当前区间范围车速较高;当车速位于中间偏左侧“低”处时,代表当前区间范围车速低;当车速位于最左侧“很低”处时,代表当前区间范围车速很低;
归一化处理后的参数“发电机转速”的隶属度函数曲线中,当发电机转速位于中间“最优”处时,代表当前发电机转速处于最合理区间;当发电机转速位于中间偏右侧“高”处时,代表当前区间范围发电机转速偏高;当发电机转速位于右侧“很高”处时,代表当前区间范围发电机转速很高;当发电机转速位于中间偏左侧“低”处时,代表当前区间范围发电机转速偏低;当发电机转速位于最左侧“很低”处时,代表当前区间范围发电机转速很低;
归一化处理后的参数“发动机转速”的隶属度函数曲线中,当发动机转速位于中间“最优”处时,代表当前区间范围发动机转速处于最合理区间;当发动机转速位于中间偏右侧“高”处时,代表当前区间范围发动机转速偏高;当发动机转速位于右侧“很高”处时,代表当前区间范围发动机转速很高;当发动机转速位于中间偏左侧“低”处时,代表当前区间范围发动机转速偏低;当发动机转速位于最左侧“很低”处时,代表当前区间范围发动机转速很低;
归一化处理后的参数“连续急刹车次数”的隶属度函数曲线中,当连续急刹车次数位于中间“中等”处时,代表当前连续急刹车次数处于最合理区间;当连续急刹车次数位于右侧“多”处时,代表当前区间连续急刹车次数较多;当连续急刹车次数位于左侧“少”处时,代表当前区间连续急刹车次数较少;
归一化处理后的参数“连续急加速次数”的隶属度函数曲线中,当连续急加速次数位于中间“中等”处时,代表当前连续急加速次数处于最合理区间;当连续急加速次数位于右侧“多”处时,代表当前区间连续急加速次数较多;当连续急加速次数位于左侧“少”处时,代表当前区间连续急加速次数较少;
归一化处理后的参数“油门踏板位置”的隶属度函数曲线中,当油门踏板位置位于最左侧“很浅”处时,代表当前区间范围踩油门踏板深度很浅,动力供给少;当油门踏板位置位于左侧最“浅”处时,代表当前区间范围踩油门踏板深度浅,动力供给较少;当油门踏板位置位于右侧“深”处时,代表当前区间范围踩油门踏板深度较深,动力供给较多;当油门踏板位置位于最右侧“很深”处时,代表当前区间范围踩油门踏板深度深,动力供给多;
归一化处理后的参数“制动踏板位置”的隶属度函数曲线中,当制动踏板位置位于最左侧“很浅”处时,代表当前区间范围踩制动踏板深度很浅,刹车制动少;当制动踏板位置位于左侧最“浅”处时,代表当前区间范围踩制动踏板深度浅,刹车制动较少;当制动踏板位置位于右侧“深”处时,代表当前区间范围踩制动踏板深度较深,刹车制动较多;当制动踏板位置位于最右侧“很深”处时,代表当前区间范围踩制动踏板深度深,刹车制动多;
以上七种隶属度函数曲线中,各档位的判断阈值为预设值;
步骤三、基于步骤二建立的隶属度函数设计高压锂电池充电、放电阈值调整策略,具体的模糊控制逻辑策略按车辆实际行驶工况分为:
①连续急加速工况
如果:油门踏板位置位于“深”区间且连续急加速次数不少于“中等”区间值;
那么:电池充电阈值为70%,电池放电阈值为45%;
如果:油门踏板位置位于“很深”区间且连续急加速次数位于“多”区间;
那么:电池充电阈值为65%,电池放电阈值为40%;
②连续急刹车工况
如果:刹车踏板位置位于“深”区间且连续急刹车次数不少于“中等”区间值;
那么:电池充电阈值为83%,电池放电阈值为53%;
如果:刹车踏板位置位于“很深”区间且连续急刹车次数位于“多”区间;
那么:电池充电阈值为86%,电池放电阈值为56%;
③静音行驶工况
如果:发动机转速位于“很低”区间且车速不少于“最优”区间值且发电机转速不少于“低”区间值;
那么:电池充电阈值为65%,电池放电阈值为25%;
④正常行驶工况
如果:发电机转速不少于“最优”区间值且车速大于“很低”区间且连续急加速次数位于“低”区间且连续急刹车次数位于“低”区间;
那么:电池充电阈值为80%,电池放电阈值为50%;
⑤原地热车工况
如果:发电机转速不少于“最优”区间值且车速位于“很低”区间;
那么:电池充电阈值为88%,电池放电阈值为65%。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述连续急加速次数为油门踏板1分钟内累积闭合次数。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述连续急刹车次数为制动踏板1分钟内累积闭合次数。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤一中,还选择发电机使能状态作为判断特种车辆工况的参数。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤一中,还选择发电机转矩为判断特种车辆工况的参数。
6.一种如权利要求1至5中任一项所述的方法在复合电源系统技术领域中的应用。
7.一种如权利要求1至5中任一项所述的方法在特种车辆技术领域中的应用。
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