CN112659920B - 多能源车辆bsg电机能量输出控制方法及系统 - Google Patents

多能源车辆bsg电机能量输出控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多能源车辆BSG电机能量输出控制方法及系统，涉及汽车电子电控领域，该方法包括基于MCU发出的瞬态温度扭矩限值、当前BSG电机特性转速所对应的扭矩，以及电动附件功率与BSG电机当前工况输出功率标定值之和对应的扭矩，确定BSG扭矩控制值；基于高低压转换DC‑DC的工作电流、动力电池充放电的上限电流和电动附件的实时电流，确定BSG电流实时限制值；BSG电机的扭矩按照BSG扭矩控制值进行输出，并当BSG电机的实时电流大于BSG电流实时限制值时，降低BSG电机的扭矩，直至BSG电机的实时电流等于BSG电流实时限制值。本发明能够保证高压工作电器部件工作稳定性和可靠性。

Description

多能源车辆BSG电机能量输出控制方法及系统
技术领域
本发明涉及汽车电子电控领域，具体涉及一种多能源车辆BSG电机能量输出控制方法及系统。
背景技术
48V轻度混合动力汽车，是在传统汽车基础上进行混合动力化开发，并为了实现混动系统特有的一些功能，在传统汽车的基础上增加了BSG(Belt-Driven StarterGenerator，皮带传动起动/发电一体化电机)和48V电池的汽车。传统汽车没有类似混合动力汽车的高压部件，其电源管理主要为24V/12V低压系统的弱电管理，而混合动力汽车的动力系统与传统汽车的动力系统相比，前者在后者的基础上，增加了BSG、MCU(MicroController Unit，微控制器)、动力电池组、BMS(Battery management system，电池管理系统)等复杂的电力电子器件。
在48V轻度混合动力汽车上如何进行BSG电机的能量输出控制十分重要。对于48V轻度混合动力汽车动力系统而言，如果基于动力电池的充电/放电接受能力以及BSG电机的发电/电动能力来进行BSG电机的能量控制，则忽略了24V/12V系统的能量均衡；如果车上有多能源来源或电动附件正在工作，比如太阳能、电动空调压缩机、48V/24V DC-DC(在直流电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值的电能的装置)或48V/12V DC-DC，BSG的能量输出会冲击到现有的48V电气系统或24V/12V电气系统的电能均衡，易造成工作中的用电设备不稳定的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种多能源车辆BSG电机能量输出控制方法及系统，能够保证高压工作电器部件工作稳定性和可靠性。
为达到以上目的，本发明提供一种多能源车辆BSG电机能量输出控制方法，包括以下步骤：
基于MCU发出的瞬态温度扭矩限值、当前BSG电机特性转速所对应的扭矩，以及电动附件功率与BSG电机当前工况输出功率标定值之和对应的扭矩，确定BSG扭矩控制值；
基于高低压转换DC-DC的工作电流、动力电池充放电的上限电流和电动附件的实时电流，确定BSG电流实时限制值；
BSG电机的扭矩按照BSG扭矩控制值进行输出，并当BSG电机的实时电流大于BSG电流实时限制值时，降低BSG电机的扭矩，直至BSG电机的实时电流等于BSG电流实时限制值。
在上述技术方案的基础上，
所述MCU发出的瞬态温度扭矩限值基于BSG电机的当前实时转速和温度得到，为BSG电机当前的最大输出扭矩；
所述当前BSG电机特性转速所对应的扭矩，为基于当前BSG电机特性转速，查询台架试验得到的稳态转速-扭矩表得到。
在上述技术方案的基础上，所述BSG扭矩控制值为基于MCU发出的瞬态温度扭矩限值、当前BSG电机特性转速所对应的扭矩、电动附件功率与BSG电机当前工况输出功率标定值之和对应的扭矩，三者中的最小扭矩值。
在上述技术方案的基础上，所述BSG包括滑动能量回收工况、制动能量回收工况、行车发电工况、停车发电工况、行车助力工况和起动助力工况。
在上述技术方案的基础上，
在滑动能量回收工况、制动能量回收工况、行车发电工况和停车发电工况下，所述电动附件功率与BSG电机当前工况输出功率标定值之和对应的扭矩，为将电动附件实时输出功率和BSG电机当前工况输出功率标定值求和，得到的功率对应换算为BSG电机扭矩；
在行车助力工况和起动助力工况下，所述电动附件功率与BSG电机当前工况输出功率标定值之和对应的扭矩，为将电动附件功率计算值置0，然后根据BSG电机当前工况输出功率标定值对应换算为的BSG电机扭矩。
在上述技术方案的基础上，所述电动附件包括电能消耗附件和电能产生附件。
在上述技术方案的基础上，在滑动能量回收工况、制动能量回收工况、行车发电工况和停车发电工况下：
所述BSG电流实时限制值等于动力电池充放电的上限电流、电能消耗附件的实时电流和高低压转换DC-DC的工作电流之和减去电能产生附件的输出电流。
在上述技术方案的基础上，在行车助力工况下：
所述BSG电流实时限制值等于动力电池充放电的上限电流和电能产生附件输出电流之和，减去高低压转换DC-DC的工作电流和电能消耗附件的输出电流之和。
在上述技术方案的基础上，在起动助力工况下：
所述BSG电流实时限制值等于动力电池充放电的上限电流和电能产生附件输出电流之和，减去高低压转换DC-DC的工作电流，同时，PCU控制电能消耗附件关闭。
本发明提供一种多能源车辆BSG电机能量输出控制系统，包括：
扭矩控制值确定模块，其用于驱使车辆PCU获取MCU发出的瞬态温度扭矩限值、当前BSG电机特性转速所对应的扭矩，以及电动附件功率与BSG电机当前工况输出功率标定值之和对应的扭矩，确定BSG扭矩控制值；
电流实时限制值确定模块，其用于驱使车辆PCU获取高低压转换DC-DC的工作电流、动力电池充放电的上限电流和电动附件的实时电流，确定BSG电流实时限制值；
控制模块，其用于控制BSG电机的扭矩按照BSG扭矩控制值进行输出，并当BSG电机的实时电流大于BSG电流实时限制值时，降低BSG电机的扭矩，直至BSG电机的实时电流等于BSG电流实时限制值。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在BSG电机的发电状态及电动状态中，基于MCU发出的瞬态温度扭矩限值、当前BSG转速所对应的扭矩和电动附件输出功率对应的扭矩，以及高低压转换DC-DC的工作状态，确定BSG扭矩控制值和BSG电流实时限制值，实现对于BSG电机的扭矩控制，从而实时闭环控制BSG的能量输出，将外来能源的效应发挥到最大，并保证高压工作电器部件工作稳定性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种多能源车辆BSG电机能量输出控制方法的流程图；
图2为本发明实施例中车辆的混动电控系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种多能源车辆BSG电机能量输出控制方法，在BSG电机的发电状态及电动状态中，基于MCU发出的瞬态温度扭矩限值、当前BSG转速所对应的扭矩和电动附件输出功率对应的扭矩，以及高低压转换DC-DC的工作状态，实时闭环控制BSG的能量输出，将外来能源的效应发挥到最大，并保证高压工作电器部件工作稳定性和可靠性。本发明实施例相应地还提供了一种多能源车辆BSG电机能量输出控制系统。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明实施例提供一种多能源车辆BSG电机能量输出控制方法，适用于有多重能源来源的24V-48V弱混车辆及12V-48V弱混车辆。参见图1所示，本发明实施例提供的一种多能源车辆BSG电机能量输出控制方法，具体包括以下步骤：
S1：基于MCU发出的瞬态温度扭矩限值、当前BSG电机特性转速所对应的扭矩，以及电动附件功率与BSG电机当前工况输出功率标定值之和对应的扭矩，确定BSG扭矩控制值。
本发明实施例中，MCU发出的瞬态温度扭矩限值基于BSG电机的当前实时转速和温度得到，为BSG电机当前的最大输出扭矩。当前BSG电机特性转速所对应的扭矩，为基于当前BSG电机特性转速，查询台架试验得到的稳态转速-扭矩表得到，即根据当前BSG电机特性转速，查询稳态转速-扭矩表，得到的扭矩即为当前BSG转速所对应的扭矩。
本发明实施例中，BSG包括滑动能量回收工况、制动能量回收工况、行车发电工况、停车发电工况、行车助力工况和起动助力工况。在滑动能量回收工况、制动能量回收工况、行车发电工况和停车发电工况下，电动附件功率与BSG电机当前工况输出功率标定值之和对应的扭矩，为将所有电动附件实时输出功率，和BSG电机当前工况输出功率标定值求和，得到的功率对应换算为BSG电机扭矩；在行车助力工况和起动助力工况下，电动附件功率与BSG电机当前工况输出功率标定值之和对应的扭矩为将电动附件功率的计算值置零，然后根据BSG电机当前工况输出功率标定值对应换算为的BSG电机扭矩。
在滑动能量回收工况、制动能量回收工况、行车发电工况和停车发电工况下，电动附件可以为电动空调压缩机，通过读取电动空调压缩机的电压和电流，换算成功率，再与BSG电机当前工况输出功率标定值求和，最终得到的功率对应换算成BSG电机扭矩，得到的扭矩即为电动附件输出功率对应的扭矩。例如，读取电动空调压缩机的电压和电流，换算成功率，记为P0，再根据BSG电机当前工况输出功率标定值P1，求解P0+P1，得到的值对应换算为BSG电机扭矩，换算得到的BSG电机扭矩即为电动附件功率与BSG电机当前工况输出功率标定值之和对应的扭矩。本发明实施例中，电动附件不局限于电动空调压缩机的形式，其余电动附件或电动附件多于1个时，则全部求功率和，计入P0。
在行车助力工况和起动助力工况下，电动附件功率与BSG电机当前工况输出功率标定值之和对应的扭矩，则是直接根据BSG电机当前工况输出功率标定值对应换算为的BSG电机扭矩。
本发明实施例中，BSG扭矩控制值为基于MCU发出的瞬态温度扭矩限值、当前BSG电机特性转速所对应的扭矩、电动附件功率与BSG电机当前工况输出功率标定值之和对应的扭矩，三者中的最小扭矩值。例如，基于MCU发出的瞬态温度扭矩限值为A，当前BSG电机特性转速所对应的扭矩为B，电动附件与BSG电机标定功率之和对应的扭矩为C，则A、B、C三个中最小的为BSG扭矩控制值，BSG电机按照此扭矩作为初始控制值。
S2：基于高低压转换DC-DC的工作电流、动力电池充放电的上限电流和电动附件的实时电流，确定BSG电流实时限制值。
本发明实施例中，电动附件包括电能消耗附件和电能产生附件。在滑动能量回收工况、制动能量回收工况、行车发电工况和停车发电工况下，BSG电流实时限制值等于动力电池充放电的上限电流、电能消耗附件的实时电流和高低压转换DC-DC的工作电流之和减去电能产生附件的输出电流。需要说明的是，滑动能量回收工况、制动能量回收工况、行车发电工况和停车发电工况下，电能消耗附件可以为电动空调，电能产生附件可以为太阳能。此处，电能消耗附件输出电流可以用B1表示，电能产生附件的输出电流用D1表示。
在行车助力工况下，BSG电流实时限制值等于动力电池充放电的上限电流和电能产生附件输出电流之和，减去高低压转换DC-DC的工作电流和电能消耗附件的输出电流之和。行车助力工况下，电能消耗附件可以为空压机，电能产生附件可以为太阳能。此处，电能消耗附件输出电流可以用B2表示，电能产生附件输出电流可以用D2表示。同样的，电动附件不局限于电动空调压缩机的形式，其余电动附件或电动附件多于1个时，则电流求和，计入B1或B2。同时，在行车助力工况下，PCU控制电能消耗附件关闭，即若存在正在运行的电能消耗附件，则PCU控制其关闭。
在起动助力工况下，BSG电流实时限制值等于动力电池充放电的上限电流和电能产生附件输出电流之和，减去高低压转换DC-DC的工作电流。起动助力工况下，电能消耗附件可以为空调压缩机，电能产生附件可以为太阳能。此处，电能产生附件输出电流可以用D3表示。本发明实施例中，电能产生附件不局限于太阳能，当电能产生附件多于1个时，则全部求电流和计入D1、D2或D3。
S3：BSG电机的扭矩按照BSG扭矩控制值进行输出，并当BSG电机的实时电流大于BSG电流实时限制值时，降低BSG电机的扭矩，直至BSG电机的实时电流等于BSG电流实时限制值。
BSG电机的扭矩按照BSG扭矩控制值输出，当BSG电机的当前实时电流大于BSG电流实时限制值，则降低BSG电机的扭矩输出，直至BSG电机的实时电流等于BSG电流实时限制值。且当BSG电机的当前实时电流小于或等于BSG电流实时限制值时，以BSG电机当前的扭矩作为BSG电机当前实际的扭矩输出值。
需要说明的是，BSG电机为电动状态时，扭矩为正值，为发电状态时，扭矩为负值，本发明实施例中的代数运算和大小比较，需先取绝对值，计算完成后再根据电动/发电状态赋予正负代数符号。且若BSG处于起动工况，如有电动附件在工作，则PCU(Power ControlUnit，动力控制单元)控制电动附件停止工作，并在进行BSG扭矩控制值和BSG电流实时限制值确定时，不考虑电动附件。
参见图2所示，本发明实施例中所述车辆的48V混动电控系统包括48V电池、BMS、BSG、MCU、DC-DC转换器(48V转24V或48V转12V)、太阳能电池、48V空调压缩机、PCU和相关高低压连接线束。
本发明实施例所述方法的软件载体，可以集成在VCU(Vehicle Control Unit，电动汽车整车控制器)、HCU(Hybrid Control Unit，混合动力整车控制器)、PCU、EECU(EngineElectronic Control Unit，发动机控制组件)或BCM(Body Control Module，车身控制器)内部，通过总线信号或硬线来控制相关部件。48V混和电系形式，不管是48V-24V电系，还是48V-12V电系，均为本发明的实现方式(12V电气系统传统蓄电池为12V规格，高低压转换DC-DC为48V转12V规格)。电动附件标定的输出功率可以根据不同工况(滑动能量回收、制动能量回收、行车发电、停车发电、行车助力、起动助力)的具体参数进行设定，还可在某一工况下根据动力电池SOC(State Of Charge，荷电状态)设定不同的标定值。电动附件标定的输出功率可以是常数，也可以是和转速相关的一维表格。
本发明实施例的多能源车辆BSG电机能量输出控制方法，在BSG电机的发电状态及电动状态中，基于MCU发出的瞬态温度扭矩限值、当前BSG转速所对应的扭矩和电动附件输出功率对应的扭矩，以及高低压转换DC-DC的工作状态，确定BSG扭矩控制值和BSG电流实时限制值，实现对于BSG电机的扭矩控制，从而实时闭环控制BSG的能量输出，将外来能源的效应发挥到最大，并保证高压工作电器部件工作稳定性和可靠性，以及动力电池和BSG电机的安全性和可靠性。
本发明实施例提供的一种多能源车辆BSG电机能量输出控制系统，包括扭矩控制值确定模块、电流实时限制值确定模块和控制模块。
扭矩控制值确定模块用于驱使车辆PCU获取MCU发出的瞬态温度扭矩限值、当前BSG电机特性转速所对应的扭矩，以及电动附件功率与BSG电机当前工况输出功率标定值之和对应的扭矩，确定BSG扭矩控制值；电流实时限制值确定模块用于驱使车辆PCU获取高低压转换DC-DC的工作电流、动力电池充放电的上限电流和电动附件的实时电流，确定BSG电流实时限制值；控制模块用于控制BSG电机的扭矩按照BSG扭矩控制值进行输出，并当BSG电机的实时电流大于BSG电流实时限制值时，降低BSG电机的扭矩，直至BSG电机的实时电流等于BSG电流实时限制值。
本发明实施例中，MCU发出的瞬态温度扭矩限值基于BSG电机的当前实时转速和温度得到，为BSG电机当前的最大输出扭矩；当前BSG电机特性转速所对应的扭矩，为基于当前BSG电机特性转速，查询台架试验得到的稳态转速-扭矩表得到。BSG扭矩控制值为基于MCU发出的瞬态温度扭矩限值、当前BSG电机特性转速所对应的扭矩、电动附件功率与BSG电机当前工况输出功率标定值之和对应的扭矩，三者中的最小扭矩值。BSG包括滑动能量回收工况、制动能量回收工况、行车发电工况、停车发电工况、行车助力工况和起动助力工况。
本发明实施例中，在滑动能量回收工况、制动能量回收工况、行车发电工况和停车发电工况下，电动附件功率与BSG电机当前工况输出功率标定值之和对应的扭矩，为将电动附件实时输出功率和BSG电机当前工况输出功率标定值求和，得到的功率对应换算为BSG电机扭矩；在行车助力工况和起动助力工况下，电动附件功率与BSG电机当前工况输出功率标定值之和对应的扭矩，为根据BSG电机当前工况输出功率标定值对应换算为的BSG电机扭矩。
本发明实施例的多能源车辆BSG电机能量输出控制系统，在BSG电机的发电状态及电动状态中，基于MCU发出的瞬态温度扭矩限值、当前BSG转速所对应的扭矩和电动附件输出功率对应的扭矩，以及高低压转换DC-DC的工作状态，确定BSG扭矩控制值和BSG电流实时限制值，实现对于BSG电机的扭矩控制，从而实时闭环控制BSG的能量输出，将外来能源的效应发挥到最大，并保证高压工作电器部件工作稳定性和可靠性。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

Claims (10)

1.一种多能源车辆BSG电机能量输出控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于MCU发出的瞬态温度扭矩限值、当前BSG电机特性转速所对应的扭矩，以及电动附件功率与BSG电机当前工况输出功率标定值之和对应的扭矩，确定BSG扭矩控制值；
基于高低压转换DC-DC的工作电流、动力电池充放电的上限电流和电动附件的实时电流，确定BSG电流实时限制值；
BSG电机的扭矩按照BSG扭矩控制值进行输出，并当BSG电机的实时电流大于BSG电流实时限制值时，降低BSG电机的扭矩，直至BSG电机的实时电流等于BSG电流实时限制值。
2.如权利要求1所述的一种多能源车辆BSG电机能量输出控制方法，其特征在于：
所述MCU发出的瞬态温度扭矩限值基于BSG电机的当前实时转速和温度得到，为BSG电机当前的最大输出扭矩；
所述当前BSG电机特性转速所对应的扭矩，为基于当前BSG电机特性转速，查询台架试验得到的稳态转速-扭矩表得到。
3.如权利要求1所述的一种多能源车辆BSG电机能量输出控制方法，其特征在于：所述BSG扭矩控制值为基于MCU发出的瞬态温度扭矩限值、当前BSG电机特性转速所对应的扭矩、电动附件功率与BSG电机当前工况输出功率标定值之和对应的扭矩，三者中的最小扭矩值。
4.如权利要求3所述的一种多能源车辆BSG电机能量输出控制方法，其特征在于：所述BSG包括滑动能量回收工况、制动能量回收工况、行车发电工况、停车发电工况、行车助力工况和起动助力工况。
5.如权利要求4所述的一种多能源车辆BSG电机能量输出控制方法，其特征在于：
在滑动能量回收工况、制动能量回收工况、行车发电工况和停车发电工况下，所述电动附件功率与BSG电机当前工况输出功率标定值之和对应的扭矩，为将电动附件实时输出功率和BSG电机当前工况输出功率标定值求和，得到的功率对应换算为BSG电机扭矩；
在行车助力工况和起动助力工况下，所述电动附件功率与BSG电机当前工况输出功率标定值之和对应的扭矩，为将电动附件功率计算值置0，然后根据BSG电机当前工况输出功率标定值对应换算为的BSG电机扭矩。
6.如权利要求4所述的一种多能源车辆BSG电机能量输出控制方法，其特征在于：所述电动附件包括电能消耗附件和电能产生附件。
7.如权利要求6所述的一种多能源车辆BSG电机能量输出控制方法，其特征在于，在滑动能量回收工况、制动能量回收工况、行车发电工况和停车发电工况下：
所述BSG电流实时限制值等于动力电池充放电的上限电流、电能消耗附件的实时电流和高低压转换DC-DC的工作电流之和减去电能产生附件的输出电流。
8.如权利要求6所述的一种多能源车辆BSG电机能量输出控制方法，其特征在于，在行车助力工况下：
所述BSG电流实时限制值等于动力电池充放电的上限电流和电能产生附件输出电流之和，减去高低压转换DC-DC的工作电流和电能消耗附件的输出电流之和。
9.如权利要求6所述的一种多能源车辆BSG电机能量输出控制方法，其特征在于，在起动助力工况下：
所述BSG电流实时限制值等于动力电池充放电的上限电流和电能产生附件输出电流之和，减去高低压转换DC-DC的工作电流，同时，PCU控制电能消耗附件关闭。
10.一种多能源车辆BSG电机能量输出控制系统，其特征在于，包括：
扭矩控制值确定模块，其用于驱使车辆PCU获取MCU发出的瞬态温度扭矩限值、当前BSG电机特性转速所对应的扭矩，以及电动附件功率与BSG电机当前工况输出功率标定值之和对应的扭矩，确定BSG扭矩控制值；
电流实时限制值确定模块，其用于驱使车辆PCU获取高低压转换DC-DC的工作电流、动力电池充放电的上限电流和电动附件的实时电流，确定BSG电流实时限制值；
控制模块，其用于控制BSG电机的扭矩按照BSG扭矩控制值进行输出，并当BSG电机的实时电流大于BSG电流实时限制值时，降低BSG电机的扭矩，直至BSG电机的实时电流等于BSG电流实时限制值。
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