CN113561850A - 双电机纯电动装载机能量管理控制方法及控制系统 - Google Patents

双电机纯电动装载机能量管理控制方法及控制系统 Download PDF

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CN113561850A CN202110895732.1A CN202110895732A CN113561850A CN 113561850 A CN113561850 A CN 113561850A CN 202110895732 A CN202110895732 A CN 202110895732A CN 113561850 A CN113561850 A CN 113561850A
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刘美艳
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Abstract

本发明公开了一种双电机纯电动装载机能量管理控制方法及控制系统，所述方法包括：根据油泵电机参考电流、主驱电机参考电流以及附件电流三者之和确定总需求电流；获取电池当前的充放电状态和休眠状态信息，其中，休眠状态信息包括允许持续脉冲放电时长或允许持续脉冲充电时长；在电池放充电状态下，当总需求电流值大于电池额定充放电电流时，根据实际放充电持续时间与所述允许持续脉冲充放电时长，对油泵电机参考转速、主驱电机参考转矩及主驱电机转速中的至少一种进行限制。本发明的优点和有益效果是：能够在电池包电流不足以提供满足当前需求电流时，主动对电机进行转速限制和转矩限制控制，提高了控制精度，避免了能量分配不受控的问题。

Description

双电机纯电动装载机能量管理控制方法及控制系统
技术领域
本发明涉及工程机械车辆技术领域，具体涉及一种双电机纯电动装载机能量管理控制方法及控制系统。
背景技术
纯电动装载机在特定的施工场合有着广泛的市场需要，采用双电机方案由一台电机驱动液压泵，另一台电机驱动行走系统，通过分别控制两台电机可以实现两种功率流的精确控制，避免了传统装载机行走驱动能量和液压能量的耦合。纯电动装载机的电能总来源为动力电池组，如果全部按照司机的请求控制电机，会经常出现动力电池电流不足以提供当前需求电流现象，造成整机驱动与液压系统输出转矩或转速精度不高，能量分配不受控等问题。需要对双电机纯电动装载机的能量管理系统进行研究。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种双电机纯电动装载机能量管理控制方法及控制系统，合理分配主驱电机和油泵电机两者能量，提高了输出转矩或转速精度，提升车辆的操控性能。
本发明的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供一种双电机纯电动装载机能量管理控制方法，包括：
根据油泵电机参考电流、主驱电机参考电流以及附件电流三者之和确定总需求电流；获取电池当前的充放电状态和休眠状态信息，其中，休眠状态信息包括允许持续脉冲放电时长或允许持续脉冲充电时长；在电池放电状态下/电池充电状态下，当总需求电流值大于电池额定放电电流/额定充电电流时，根据实际放电持续时间/实际持续充电持续时间与所述允许持续脉冲放电时长/允许持续脉冲充电时长，对油泵电机参考转速、主驱电机参考转矩及主驱电机转速中的至少一种进行限制。
第二方面，本发明实施例提供一种双电机纯电动装载机能量管理控制系统，包括：需求电流计算模块，用于根据油泵电机参考电流、主驱电机参考电流以及附件电流三者之和确定总需求电流；电池信息获取模块，用于获取电池当前的充放电状态和休眠状态信息，其中，休眠状态信息包括允许持续脉冲放电时长或允许持续脉冲充电时长；输出限制模块，用于在电池放电状态下/电池充电状态下，当总需求电流值大于电池额定放电电流/额定充电电流时，根据实际放电持续时间/实际持续充电持续时间与所述允许持续脉冲放电时长/允许持续脉冲充电时长，对油泵电机参考转速、主驱电机参考转矩及主驱电机转速中的至少一种进行限制。
本发明的优点和有益效果是：
1、能够在电池包电流不足以提供满足当前需求电流时，主动对电机进行转速限制和转矩限制控制，在一定程度上提高了控制精度，避免了能量分配不受控的问题；
2、采用优先降低油泵电机转速、再降低主驱电机转矩的控制方法，在能量受限制情况下，最大限度的提升了装载机的工作效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的双电机纯电动装载机系统的结构框图；
图2为本发明实施例提供的双电机纯电动装载机能量管理控制方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的双电机纯电动装载机能量管理控制系统的结构框图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第一方面，本发明实施例提供一种双电机纯电动装载机能量管理控制方法，运行该方法的装载机系统如图1所示，包括：整车控制器101、与整车控制器相连的电池管理系统130、油泵电机控制器110和主驱电机控制器120，主驱电机控制器120与主驱电机相连121，油泵电机控制器110与油泵电机111相连，电池管理系统130与动力电池131相连，动力电池131与主驱电机控制器120、油泵电机控制器110相连，所述整车控制器101用于采集油门踏板、机械制动踏板、电磁制动踏板、换挡手柄的反馈信号，以及主驱电机、油泵电机、电池管理系统的反馈信号。
所述方法如图2所示，包括以下步骤：
步骤101：根据油泵电机参考电流、主驱电机参考电流以及附件电流三者之和确定总需求电流。
油泵电机参考电流计算方法为参考转速乘以实际转矩除以9550再除以电机系统效率再乘以当前电压值，主驱电机参考电流同理可得。
步骤102：获取电池当前的充放电状态和休眠状态信息，其中，休眠状态信息包括允许持续脉冲放电时长或允许持续脉冲充电时长；
电池包休眠状态判定：每次脉冲放电后，电池需要有段休眠时期，时间应≥脉冲持续时间。休眠时期内，电池可以处于标准放电状态或充电状态，也可以处于零电流不工作状态，但在休眠期内，不允许再次发生脉冲放电现象。
步骤103：在电池放电状态下/电池充电状态下，当总需求电流值大于电池额定放电电流/额定充电电流时，根据实际放电持续时间/实际持续充电持续时间与所述允许持续脉冲放电时长/允许持续脉冲充电时长，对油泵电机参考转速、主驱电机参考转矩及主驱电机转速中的至少一种进行限制。
在电池放电状态下，电池实际放电电流超过额定放电电流的持续时间t超过允许持续脉冲放电时间t0后，主驱电机与油泵电机的参考转矩与参考转速降至能保证电池输出电流为额定电流的转矩值与转速值，并且开始记录电池放电电流值在额定以及额定以下运行的休眠时间t1，当所述休眠时间t1超过允许持续脉冲放电时间t0后，电池才能进行下一次超额定电流放电。
当所述实际放电持续时间t不大于允许持续脉冲放电时间t0时，记录本次时间为t2，并且记录放电电流在额定电流及以下运行的时间t3，仅当t3大于t2时，才能输出当前主驱电机的参考转矩与油泵电机的参考转速；否则当t3小于t2时，输出电池额定电流对应的主驱电机的参考转矩与油泵电机的参考转速。
当总需求电流超过峰值放电电流时，在保证油泵电机的最小转速的前提下，优先调节油泵电机的参考转速，再调节主驱电机的参考转矩。
在电池充电状态下，当所述实际充电电流超过额定充电电流的持续时间t5超过允许持续脉冲充电时间t4后，主驱电机的参考转矩降至能保证电池输出电流为额定电流的转矩值，并且开始记录电池充电电流值在额定以及额定以下运行的时间t6，当该时间t6超过允许持续脉冲充电时间t4后，电池才能进行下一次超额定电流充电。
当所述实际充电持续时间t5不大于允许持续脉冲充电时间t4时，记录本次时间为t7，并且记录充电电流在额定电流以下运行的时间t8，仅当t8大于t7时，才能输出当前主驱电机的参考转矩与油泵电机的参考转速。
在一些实施例中，所述获取电池当前的充放电状态和休眠状态信息，还包括获取电池的故障等级信息和系统电压，故障等级信息一级时发出报警、二级时限制功率、三级最为严重故障，整机下高压，当电池放电时出现二级故障信息时，限制主驱电机的参考转矩以及油泵电机的参考转速，在保证油泵电机的在不同流量等级下需要的最小转速的情况下，优先限制油泵电机的参考转速，具体步骤如下：
根据电池包当前电压乘以当前电流除以1000计算当前电池功率，再乘以不同的功率限制百分比，计算出需要限制功率值PowerLim；
根据附件当电流乘以电池包电压除以1000计算当前附件功率P_real_DC；
同理依据主驱电机当电流乘以电池包电压除以1000计算当前主驱电机功率P_real_mot1；
依据油泵电机最小转速乘以实际转矩除以9550得到维持最小转速机械功率，除以当前电机系统效率(当前转速、当前转矩查表得到对应的效率mot2effi)，得到维持最小转速运行的功率值P_mot2_Spd_least。
如果PowerLim-P_real_DC-P_real_mot1-P_mot2_Spd_least>0，则证明电池包电流还有余量，只需要降低油泵电机转速，油泵电机转速指令：
Mot2CmdSpd＝(PowerLim-P_real_DC-P_real_mot1)*mot2effi*9550/Tq2；
Tq2为油泵电机实际转矩。
如果PowerLim-P_real_DC-P_real_mot1-P_mot2_Spd_least<0，则证明电池包电流只能维持油泵电机最小转速，主驱电机转矩指令：
Mot1CmdTq＝(PowerLim-P_real_DC-P_mot2_Spd_least)*mot1effi*9550/Spd1；
Spd1为主驱电机实际转速。
根据跛行信号以及车速限制值以及车辆后桥速比、轮胎半径、变速箱速比，计算主驱电机在转矩控制模式下的转速限制值。
在一些实施例中，所述获取电池当前的充放电状态和休眠状态信息，还包括获取电池的故障等级信息，当电池充电时出现故障，根据不同故障等级以及不同的功率限制百分比，限制主驱电机的回收转矩，具体步骤如下：
计算主驱电机参考功率：
P_ref_mot1＝PowerLim-P_real_mot2-P_real_DC；
如果P_ref_mot1小于实际功率P_real_mot1，输出当前主驱电机的参考转矩；如果P_ref_mot1大于P_real_mot1，则主驱电机的回收转矩计算如下：
Mot1CmdTq＝P_ref_mot1*mot1effi*9550/Spd1。
第二方面，本发明实施例提供一种双电机纯电动装载机能量管理控制系统，如图3所示，包括：
需求电流计算模块201，用于根据油泵电机参考电流、主驱电机参考电流以及附件电流三者之和确定总需求电流；
电池信息获取模块202，用于获取电池当前的充放电状态和休眠状态信息，其中，休眠状态信息包括允许持续脉冲放电时长或允许持续脉冲充电时长；
输出限制模块203，用于在电池放电状态下/电池充电状态下，当总需求电流值大于电池额定放电电流/额定充电电流时，根据实际放电持续时间/实际持续充电持续时间与所述允许持续脉冲放电时长/允许持续脉冲充电时长，对油泵电机参考转速、主驱电机参考转矩及主驱电机转速中的至少一种进行限制。
所述输出限制模块203还包括放电时间计算单元，用于在电池放电状态下，电池实际放电电流超过额定放电电流的持续时间t超过允许持续脉冲放电时间t0后，主驱电机与油泵电机的参考转矩与参考转速降至能保证电池输出电流为额定电流的转矩值与转速值，并且开始记录电池放电电流值在额定以及额定以下运行的休眠时间t1，当所述休眠时间t1超过允许持续脉冲放电时间t0后，电池才能进行下一次超额定电流放电。
所述放电时间计算单元还用于当所述实际放电持续时间t不大于允许持续脉冲放电时间t0时，记录本次时间为t2，并且记录放电电流在额定电流及以下运行的时间t3，仅当t3大于t2时，才能输出当前主驱电机的参考转矩与油泵电机的参考转速；否则当t3小于t2时，输出电池额定电流对应的主驱电机的参考转矩与油泵电机的参考转速。
所述输出限制模块203还用于在总需求电流超过峰值放电电流时，在保证油泵电机的最小转速的前提下，优先调节油泵电机的参考转速，再调节主驱电机的参考转矩。
所述输出限制模块203还包括充电时间计算单元，用于在电池充电状态下，当所述实际充电电流超过额定充电电流的持续时间t5超过允许持续脉冲充电时间t4后，主驱电机的参考转矩降至能保证电池输出电流为额定电流的转矩值，并且开始记录电池充电电流值在额定以及额定以下运行的时间t6，当该时间t6超过允许持续脉冲充电时间t4后，电池才能进行下一次超额定电流充电。
所述充电时间计算单元，还用于在所述实际充电持续时间t5不大于允许持续脉冲充电时间t4时，记录本次时间为t7，并且记录充电电流在额定电流以下运行的时间t8，仅当t8大于t7时，才能输出当前主驱电机的参考转矩与油泵电机的参考转速。
在一些实施例中，所述电池信息获取模块202还用于获取电池的故障等级信息和系统电压，故障等级信息一级时发出报警、二级时限制功率、三级最为严重故障，整机下高压，当电池放电时出现二级故障信息时，限制主驱电机的参考转矩以及油泵电机的参考转速，在保证油泵电机的在不同流量等级下需要的最小转速的情况下，优先限制油泵电机的参考转速，具体步骤如下：
根据电池包当前电压乘以当前电流除以1000计算当前电池功率，再乘以不同的功率限制百分比，计算出需要限制功率值PowerLim；
根据附件当电流乘以电池包电压除以1000计算当前附件功率P_real_DC；
同理依据主驱电机当电流乘以电池包电压除以1000计算当前主驱电机功率P_real_mot1；
依据油泵电机最小转速乘以实际转矩除以9550得到维持最小转速机械功率，除以当前电机系统效率(当前转速、当前转矩查表得到对应的效率mot2effi)，得到维持最小转速运行的功率值P_mot2_Spd_least。
如果PowerLim-P_real_DC-P_real_mot1-P_mot2_Spd_least>0，则证明电池包电流还有余量，只需要降低油泵电机转速，油泵电机转速指令：
Mot2CmdSpd＝(PowerLim-P_real_DC-P_real_mot1)*mot2effi*9550/Tq2；
Tq2为油泵电机实际转矩。
如果PowerLim-P_real_DC-P_real_mot1-P_mot2_Spd_least<0，则证明电池包电流只能维持油泵电机最小转速，主驱电机转矩指令：
Mot1CmdTq＝(PowerLim-P_real_DC-P_mot2_Spd_least)*mot1effi*9550/Spd1；
Spd1为主驱电机实际转速。
根据跛行信号以及车速限制值以及车辆后桥速比、轮胎半径、变速箱速比，计算主驱电机在转矩控制模式下的转速限制值。
在一些实施例中，所述电池信息获取模块202还用于获取电池的故障等级信息，当电池充电时出现故障，根据不同故障等级以及不同的功率限制百分比，限制主驱电机的回收转矩，具体步骤如下：
计算主驱电机参考功率：
P_ref_mot1＝PowerLim-P_real_mot2-P_real_DC；
如果P_ref_mot1小于实际功率P_real_mot1，输出当前主驱电机的参考转矩；如果P_ref_mot1大于P_real_mot1，则主驱电机的回收转矩计算如下：
Mot1CmdTq＝P_ref_mot1*mot1effi*9550/Spd1。
第三方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现第一方面所述的方法。
这里需要指出的是：以上存储介质实施例项的描述，与上述方法描述是类似的，具有同方法实施例相同的有益效果，因此不做赘述。对于本发明存储介质实施例中未披露的技术细节，本领域的技术人员请参照本发明方法实施例的描述而理解，为节约篇幅，这里不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明的实例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.双电机纯电动装载机能量管理控制方法，其特征在于，包括：
根据油泵电机参考电流、主驱电机参考电流以及附件电流三者之和确定总需求电流；
获取电池当前的充放电状态和休眠状态信息，其中，休眠状态信息包括允许持续脉冲放电时长或允许持续脉冲充电时长；
在电池放电状态下/电池充电状态下，当总需求电流值大于电池额定放电电流/额定充电电流时，根据实际放电持续时间/实际持续充电持续时间与所述允许持续脉冲放电时长/允许持续脉冲充电时长，对油泵电机参考转速、主驱电机参考转矩及主驱电机转速中的至少一种进行限制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在电池放电状态下，电池实际放电电流超过额定放电电流的持续时间t超过允许持续脉冲放电时间t0后，主驱电机与油泵电机的参考转矩与参考转速降至能保证电池输出电流为额定电流的转矩值与转速值，并且开始记录电池放电电流值在额定以及额定以下运行的休眠时间t1，当所述休眠时间t1超过允许持续脉冲放电时间t0后，电池才能进行下一次超额定电流放电。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述实际放电持续时间t不大于允许持续脉冲放电时间t0时，记录本次时间为t2，并且记录放电电流在额定电流及以下运行的时间t3，仅当t3大于t2时，才能输出当前主驱电机的参考转矩与油泵电机的参考转速；否则当t3小于t2时，输出电池额定电流对应的主驱电机的参考转矩与油泵电机的参考转速。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当总需求电流超过峰值放电电流时，在保证油泵电机的最小转速的前提下，优先调节油泵电机的参考转速，再调节主驱电机的参考转矩。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在电池充电状态下，当所述实际充电电流超过额定充电电流的持续时间t5超过允许持续脉冲充电时间t4后，主驱电机的参考转矩降至能保证电池输出电流为额定电流的转矩值，并且开始记录电池充电电流值在额定以及额定以下运行的时间t6，当该时间t6超过允许持续脉冲充电时间t4后，电池才能进行下一次超额定电流充电。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述实际充电持续时间t5不大于允许持续脉冲充电时间t4时，记录本次时间为t7，并且记录充电电流在额定电流以下运行的时间t8，仅当t8大于t7时，才能输出当前主驱电机的参考转矩与油泵电机的参考转速。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取电池当前的充放电状态和休眠状态信息，还包括获取电池的故障等级信息和系统电压，当电池放电时出现故障，根据故障登记信息限制主驱电机的参考转矩以及油泵电机的参考转速，在保证油泵电机的在不同流量等级下需要的最小转速的情况下，优先限制油泵电机的参考转速；根据跛行信号以及车速限制输出主驱电机在转矩控制模式下的转速限制。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取电池当前的充放电状态和休眠状态信息，还包括获取电池的故障等级信息，当电池充电时出现故障，根据不同故障等级以及不同的功率限制百分比，限制主驱电机的回收转矩。
9.双电机纯电动装载机能量管理控制系统，包括：
需求电流计算模块，用于根据油泵电机参考电流、主驱电机参考电流以及附件电流三者之和确定总需求电流；
电池信息获取模块，用于获取电池当前的充放电状态和休眠状态信息，其中，休眠状态信息包括允许持续脉冲放电时长或允许持续脉冲充电时长；
输出限制模块，用于在电池放电状态下/电池充电状态下，当总需求电流值大于电池额定放电电流/额定充电电流时，根据实际放电持续时间/实际持续充电持续时间与所述允许持续脉冲放电时长/允许持续脉冲充电时长，对油泵电机参考转速、主驱电机参考转矩及主驱电机转速中的至少一种进行限制。
10.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的方法。
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