CN112311301B - 一种基于道路工况的电机冷却控制方法及介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于道路工况的电机冷却控制方法及介质，方法包括采集车辆的运行信息，所述运行信息包括车辆所处位置信息；并且采集车辆的工况信息，所述工况信息用于反映电机的发热状态；若存在相同运行信息、相同工况信息的电机散热系统预计算参数，则将对应电机散热系统预计算参数作为车辆在之后的道路区间或者时间区间内的电机散热系统工作参数。本发明在保证驱动电机散热满足需要的前提下，能够有效降低电机散热系统工作参数，节省电动汽车整车电能，提高续航里程。

Description

一种基于道路工况的电机冷却控制方法及介质

技术领域

本发明涉及一种基于道路工况的电机冷却控制方法及介质，属于电动汽车热管理系统领域。

背景技术

一些车辆，例如城市公交客车等通勤车辆，有着固定的运行时间表和固定的运行路线，每个驾驶循环变动不大，每天的运行工况在很大程度上都呈现出相似之处。

新能源汽车的驱动电机的工作温度一般不超过140℃，目前针对驱动电机的热管理控制策略主要是基于温度传感器采集的温度被动开启进行冷却；例如，驱动电机75℃时开启水泵与中冷风扇对电机进行循环冷却，驱动电机低于45℃时关闭循环散热系统。

公布号为CN 106945507 A的中国专利申请文件提出了一种电动汽车散热系统及控制方法，方案包含压力传感器、一体化控制机柜等的冷却控制系统，可以实时监控散热系统状态并在动力电机达到设定温度时启动散热系统。

公布号为CN 107650656 A的中国专利申请文件提出了一种电动汽车散热系统，方案包含电机控制器、电机、温度采集模块的冷却控制系统，通过定义散热系统开启温度值、散热系统关闭温度值从而实现散热系统的自动启停。

但是以上都是统一的散热系统控制参数，在满足预设的相应条件后散热系统被动介入工作进行冷却，其效率低存在电能浪费，不利于散热系统功耗的降低，进一步影响了电动车辆的续航里程。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于道路工况的电机冷却控制方法及介质，用以解决目前驱动电机散热系统功耗高不利于整车续航里程的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

本发明的一种基于道路工况的电机冷却控制方法，包括如下步骤：

1)采集车辆的运行信息，所述运行信息包括车辆所处位置信息；并且采集车辆的工况信息，所述工况信息用于反映电机的发热状态；

2)若存在相同运行信息、相同工况信息的电机散热系统预计算参数，则将对应电机散热系统预计算参数作为车辆在之后的道路区间或者时间区间内的电机散热系统工作参数；所述电机散热系统预计算参数为在相应的运行信息和运行工况下节能的控制参数。

本发明针对例如城市公交这种有固定运行路线的车辆，提出了一种基于道路工况的电机冷却控制方法。固定的运行路线使得车辆周期性的经过相似的道路工况，例如每天都会经过一段信号灯较密集的区域，车辆行驶速度较慢且存在频繁启停的情况；每天还会经过一段长直的空旷路段，车辆驱动电机负载较小且长时间维持稳定较快的车速。这两种区别的工况下如果对驱动电机采取相似的冷却控制策略则不合理且存在能量浪费，例如，车速较慢且频繁启停的工况下，车辆驱动电机的温升较快，需要散热系统较早介入降温，例如70℃就需要散热系统启动来防止持续的恶劣工况导致的驱动电机高温；而长时间稳定的高速工况下，驱动电机负荷小温升慢，且较快的车速能够给驱动电机提供良好的自然冷却风，因此无需散热系统较早介入，此时如果采取和恶劣工况相同的散热系统控制参数，则会造成不必要的散热系统启动，造成能量浪费影响电动汽车续航。本发明在不同的道路区间上针对不同的驱动电机发热工况，储存有不同工况下对应的散热系统控制参数，散热系统控制参数可以基于经验计算、实验或历史行车数据获得。本发明基于车辆固定行驶路线的特性，基于车辆行驶位置和驱动电机的发热来判断是否处于相似的工况，通过读取过往相似道路和工况的散热系统控制参数，能够在满足车辆驱动电机散热的前提下，针对不同道路工况采取更加合适的散热系统控制参数，在驱动电机低速大负载的工况下，散热系统能较早介入、正常功耗运作，保证驱动电机的散热；在驱动电机高速低负载的工况下，尽量利用自然冷却，散热系统仅在关键时刻介入，防止驱动电机温度超过限额损伤驱动电机。区分工况的对电机散热系统的控制有利于降低整车热管理的功耗，节约电动汽车的电能，增加续航里程。

进一步的，所述运行信息还包括当前时间。

相似道路工况的判断除了考虑道路和电机发热外，也将时间作为一个标准，判断是否处于相似的道路工况，因为例如高峰期时段和普通时段的道路通行情况也有较大差别，拥堵的高峰期要求车辆驱动电机更加频繁的大电流大负载启动，因此，根据时段、道路和电机发热作为相似道路工况的条件，其实际电机工况相似度更高，散热参数更加匹配，更加有利于电机散热和功耗的降低。

进一步的，所述道路区间或者时间区间内电机散热系统实际消耗功率与电机散热系统预计算参数的理论消耗功率的差值大于设定值，则重新确定电机散热系统预计算参数，并作为对应运行信息、对应工况信息的电机散热系统预计算参数。

本发明的方案还能够自动优化储存的电机散热系统预计算参数，当采用电机散热系统预计算参数作为电机散热系统工作参数并行驶了一段距离后，计算出本次散热系统的实际功耗并与电机散热系统预计算参数在相似道路工况上的计算功耗(理论功耗)相比，差距达到设定阈值，则说明这套散热系统预计算参数针对此道路工况存在问题(例如不准确，不适合此道路工况下的电机发热)，则重新针对此道路工况重新计算散热系统预计算参数，并替换掉之前的散热系统预计算参数。因此，本发明的方法在长时间使用后，散热系统将会越来越优化，工作参数设置越来越合理，节能和散热效果越来越好。

进一步的，步骤2)中，若在相同运行信息下，不存在相同工况信息的电机散热系统预计算参数，则根据所述道路区间或者时间区间内采集的工况信息，计算电机散热系统预计算参数，并作为对应运行信息、对应工况信息的电机散热系统预计算参数。

当对应路段不存在对应电机发热工况下的历史散热系统工作参数，则在对应区间内根据电机发热情况计算散热系统预计算参数，并将此散热系统预计算参数储存为对应区间对应发热工况下的散热系统预计算参数。本发明使用时间越长，散热系统预计算参数数据库就越完善，适应工况越多，能耗降低效果越好。

不存在散热系统预计算参数的区间内，电机散热系统的工作可以先采用预设的或现有技术中的能够满足任何工况的散热系统工作参数，也可以先采用上一个区间的散热系统预计算参数。

进一步的，所述电机散热系统预计算参数包括，电机散热系统启动温度、电机散热系统关闭温度。

进一步的，所述工况信息包括电机的电流数据。

进一步的，确定存在相同运行信息、相同工况信息的电机散热系统预计算参数的手段为：设定区段内采集的工况信息中的电流数据与储存的电机散热系统预计算参数对应的区段内的工况信息中的电流数据的相似个数达到设定值。

本发明的一种计算机存储介质，所述计算机存储介质储存有基于道路工况的电机冷却控制方法的程序，所述基于道路工况的电机冷却控制方法的程序被至少一个处理器执行时实现基于道路工况的电机冷却控制方法。

本发明在保证驱动电机散热满足需要的前提下，能够有效降低电机散热系统工作参数，节省电动汽车整车电能，提高续航里程。

附图说明

图1是本发明的电流分布图(绝对值)；

图2是本发明的电机发热量(累计)；

图3是本发明的控制流程图。

具体实施方式

本发明的方法针对例如城市公交车或通勤车等具有固定行驶路线的车辆，或者有固定行驶路线和固定时刻表的车辆。

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

方法实施例：

如图3所示的一种基于道路工况的电机冷却控制方法，包括如下步骤：

1)车辆运行中通过道路观测模块采集GPS信息和驱动电机电流信息，在当前位置的设定区段(可以是位置区段或时间区段)内采集到的驱动电机电流数据，与储存的对应区段内的电流数据对比，当数据相似度达到设定阈值，则认为电机此时发热工况与所存数据的工况相似。驱动电机电流信息是用来反映电机的发热工况的，反映驱动电机发热工况也可以采用其他参数，例如驱动电机的负载大小。

数据相似度达到设定阈值可以为，将采集到的驱动电机电流数据形成例如图1所示的电流分布图，将电流分布图中的极值作为实际特征值集合，同时将储存的对应位置驱动的电流数据的电流分布图中的极值作为参考特征值集合，实际特征值集合与参考特征值集合中相似个数占到实际特征值集合与参考特征值总个数的90％，则认为数据相似度达到设定阈值。

判断道路工况相似还可以进一步基于时间，当前行驶在相同道路位置上，且当前时间处于储存的时间段内，同时当前驱动电机发热工况参数与储存的对应位置区段、对应时间区段内的电机发热工况参数的相似程度满足设定要求，则认为处于同一道路工况。下文中的道路工况指的是包括车辆所处的位置、时间、以及能反应驱动电机发热的工况。

2)若当前行车被认为处于与某一储存的道路工况相似的情况下，则驱动电机散热系统读取储存的相似道路工况对应的电机散热系统预计算参数，用于之后设定路程区间或时间区间的车辆驱动电机散热系统工作参数，实现对散热系统的控制。

车辆散热系统控制参数可以是驱动电机散热系统开启的驱动电机温度、驱动电机散热系统关闭的驱动电机温度，还可以包括驱动电机散热系统水泵转速、中冷器散热风扇的转速以及驱动电机散热风扇的转速(不带有冷却液循环的散热系统)等等。

3)设定路程区间或时间区间内的行车结束后，计算或获取对应区间内采用对应电机散热系统预计算参数后，驱动电机散热系统的实际消耗功率(可以基于电机散热系统的实际工作时间、启停次数、工作电流等计算)。并将实际消耗功率与储存的电机散热系统预计算参数在对应道路工况下的理论消耗功率对比(理论消耗功率可以根据理论电机工作时间等数据计算)，两者相差过大，例如差值的绝对值大于设定阈值，则认为此道路工况下的电机散热系统预计算参数不准确或有错误，则重新计算该工况下的电机散热系统预计算参数，并作为此道路工况下的电机散热系统预计算参数。

4)若车辆行驶在当前位置时，没有相似的道路工况下的电机散热系统预计算参数，电机散热系统可以先采用预设的电机散热系统工作参数，同时车辆采集并记录之后设定路程区间或时间区间的驱动电机电流信息，并根据驱动电机电流信息计算此道路区间或时间区间对应道路工况下的电机散热系统预计算参数，并储存下来。若下次车辆处于此道路工况，则电机散热系统可直接读取此电机散热系统预计算参数用于驱动电机的散热控制。

电机散热系统预计算参数的计算方法可以根据经验、多次实验得出，例如将车辆驱动电机的发热工况划分为3个等级，等级1：低速频繁大电流启停(单位时间内产生1000焦耳以上热量，且自然冷却条件很差)；等级2：中速大电流持续驱动(例如爬坡，单位时间内产生500～1000焦耳热量，自然冷却条件一般)；高速小电流持续驱动(高速工况，驱动电机电流仅需维持车辆时速，单位时间内产生500焦耳以下热量，且自然冷却效果良好)。根据现有技术将等级1的电机散热系统开启、关闭的驱动电机温度设为高于75度启动，低于45度关闭；根据经验或实验将等级2的电机散热系统开启、关闭的驱动电机温度设为高于90度启动，低于55度关闭；根据经验或实验将等级3的电机散热系统开启、关闭的驱动电机温度设为高于105度启动，低于65度关闭。在步骤1)中的设定区段内采集到的驱动电机电流数据，与储存的上述等级1、等级2或等级3的驱动电机电流数据(每个等级下可以有多组符合该等级发热工况的驱动电机电流数据)相比，与哪个等级的数据相似度达到设定阈值，则可认为电机此时发热工况与对应等级的工况相似，即可在对应的路程区间或时间区间内采用该工况的电机散热系统预计算参数。

此外，本实施例还提供一种更为精确的电机散热系统预计算参数的计算方法，具体步骤如下，1)采集历史运行数据，车辆行驶过程中不间断采集时间、位置、电机电流及车速等信息。获取车辆在固定路线上若干套完整的历史运行数据。2)结合GPS位置信息，在多套历史运行数据中选取相似车辆工况下同一路段的道路区间或时间区间上某一点出现概率最大的电流或平均电流作为此点的参考电流，从而形成对应道路区间或时间区间上对应工况的电流分布图。3)根据Q_c＝I²RT可以估算每个采样周期的电机铜耗损失而产生的热量Q_c，其中R为电阻、T为采样时间、I为电流值。而根据电机相关参数得知该驱动电机的铜耗损失产生的热量占电机总发热的45％，进而推算出对应道路区间或时间区间上，电机的总体发热量Q_d。电机累计发热量例如图2所示。4)估算冷却系统开启后，冷却液能带走的热量Q_e。计算公式：Q_e＝(Q_lr-Q_lc)*q_q*ρ*c,其中Q_lr为电机进水口温度，Q_lc为电机出水口温度，q_q为流经电机的冷却液流量(此流量和电机冷却系统冷却强度相关，比如水泵转速增加，液体流量增加)，ρ为冷却液密度，c为冷却液比热容。5)选择电机冷却系统能耗最低(工作时间短与开启次数少所达到的一个平衡)为优化目标，求解电机冷却系统的启动温度和关闭温度。限制条件包括，(1)任一小段内电机实际发热量Q查询对应的温升不超过电机限制温升，其中Q＝Q_d-Q_e；(2)电机发热量一定高于冷却系统所能带走的热量。电机的热量与温升的关系，可以通过测试得到电机在不同发热量下升高的温度进而得到电机的温升曲线。

具体求解方法可以通过计算机软件建立起不同车辆道路工况(例如频繁启停、低速、高速工况，还可以结合轻载、中载、重载以及爬坡等工况)下电机冷却系统的启动温度、关闭温度与电机温升的关系模型，利用该计算机模型和智能算法或者技术人员根据经验利用该计算机模型多次模拟，得出公交固定路线上不同道路区间或时间区间所对应的车辆道路工况及该工况下对应的最优的(能耗最低的)电机冷却系统的启动温度与关闭温度。车辆在实际运行中认为在对应道路区间或时间区间遇到相似车辆道路工况，则直接采用预先计算得出的最优的电机冷却系统的启动温度与关闭温度来控制冷却系统。每个道路区间或时间区间下，可以对应一个或多个车速工况(例如频繁启停、低速、高速工况，车速工况影响电机发热量和自然冷却散热量)，每个车速工况下可以对应多个负载工况(例如轻载、中载、重载以及爬坡工况，负载工况影响电机发热量)，即每个道路区间或时间区间下，可以对应不同的车辆道路工况(车辆道路工况包括车速工况和负载工况)有多套不同的最优电机冷却系统的启动温度与关闭温度控制参数。

本实施例中，相同道路工况包括车辆所处位置相同、时间相同和驱动电机电流数据相同。其中所处位置相同应当根据GPS精度允许一定误差。时间相同应当理解为，根据道路交通状况跟时间的关系，将时间划分为若干个区间，例如早上7点到9点间的早高峰时段作为一个时间区间，例如车辆8点行驶到地点A，则应当认为车辆此时的运行信息与地点A、早上7点到9的运行信息相同。工况信息是否相同的判断已经在上面给出实例，此处不再重复说明。

本实施例中所称的“道路区间”或“时间区间”应当理解为，在车辆的一趟完整行驶路线中，驱动电机的发热工况相似的一段道路或时间，此段“道路区间”或“时间区间”内驱动电机的发热工况相似，最适合采用预先计算出电机散热系统工作参数来进行驱动电机的温度控制。“道路区间”或“时间区间”设置的过短，则频繁改变电机散热系统工作参数会导致控制效率低；若“道路区间”或“时间区间”设置的过长，则电机的发热工况有所改变且电机的自然冷却条件也差别较大，采用相同的电机散热系统工作参数导致电机散热效率低，不利于降低能耗。

本实施中步骤1)中所称的“区段(位置区段或时间区段)”与上述“道路区间”、“时间区间”的概念不同。步骤1)中的车辆所处的“区段”是用来采集道路工况信息并与储存的道路工况信息比对，并判断车辆是否处于与储存的道路工况相同的情况。若车辆在所述区段内处于相同的道路工况，则认为在其后的“道路区间”或“时间区间”内，车辆的发热工况也相似，可以使用储存的道路工况对应的电机散热系统预计算参数。

介质实施例：

一种计算机存储介质，储存有实现基于道路工况的电机冷却控制方法的程序，实现基于道路工况的电机冷却控制方法的程序被至少一个处理器执行时，配合相关硬件实现基于道路工况的电机冷却控制方法的步骤。

本实施例所称的介质是，储存有计算机程序指令的可编程数据处理设备。例如，可以是集成有存储器的整车控制器，和/或是其他独立的存储器、内存储器。上述介质还可以是一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)。

Claims (8)

1.一种基于道路工况的电机冷却控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)采集车辆的运行信息，所述运行信息包括车辆所处位置信息；并且采集车辆的工况信息，所述工况信息用于反映电机的发热状态；

2)若存在相同运行信息、相同工况信息的电机散热系统预计算参数，则将对应电机散热系统预计算参数作为车辆在之后的道路区间或者时间区间内的电机散热系统工作参数；所述电机散热系统预计算参数为：在相应的运行信息和运行工况下，电机散热系统能耗最低时的电机散热系统启动温度和电机散热系统关闭温度，同时电机温升不超过电机限制温升。

2.根据权利要求1所述的基于道路工况的电机冷却控制方法，其特征在于，所述运行信息还包括当前时间。

3.根据权利要求1所述的基于道路工况的电机冷却控制方法，其特征在于，所述道路区间或者时间区间内电机散热系统实际消耗功率与电机散热系统预计算参数的理论消耗功率的差值大于设定值，则重新确定电机散热系统预计算参数，并作为对应运行信息、对应工况信息的电机散热系统预计算参数。

4.根据权利要求1所述的基于道路工况的电机冷却控制方法，其特征在于，步骤2)中，若在相同运行信息下，不存在相同工况信息的电机散热系统预计算参数，则根据所述道路区间或者时间区间内采集的工况信息，计算电机散热系统预计算参数，并作为对应运行信息、对应工况信息的电机散热系统预计算参数。

5.根据权利要求1～4任一项所述的基于道路工况的电机冷却控制方法，其特征在于，所述电机散热系统预计算参数包括，电机散热系统启动温度、电机散热系统关闭温度。

6.根据权利要求1～4任一项所述的基于道路工况的电机冷却控制方法，其特征在于，所述工况信息包括电机的电流数据。

7.根据权利要求6所述的基于道路工况的电机冷却控制方法，其特征在于，确定存在相同运行信息、相同工况信息的电机散热系统预计算参数的手段为：设定区段内采集的工况信息中的电流数据与储存的电机散热系统预计算参数对应的区段内的工况信息中的电流数据的相似个数达到设定值。

8.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质储存有实现如权利要求1～7任一项所述的基于道路工况的电机冷却控制方法的计算机程序。

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