CN111942218A - 车用复合电池的电流分配装置及电流分配方法 - Google Patents

车用复合电池的电流分配装置及电流分配方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种车用复合电池的电流分配装置以及电流分配方法。电流分配装置具备:控制部,其使用控制参数,对所述车用复合电池的总需求电流进行分配,确定由所述功率型电池输出的电流与由所述容量型电池输出的电流;以及存储部,其针对不同的行驶路况的每一种而储存有最佳控制参数,所述最佳控制参数为所述容量型电池的使用寿命最长的所述控制参数,当所述车辆在某一种所述行驶路况下行驶时,所述控制部选择与该行驶路况相对应的所述最佳控制参数来分配所述总需求电流。根据本发明,能够针对不同的行驶路况,选择最佳的控制参数对车用复合电池的电流进行分配,从而有效提高车用复合电池的使用寿命。

Description

车用复合电池的电流分配装置及电流分配方法
技术领域
本发明涉及一种车用复合电池的电流分配装置及电流分配方法。
背景技术
随着传统能源的枯竭,环境污染的逐步加重,国家提出了节能减排的政策,引导车企大力发展生产电动车,逐渐代替燃油车。电动车的关键能量单元是动力电池,发展相关技术来延长动力电池的使用寿命,提高电动车的性价比,电动车在市场上才能更有竞争力。
一种复合电池被用来延长动力电池的寿命。复合电池由容量型电池和功率型电池并联而成,综合了容量型电池续航里程高和功率型电池瞬时功率大的优点。在电动车行驶过程中,容量型电池起主要的供电作用,功率型电池起辅助作用,特别是在重度使用工况下,功率型电池能够分担一部分容量型电池的消耗。通过这种方式,使得容量型电池的温度升高得到减缓,从而延长寿命。
但是,目前的复合电池系统,在对电流在两种电池间的分配问题上,只是在硬件上对电流进行简单地控制分配,没有加上软件上的控制策略。因此,为复合电池增加优化的控制策略,为不同行驶路况寻找最优的电流分配方案,具有重大的意义和使用价值。
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于提供一种有效提高电池寿命的车用复合电池的电流分配装置及电流分配方法。
解决问题的技术手段
本发明涉及一种车用复合电池的电流分配装置,所述车用复合电池包括功率型电池和容量型电池,所述电流分配装置的特征在于,具备:控制部,其使用控制参数,对所述车用复合电池的总需求电流进行分配,确定由所述功率型电池输出的电流与由所述容量型电池输出的电流;以及存储部,其针对不同的行驶路况的每一种而存储有最佳控制参数,所述最佳控制参数为所述容量型电池的使用寿命最长的所述控制参数,当所述车辆在某一种所述行驶路况下行驶时,所述控制部选择与该行驶路况相对应的所述最佳控制参数来分配所述总需求电流。
本发明还涉及一种车用复合电池的电流分配方法,所述车用复合电池包括功率型电池和容量型电池,所述电流分配方法的特征在于,当所述车辆在某一种行驶路况下行驶时,控制部选择与该行驶路况相对应的最佳控制参数来分配所述车用复合电池的总需求电流,确定由所述功率型电池输出的电流与由所述容量型电池输出的电流,所述最佳控制参数为针对不同的行驶路况的每一种而被存储在存储部中的、所述容量型电池的使用寿命最长的所述控制部的控制参数。
发明的效果
根据本发明,能够针对不同的行驶路况,选择最佳的控制参数对车用复合电池的电流进行分配,从而有效提高车用复合电池的使用寿命。
附图说明
图1为表示并联式PHEV的动力结构框图。
图2为表示混联式PHEV的动力结构框图。
图3为表示PHEV的功率分配的示意图。
图4为表示本发明所涉及的复合电池的结构的示意图。
图5为表示本发明所涉及的电流分配装置的构成的框图。
图6为表示本发明所涉及的电流分配装置的动作的流程图。
图7为说明本发明所涉及的电流分配装置的控制过程以及车用复合电池使用寿命计算的示意图。
图8为表示本发明所涉及的电流分配装置的最佳控制参数的获取的流程图。
具体实施方式
以下,参照图1~图8来详细说明本发明。
目前,由于电池技术的限制,纯电动汽车存在电池续航里程不能满足用户需求的问题。车主存在着严重的里程焦虑。在纯电动汽车能全面普及之前,油电混合动力汽车是过渡阶段比较合适的替代方案。而插电式混合动力汽车(PHEV)是目前市场占有额最大的混合动力汽车。因此,在本发明中,对应用在PHEV中的电流分配装置以及分配方法进行了详细的说明。然而,本发明并不限于被应用在PHEV中,也能够应用于纯电动汽车等其他类型的电动汽车。
图1-图3对PHEV的动力结构以及功率分配进行了详细说明。
PHEV一共有三种动力结构,即串联式动力结构、并联式动力结构和混联式动力结构。市场上以并联式动力结构(图1)和混联式动力结构(图2)为主。如图1-图2所示,在并联式动力结构中,电动机和发动机相互独立,分别向传动装置输出功率,而在混联式动力结构中,发动机还能够通过发电机向电池系统供应电力,为电池系统充电。
并联式动力结构和混联式动力结构的PHEV即能够以纯电动驱动模式行驶,也能够以电动机和发动机共同驱动模式行驶。在城市路况、乡村路况和高速路况等不同的行驶路况下,PHEV的驱动模式会不同。并且,如图3所示,PHEV的功率需求根据驱动模式而被分配给发动机和电动机。因而,在不同的行驶路况下,电池系统需要提供的总需求电流不同。本发明能够针对不同行驶路况的总需求电流,选择最佳的控制部的控制参数,将总需求电流分为容量型电池电流和功率型电池电流,即能够针对不同的行驶路况,提供最佳的电流分配方案。
图4为表示本发明所涉及的复合电池的结构的示意图。
如图4所示,在本发明所涉及的复合电池中,包括并联连接的容量型电池和功率型电池。电流分配装置根据控制部的控制参数,确定功率型电池的电流,总需求电流减去功率型电池电流后即是容量型电池的电流。DC/DC转换器是用于平衡两种电池的电压,使其需要满足电压相等的要求。由于功率型电池的优势在于对于瞬态大变化的承受力强,不需要担心其寿命。一般的,功率型电池的寿命比容量型电池长。因而,延长容量型电池的使用寿命即可延长复合电池的使用寿命。
下面,参照图5,对本发明的所涉及的电流分配装置的构成进行说明。
如图5所示,本发明的电流分配装置1具备输入部11、存储部12、控制部13。并且,控制部13包括温度控制部131、剩余电量控制部132。
输入部11供使用者输入各种指令,例如由触摸面板等输入设备构成。
存储部12针对不同的行驶路况的每一种而分别存储有最佳控制参数,所述最佳控制参数为所述容量型电池的使用寿命最长的控制部13的控制参数。并且,在存储部12中,还与所述最佳控制参数相关联地存储有温度差参考值,所述温度差参考值在温度控制部131中使用。存储部12例如由非易失性存储器等构成。
控制部13使用控制参数,总需求电流进行分配,确定由所述功率型电池输出的电流与由所述容量型电池输出的电流。并且,当车辆在某一种行驶路况下行驶时,控制部13选择与该行驶路况相对应的所述最佳控制参数来分配所述总需求电流。另外,控制部13还根据温度控制部131、剩余电量控制部132的反馈,对总需求电流的分配进行调整,详细说明将在后文叙述。
温度控制部131输入容量型电池的温度与功率型电池的温度的温度差,并将该温度差与温度差参考值进行比较。
剩余电量控制部132对功率型电池的剩余电量的变化量与容量型电池的剩余电量的变化量进行比较。
图6为表示本发明所涉及的电流分配装置的动作的流程图。
如图6所示,在使用者经由所输入部11将行驶路线划分成不同的所述行驶路况的组合的情况下,即来自有使用者的指令时(步骤S1中为是),根据使用者的选择,将行驶路线标记为“城市路况”、“乡村路况”、“高速路况”等不同的行驶路况(步骤S3)。在城市路况中,车辆的速度较低,启停较多。在高速路况中,车辆的速度较高,启停较少。而乡村路况介于高速路况和城市路况之间。随后,针对不同的行驶路况,分别从存储部12中选择最佳控制参数,并输出至控制部13(步骤S4)。在车辆行驶时,控制部13选择与行驶路况相对应的最佳控制参数,并在行驶路况发生变化时相应地切换最佳控制参数(步骤S5)。
在使用者未对行驶路径进行划分的情况下,即没有来自使用者的指令(步骤S1中为否),控制部13使用全局控制参数对总需求电流进行分配,从而结束控制参数的选择。该全局控制参数预先存储在存储部12中,适用于所有的行驶路况。
下面参照图7,对本发明所涉及的电流分配装置的控制过程进行说明。
在电流分配装置获取到了某行驶路况下的总需求电流Id之后,控制部13(包括作为温度控制部131的温度PID控制器和作为剩余电量控制部132的SOC(State Of Charge,剩余电量)PID控制器等)基于最佳控制参数确定功率型电池的电流I1,并相应地算出容量型电池的电流I2(Id-I1)。随后,分别获得功率型电池的剩余电量SOC1和温度T1,以及容量型电池的剩余电量SOC2和温度T2,并将温度T1与温度T2的温度差△T输入至温度PID控制器,将剩余电量SOC1、剩余电量SOC2输入至SOC PID控制器。在温度PID控制器中将温度差△T与温度差参考值进行比较,在SOC PID控制器中,比较两种电池的剩余电量。根据温度PID控制器以及SOC PID控制器的反馈,以所述温度差参考值作为所述温度差△T的控制目标,且以所述容量型电池的剩余电量SOC2作为所述功率型电池的剩余电量SOC1的控制目标,控制部对总需求电流的分配进行调整。即,在同时考虑两种电池的温度和剩余电量的基础上,调整总需求电流的分配。从而,控制部13地使用最佳控制参数来不断地调整总需求电流的分配,使得功率型电池分担容量型电池的功率输出,从而能够进一步地延长容量型电池的使用寿命。
在这里,当选择温度PID控制器作为温度控制部131,选择SOC PID控制器作为剩余电量控制部132时,控制参数具体为温度PID控制器的Kp、Ki、Kd、以及SOC PID控制器的Kp、Ki、Kd。当然,也可以选择其他反馈控制器作为温度控制部131和剩余电量控制部132,此时,控制参数为所选择的反馈控制器的控制参数。
另外,在本发明中,控制部13针对不同的行驶路况的每一种而分别选择最佳控制参数,控制该行驶路况下的电流分配。在此,最佳控制参数为所述容量型电池的使用寿命最长的控制参数,并预先存储在存储部12中。因而,需要预先根据容量型电池的使用寿命来确定不同路况下的最佳控制参数。
在本发明,能够使用在车辆实际行驶时的控制过程中获得的规定时间段的两种电池的电流变化数据、剩余电量变化数据、温度变化数据中的至少一个来计算容量型电池的使用寿命以及功率型电池的使用寿命。但是,也能够如图7所示,使用本领域常用的电池模型来计算规定时间段的两种电池的电流变化数据、剩余电量变化数据、温度变化数据中的至少一个,进而计算容量型电池的使用寿命以及功率型电池的使用寿命。另外,使用寿命的计算方法能够采用专利文献CN103299201A中的电池使用寿命预测方法等本领域常用的电池使用寿命计算方法。在此,省略电池的使用寿命计算的详细过程。另外,在本发明中,由于根据容量型电池的使用寿命来确定不同路况下的最佳控制参数,因此,也可以仅对容量型电池的使用寿命进行计算。
下面,参照图7-8,对使用电池模型来计算规定时间段的容量型电池的电流变化数据、剩余电量变化数据、温度变化数据,进而计算容量型电池的使用寿命进行具体的说明。
在本发明中,预先使用粒子群算法等优化算法对所述控制参数进行选择,以所选择的控制参数以及某行驶路况下的总需求电流为输入,计算在控制部使用该控制参数时的容量型电池的使用寿命,并获得使所述容量型电池的使用寿命最长的所述控制参数作为所述最佳控制参数,并存储在所述存储部中。在此,某行驶路况下的总需求电流根据车辆在该行驶路况下实际行驶的电流数据综合而得,为该行驶路况的代表性的电流数据。
在选择控制参数之后,算出在所述控制部使用该控制参数对所述总需求电流Id进行分配时由所述容量型电池输出的电流I2以及由所述功率型电池输出的电流I1,根据由所述容量型电池输出的电流I2算出所述容量型电池的温度T2以及剩余电量SOC2,根据由所述功率型电池输出的电流I1算出所述功率型电池的温度T1以及剩余电量SOC1,之后,根据所算出的所述容量型电池的温度T2与所算出的所述功率型电池的温度T1的温度差△T以及温度差参考值推定出所述温度控制部的反馈,根据所算出的所述功率型电池的剩余电量SOC1与所述容量型电池的剩余电量SOC2推定出所述剩余电量控制部的反馈,并根据所述温度控制部的反馈和所述剩余电量控制部的反馈,以所述温度差参考值作为所述温度差的控制目标,且以所述容量型电池的剩余电量作为所述功率型电池的剩余电量的控制目标,对所述总需求电流的分配进行调整,并将上述控制过程执行规定的时间,由此获得规定时间段的所述容量型电池的电流变化数据、温度变化数据、剩余电量变化数据,并根据由所述电流变化数据、所述温度变化数据、所述剩余电量变化数据中的至少一个来算出所述容量型电池的使用寿命。如此能够获得与一个控制参数相对应的所述容量型电池的使用寿命。
另外,在图8中示出了本发明所涉及的电流分配装置的最佳控制参数的获取的流程。在输入了某行驶路况下的总需求电流(步骤S41)和初始控制参数(步骤S42)之后,控制部15基于初始控制参数对该总需求电流进行分配(步骤S43),并根据上述过程计算该初始控制参数所对应的容量型电池的使用寿命(步骤S44)。随后,判断是否满足停止条件(步骤S45)。在满足停止条件(步骤S45中为是)时,停止控制参数的选择,将与最长的容量型电池的使用寿命相对应控制参数作为最佳控制参数(步骤S47),并将最佳控制参数输出至控制部15,从而结束控制参数的优化。在不满足停止条件的情况下(步骤S45中为否),采用粒子群算法等优化算法选择另一组控制参数,重复步骤S43-S45,直至满足停止条件。在此,作为停止条件能够举出例如选择控制参数的次数达到预先规定的次数或者计算出的所述容量型电池的使用寿命的变化量小于规定的阈值等。
由此,能够针对不同的行驶路况,预先优化出使容量型电池的使用寿命最长的最佳控制参数,并将其存储在存储部12中。
如此,根据本实施方式,控制部13能够针对不同的行驶路况,分别选择使容量型电池的使用寿命最长的最佳控制参数来分配总需求电流,从而能够高效地提高复合电池的使用寿命。
另外,本发明并不限定于以上所说明的实施方式,在本发明的技术思想内,具有本领域的公知常识的人可以实施多种变形以及组合是显而易见的。
符号说明
1 电流分配装置、11 输入部、12 存储部、13 控制部、131 温度控制部、132 剩余电量控制部。

Claims (10)

1.一种车用复合电池的电流分配装置,所述车用复合电池包括功率型电池和容量型电池,所述电流分配装置的特征在于,具备:
控制部,其使用控制参数,对所述车用复合电池的总需求电流进行分配,确定由所述功率型电池输出的电流与由所述容量型电池输出的电流;以及
存储部,其针对不同的行驶路况的每一种而分别存储有最佳控制参数,所述最佳控制参数为所述容量型电池的使用寿命最长的所述控制参数,
当所述车辆在某一种所述行驶路况下行驶时,所述控制部选择与该行驶路况相对应的所述最佳控制参数来分配所述总需求电流。
2.如权利要求1所述的车用复合电池的电流分配装置,其特征在于,
所述控制部具备温度控制部和剩余电量控制部,
所述温度控制部对温度差和温度差参考值进行比较,所述温度差为所述容量型电池的温度与所述功率型电池的温度之差,所述温度差参考值为与所述控制参数相关联地存储在所述存储部中的参数,
所述剩余电量控制部对所述功率型电池的剩余电量与所述容量型电池的剩余电量进行比较,
所述控制部根据所述温度控制部和所述剩余电量控制部的反馈,以所述温度差参考值作为所述温度差的控制目标,且以所述容量型电池的剩余电量作为所述功率型电池的剩余电量的控制目标,对所述总需求电流的分配进行调整。
3.如权利要求1所述的车用复合电池的电流分配装置,其特征在于,
预先使用粒子群算法对所述控制参数进行选择并计算与所述控制参数相应的所述容量型电池的使用寿命,从而获得使所述容量型电池的使用寿命最长的所述控制参数作为所述最佳控制参数,并存储在所述存储部中,
在使用粒子群算法而选择所述控制参数之后,算出在所述控制部使用该控制参数对所述总需求电流进行分配时由所述容量型电池输出的电流以及由所述功率型电池输出的电流,根据由所述容量型电池输出的电流算出所述容量型电池的温度以及剩余电量,根据由所述功率型电池输出的电流算出所述功率型电池的温度以及剩余电量,之后,根据所算出的所述容量型电池的温度与所算出的所述功率型电池的温度的温度差以及温度差参考值推定出所述温度控制部的反馈,根据所算出的所述功率型电池的剩余电量与所述容量型电池的剩余电量推定出所述剩余电量控制部的反馈,以所述温度差参考值作为所述温度差的控制目标,且以所述容量型电池的剩余电量作为所述功率型电池的剩余电量的控制目标,对所述总需求电流的分配进行调整,由此获得规定时间段的所述容量型电池的电流变化数据、温度变化数据、剩余电量变化数据,并根据所述规定时间段的所述电流变化数据、所述温度变化数据、所述剩余电量变化数据中的至少一个来算出所述容量型电池的使用寿命,
所述温度差参考值为与所述控制参数相关联地存储在所述存储部中的参数。
4.如权利要求3所述的车用复合电池的电流分配装置,其特征在于,
在满足停止条件时,停止选择所述控制参数,
所述停止条件为选择所述控制参数的次数达到预先规定的次数或者推定出的所述容量型电池的使用寿命的变化量小于规定的阈值。
5.如权利要求1-4中的任一项所述的车用复合电池的电流分配装置,其特征在于,
还具备输入部,使用者经由所述输入部输入指令,
在使用者经由所述输入部将路线划分成不同的所述行驶路况的组合的情况下,所述控制部选择与行驶路况相对应的所述最佳控制参数来分配所述总需求电流,
在使用者没有划分路线的情况下,所述控制部选择预先存储在所述存储部中的全局控制参数作为所述最佳控制参数,
所述全局控制参数为适用于所有所述行驶路况的所述控制参数。
6.一种车用复合电池的电流分配方法,所述车用复合电池包括功率型电池和容量型电池,所述电流分配方法的特征在于,
当所述车辆在某一种行驶路况下行驶时,控制部选择与该行驶路况相对应的最佳控制参数来分配所述车用复合电池的总需求电流,确定由所述功率型电池输出的电流与由所述容量型电池输出的电流,
所述最佳控制参数为针对不同的行驶路况的每一种而分别被存储在存储部中的、所述容量型电池的使用寿命最长的所述控制部的控制参数。
7.如权利要求6所述的车用复合电池的电流分配方法,其特征在于,
所述控制部具备温度控制部和剩余电量控制部,
所述温度控制部对温度差和温度差参考值进行比较,所述温度差为所述容量型电池的温度与所述功率型电池的温度之差,所述温度差参考值为与所述控制参数相关联地存储在所述存储部中的参数,
所述剩余电量控制部对所述功率型电池的剩余电量与所述容量型电池的剩余电量进行比较,
根据所述温度控制部和所述剩余电量控制部的反馈,以所述温度差参考值作为所述温度差的控制目标,且以所述容量型电池的剩余电量作为所述功率型电池的剩余电量的控制目标,对所述总需求电流的分配进行调整。
8.如权利要求6所述的车用复合电池的电流分配方法,其特征在于,
预先使用粒子群算法对所述控制参数进行选择并计算与所述控制参数相应的所述容量型电池的使用寿命,从而获得使所述容量型电池的使用寿命最长的所述控制参数作为所述最佳控制参数,并存储在所述存储部中,
在使用粒子群算法而选择所述控制参数之后,算出在所述控制部使用该控制参数对所述总需求电流进行分配时由所述容量型电池输出的电流以及由所述功率型电池输出的电流,根据由所述容量型电池输出的电流算出所述容量型电池的温度以及剩余电量,根据由所述功率型电池输出的电流算出所述功率型电池的温度以及剩余电量,之后,根据所算出的所述容量型电池的温度与所算出的所述功率型电池的温度的温度差以及温度差参考值推定出所述温度控制部的反馈,根据所算出的所述功率型电池的剩余电量与所述容量型电池的剩余电量推定出所述剩余电量控制部的反馈,以所述温度差参考值作为所述温度差的控制目标,且以所述容量型电池的剩余电量作为所述功率型电池的剩余电量的控制目标,对所述总需求电流的分配进行调整,由此获得规定时间段的所述容量型电池的电流变化数据、温度变化数据、剩余电量变化数据,并根据所述规定时间段的所述电流变化数据、所述温度变化数据、所述剩余电量变化数据中的至少一个来算出所述容量型电池的使用寿命,
所述温度差参考值为与所述控制参数相关联地存储在所述存储部中的参数。
9.如权利要求8所述的车用复合电池的电流分配方法,其特征在于,
在满足停止条件时,停止选择所述控制参数,
所述停止条件为选择所述控制参数的次数达到预先规定的次数或者推定出的所述容量型电池的使用寿命的变化量小于规定的阈值。
10.如权利要求6-9中的任一项所述的车用复合电池的电流分配方法,其特征在于,
在使用者经由输入部将路线划分成不同的所述行驶路况的组合的情况下,选择与行驶路况相对应的所述最佳控制参数来分配所述总需求电流,
在使用者没有划分路线的情况下,选择预先存储在存储部中的全局控制参数作为所述最佳控制参数,
所述全局控制参数为适用于所有所述行驶路况的所述控制参数。
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