CN113200037A - 一种混合动力水泥搅拌车电池能量管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于行星混联式混合动力汽车能量管理技术领域，具体涉及一种混合动力水泥搅拌车电池能量管理方法，包括：步骤S1、计算上装实际需求功率P₃；步骤S2、根据上装实际需求功率P₃，计算上装工作时的发动机补偿功率P_{e_mend}；步骤S3、根据上装实际需求功率P₃和发动机补偿功率P_{e_mend}，计算发动机实际需求功率P_e。本发明的混合动力水泥搅拌车电池能量管理方法，发动机的需求功率由上装需求功率、电池充电需求功率、电池能量回收需求功率和驾驶员需求驱动功率四部分组成，通过对电池电量和发动机实际需求功率进行动态管理，可在保证上装驱动电机正常工作的前提下维持电池电量平衡，提高车辆动力性能。

Description

一种混合动力水泥搅拌车电池能量管理方法

技术领域

本发明涉及行星混联式混合动力汽车能量管理技术领域，尤其涉及一种混合动力水泥搅拌车电池能量管理方法。

背景技术

现阶段，纯电动汽车存在成本高、电池寿命衰减快、续驶里程短等劣势，因此，混合动力汽车成为当前清洁能源汽车的发展主流。混合动力汽车既可弥补纯电动汽车续驶里程短的不足，同时，相对传统汽车又可大幅减少燃油消耗与尾气排放。目前，混合动力包括串联式、并联式、行星混联式等多种结构形式，需要通过能量管理使发动机和电机协同工作，各自工作在最佳效率状态，从而改善纯内燃机驱动的效率低、污染重等问题；而如何同时有效地对多个动力源进行能量管理是发挥混合动力汽车节能环保优势的关键，尤其是针对带有上装的混合动力汽车，通过合理的能量管理方法，才能使行星混联式混合动力汽车充分利用外界电网充入能量、综合发挥传统内燃机车辆和电动车辆的优点，获得整车最佳性能；而目前缺乏针对带有上装的混合动力汽车能量管理方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合动力水泥搅拌车电池能量管理方法，针对带有上装的混合动力汽车电池能量进行动态管理，在保证上装主驱动电机正常工作的前提下维持电池电量平衡，提高车辆动力性能并满足上装用电需求。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种混合动力水泥搅拌车电池能量管理方法，包括：

步骤S1、计算上装实际需求功率P₃；

步骤S2、根据所述上装实际需求功率P₃，计算上装工作时的发动机补偿功率P_{e_mend}；

步骤S3、根据所述上装实际需求功率P₃和上装工作时的所述发动机补偿功率P_{e_mend}，计算发动机实际需求功率P_e。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述步骤S1包括：

步骤S11、根据上装电机转速N₃和上装电机转矩T₃，计算上装理论需求功率P₃′；

步骤S12、根据所述上装电机转速N₃和所述上装电机转矩T₃，插值电机效率MAP图，得到电机效率系数ε；

步骤S13、根据所述上装理论需求功率P₃‘和所述电机效率系数ε，计算所述上装实际需求功率P₃。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述步骤S2包括：

步骤S21、由所述上装实际需求功率P₃和电池电量SOC，插值电池补偿功率MAP图，得到电池最大允许补偿功率P_{bat_max}；

步骤S22、根据所述上装实际需求功率P₃和所述电池最大允许补偿功率P_{bat_max}，计算电池用于上装输出补偿功率P_bat；

步骤S23、根据所述上装实际需求功率P₃和所述电池用于上装输出补偿功率P_bat，计算上装工作时的所述发动机补偿功率P_{e_mend}。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述步骤S3包括：

步骤S31、根据车速V和油门开度，插值驾驶员需求功率MAP图，得到驾驶员需求驱动功率P_drv；

步骤S32、根据所述电池电量SOC，插值电池充电曲线，得到电池充电需求功率P_c；

步骤S33、根据制动开度，插值制动回收功率曲线，得到电池能量回收需求功率P_brk；

步骤S34、根据所述发动机补偿功率P_{e_mend}、所述驾驶员需求驱动功率P_drv、所述电池充电需求功率P_c和所述电池能量回收需求功率P_brk，计算所述发动机实际需求功率P_e。

作为本发明的一种优选的技术方案，在所述步骤S11中，所述上装理论需求功率P₃‘的计算公式如下：

作为本发明的一种优选的技术方案，在所述步骤S13中，所述上装实际需求功率P₃的计算公式如下：

作为本发明的一种优选的技术方案，在所述步骤S22中，所述电池用于上装输出补偿功率P_bat的计算公式如下：P_bat＝min(P₃、P_{bat_max})。

作为本发明的一种优选的技术方案，在所述步骤23中，上装工作时的所述发动机补偿功率P_{e_mend}的计算公式如下：P_{e_mend}＝P₃-P_bat。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述发动机实际需求功率P_e的计算公式如下：P_e＝P_drv+P_{e_mend}+P_c-P_brk。

作为本发明的一种优选的技术方案，在所述步骤S22中，P₃、P_{bat_max}均大于0。

本发明的有益效果：本发明所提供的混合动力水泥搅拌车电池能量管理方法，发动机的需求功率由上装实际需求功率P₃、电池充电需求功率、电池能量回收需求功率和驾驶员需求驱动功率四部分组成，根据车辆工况不同，上述参数值均会实时产生变化。本发明的混合动力水泥搅拌车的能量管理方法通过上装实际需求功率P₃和电池充电需求功率来实现电池电量的平衡，当电池电量比较高时，由电池电量补偿上装实际需求功率P₃，补偿量根据上装实际需求功率P₃和电池电量插值计算得到；当电池电量比较低时，由发动机全部提供上装实际需求功率P₃。通过本发明的混合动力水泥搅拌车电池能量管理方法，对电池电量和发动机实际需求功率P_e进行动态管理，可在保证上装主驱动电机MG2正常工作的前提下维持电池电量平衡，提高车辆动力性能并满足上装用电需求。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的混合动力水泥搅拌车的动力系统结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的混合动力水泥搅拌车电池能量管理方法的流程图；

图3是本发明实施例一提供的计算上装实际需求功率P₃的流程图；

图4是本发明实施例一提供的计算上装工作时发动机补偿功率P_{e_mend}的流程图；

图5是本发明实施例一提供的计算发动机实际需求功率P_e的流程图。

图中：

1、发动机；2、发电机MG1；3、行星排PG1；4、系统输出轴；5、主驱动电机MG2；6、主减速机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步地详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施例一

如图1-图5所示，本发明实施例提供一种混合动力水泥搅拌车电池能量管理方法，包括如下步骤：

步骤S1、计算上装实际需求功率P₃；

通过本步骤S1，可计算得知上装工作时的上装实际需求功率P₃，根据上装工况的不同，上装实际需求功率P₃的数值也有所不同。

步骤S2、根据上装实际需求功率P₃，计算上装工作时的发动机补偿功率P_{e_mend}；

通过步骤S1中得到的上装实际需求功率P₃，结合电池实时电量SOC及电池能对上装提供的补偿功率，可计算出上装工作时的发动机补偿功率P_{e_mend}。

步骤S3、根据上装实际需求功率P₃和上装工作时的发动机补偿功率P_{e_mend}，计算发动机实际需求功率P_e，其中，P_e大于等于零。

通过步骤S2中得到的上装工作时发动机补偿功率P_{e_mend}，结合驾驶员需求驱动功率、电池充电需求功率和电池能量回收需求功率，可计算出发动机实际需求功率P_e。

如图1所示，为本发明实施例的混合动力水泥搅拌车的动力系统结构示意图，动力系统包括发动机1、发电机MG1 2、行星排PG1 3、系统输出轴4、主驱动电机MG2 5和主减速机6。在混合动力水泥搅拌车的能量管理方法中，发动机1的需求功率由上装实际需求功率P₃、电池充电需求功率、电池能量回收需求功率和驾驶员需求驱动功率四部分组成，根据车辆工况不同，上述参数值均会实时产生变化。本发明实施例的混合动力水泥搅拌车的能量管理方法通过上装实际需求功率P₃和电池充电需求功率来实现电池电量的平衡，当电池电量比较高时，由电池电量补偿上装实际需求功率P₃，补偿量根据上装实际需求功率P₃和电池电量插值计算得到；当电池电量比较低时，由发动机1全部提供上装实际需求功率P₃。通过本发明实施例的混合动力水泥搅拌车电池能量管理方法，对电池电量和发动机实际需求功率P_e进行动态管理，可在保证上装主驱动电机MG2正常工作的前提下维持电池电量平衡，提高车辆动力性能并满足上装用电需求。

进一步地，步骤S1包括：

步骤S11、根据上装电机转速N₃和上装电机转矩T₃，计算上装理论需求功率P₃‘；其中，上装理论需求功率P₃‘的计算公式如下：

步骤S12、根据上装电机转速N₃和上装电机转矩T₃，插值电机效率MAP图，得到电机效率系数ε；

其中，电机效率MAP图为电机效率分布曲线图，主要反映在不同转速、扭矩下的电机效率分布情况。下文所述的多种MAP图，也均为效率分布曲线图，其绘制方法和使用方法为本领域内的现有技术，本实施例在此不做赘述。

步骤S13、根据上装理论需求功率P₃‘和电机效率系数ε，计算上装实际需求功率P₃；其中，上装实际需求功率P₃的计算公式如下：

通过上述步骤，根据上装电机转速N₃和上装电机转矩T₃，参考电机效率MAP图，即可得到上装实际需求功率P₃。

进一步地，步骤S2包括：

步骤S21、由上装实际需求功率P₃和电池电量SOC，插值电池补偿功率MAP图，得到电池最大允许补偿功率P_{bat_max}；在本步骤S21中，电池最大允许补偿功率P_{bat_max}随电池电量SOC的不同而变化，体现对电池能量的动态管理。

步骤S22、根据上装实际需求功率P₃和电池最大允许补偿功率P_{bat_max}，计算电池用于上装输出补偿功率P_bat；其中，电池用于上装输出补偿功率的计算公式如下：P_bat＝min(P₃、P_{bat_max})。也即，当上装实际需求功率P₃大于电池最大允许补偿功率P_{bat_max}，P_bat＝P_{bat_max}；当上装实际需求功率P₃小于电池最大允许补偿功率P_{bat_max}，P_bat＝P₃。优选地，P₃、P_{bat_max}均大于0。

步骤S23、根据上装实际需求功率P₃和电池用于上装输出补偿功率P_bat，计算上装工作时的发动机补偿功率P_{e_mend}；其中，发动机补偿功率P_{e_mend}的计算公式如下：P_{e_mend}＝P₃-P_bat。

通过上述步骤，根据已计算得出的上装实际需求功率P₃，结合电池电量SOC、电池补偿功率MAP图，即可得出上装工作时的发动机补偿功率P_{e_mend}，该值随电池电量SOC的不同而变化，体现对电池能量的动态管理。

进一步地，步骤S3包括：

步骤S31、根据车速V和油门开度，插值驾驶员需求功率MAP图，得到驾驶员需求驱动功率P_drv；

步骤S32、根据电池电量SOC，插值电池充电曲线，得到电池充电需求功率P_c；

步骤S33、根据制动开度，插值制动回收功率曲线，得到电池能量回收需求功率P_brk；其中，P_brk大于等于零。

步骤S34、根据发动机补偿功率P_{e_mend}、驾驶员需求驱动功率P_drv、电池充电需求功率P_c和电池能量回收需求功率P_brk，计算发动机实际需求功率P_e，其中，发动机实际需求功率P_e的计算公式如下：P_e＝P_drv+P_{e_mend}+P_c-P_brk。

通过上述步骤，根据已计算出的发动机补偿功率P_{e_mend}，结合车速V、油门开度、电池电量SOC和制动开度，即可计算出发动机实际需求功率P_e，在保证上装主驱动电机MG2 5正常工作的前提下维持电池电量平衡，提高车辆动力性能并满足上装的用电需求。

实施例二

本发明实施例以一台工作中的混合动力水泥搅拌车为例，进行电池能量动态管理，其中，上装电机转速N₃＝2000rpm，上装电机转矩T₃＝100Nm，车速V＝25km/h，油门开度35％，制动开度0％。

步骤S1、计算上装实际需求功率P₃，包括如下步骤：

步骤S11、根据上装电机转速N₃＝2000rpm和上装电机转矩T₃＝100Nm，计算上装理论需求功率P₃‘；其中，上装理论需求功率P₃‘的计算结果如下：

步骤S12、根据上装电机转速N₃＝2000rpm和上装电机转矩T₃＝100Nm，插值电机效率MAP图，得到电机效率系数ε＝0.92。

步骤S13、根据上装理论需求功率P₃‘＝20.94kw和电机效率系数ε＝0.92，计算上装实际需求功率P₃，其中，上装实际需求功率P₃的计算结果如下：

步骤S2、根据上装实际需求功率P₃，计算上装工作时的发动机补偿功率P_{e_mend}，包括如下步骤：

步骤S21、由已计算出的上装实际需求功率P₃＝22.76kw，此时电池电量SOC＝65％，插值电池补偿功率MAP图，得到此时电池最大允许补偿功率P_{bat_max}＝5kw；

步骤S22、根据上装实际需求功率P₃＝22.76kw和电池最大允许补偿功率P_{bat_max}＝5kw，计算电池用于上装输出补偿功率P_bat；其中，电池用于上装输出补偿功率的计算结果如下：P_bat＝min(P₃、P_{bat_max})，在本实施例中，P_bat＝P_{bat_max}＝5kw。

步骤S23、根据已计算出的上装实际需求功率P₃＝22.76kw和电池用于上装输出补偿功率P_bat＝5kw，计算上装工作时的发动机补偿功率P_{e_mend}；其中，上装工作时的发动机补偿功率P_{e_mend}计算结果如下：P_{e_mend}＝P₃-P_bat＝22.76-5＝17.76kw。

步骤S3、根据已计算出的上装实际需求功率P₃和上装工作时的发动机补偿功率P_{e_mend}，计算发动机实际需求功率P_e，包括如下步骤：

步骤S31、根据车速V＝25km/h和油门开度35％，插值驾驶员需求功率MAP图，得到驾驶员需求驱动功率P_drv＝40kw；

步骤S32、此时电池电量SOC＝35％，插值电池充电曲线，得到电池充电需求功率P_c＝10kw；

步骤S33、根据制动开度0％，插值制动回收功率曲线，得到电池能量回收需求功率P_brk＝0kw；

步骤S34、根据已计算出的发动机补偿功率P_{e_mend}、驾驶员需求驱动功率P_drv、电池充电需求功率P_c和电池能量回收需求功率P_brk，计算发动机实际需求功率P_e，其中，发动机实际需求功率P_e的计算结果如下：P_e＝P_drv+P_{e_mend}+P_c-P_brk＝40+17.76+10-0＝67.76kw。

本实施例的混合动力水泥搅拌车电池能量管理方法，通过上装电机转速N₃、上装电机转矩T₃、电池电量SOC、车速V、油门开度和制动开度等车况参数，结合电机效率MAP图、电池补偿功率MAP图、驾驶员需求功率MAP图、电池充电曲线，可对电池电量进行动态管理。当发动机1实际输出功率为67.76kw，即可满足上装的用电需求，又能有效维持电池电量平衡；在保证上装电机正常工作的前提下维持电池电量平衡，提高车辆动力性能。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混合动力水泥搅拌车电池能量管理方法，其特征在于，包括：

步骤S1、计算上装实际需求功率P₃；

步骤S2、根据所述上装实际需求功率P₃，计算上装工作时的发动机补偿功率P_{e_mend}；

步骤S3、根据所述上装实际需求功率P₃和上装工作时的所述发动机补偿功率P_{e_mend}，计算发动机实际需求功率P_e。

2.根据权利要求1所述的混合动力水泥搅拌车电池能量管理方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

步骤S11、根据上装电机转速N₃和上装电机转矩T₃，计算上装理论需求功率P₃‘；

步骤S12、根据所述上装电机转速N₃和所述上装电机转矩T₃，插值电机效率MAP图，得到电机效率系数ε；

步骤S13、根据所述上装理论需求功率P₃‘和所述电机效率系数ε，计算所述上装实际需求功率P₃。

3.根据权利要求2所述的混合动力水泥搅拌车电池能量管理方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

步骤S21、由所述上装实际需求功率P₃和电池电量SOC，插值电池补偿功率MAP图，得到电池最大允许补偿功率P_{bat_max}；

步骤S22、根据所述上装实际需求功率P₃和所述电池最大允许补偿功率P_{bat_max}，计算电池用于上装输出补偿功率P_bat；

步骤S23、根据所述上装实际需求功率P₃和所述电池用于上装输出补偿功率P_bat，计算上装工作时的所述发动机补偿功率P_{e_mend}。

4.根据权利要求3所述的混合动力水泥搅拌车电池能量管理方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

步骤S31、根据车速V和油门开度，插值驾驶员需求功率MAP图，得到驾驶员需求驱动功率P_drv；

步骤S32、根据所述电池电量SOC，插值电池充电曲线，得到电池充电需求功率P_c；

步骤S33、根据制动开度，插值制动回收功率曲线，得到电池能量回收需求功率P_brk；

步骤S34、根据所述发动机补偿功率P_{e_mend}、所述驾驶员需求驱动功率P_drv、所述电池充电需求功率P_c和所述电池能量回收需求功率P_brk，计算所述发动机实际需求功率P_e。

5.根据权利要求2所述的混合动力水泥搅拌车电池能量管理方法，其特征在于，在所述步骤S11中，所述上装理论需求功率P₃‘的计算公式如下：

6.根据权利要求2所述的混合动力水泥搅拌车电池能量管理方法，其特征在于，在所述步骤S13中，所述上装实际需求功率P₃的计算公式如下：

7.根据权利要求3所述的混合动力水泥搅拌车电池能量管理方法，其特征在于，在所述步骤S22中，所述电池用于上装输出补偿功率P_bat的计算公式如下：P_bat＝min(P₃、P_{bat_max})。

8.根据权利要求3所述的混合动力水泥搅拌车电池能量管理方法，其特征在于，在所述步骤23中，上装工作时的所述发动机补偿功率P_{e_mend}的计算公式如下：P_{e_mend}＝P₃-P_bat。

9.根据权利要求4所述的混合动力水泥搅拌车电池能量管理方法，其特征在于，在所述步骤S34中，所述发动机实际需求功率P_e的计算公式如下：P_e＝P_drv+P_{e_mend}+P_c-P_brk。

10.根据权利要求3所述的混合动力水泥搅拌车电池能量管理方法，其特征在于，在所述步骤S22中，P₃、P_{bat_max}均大于0。

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