CN114206658A - 用于管理要由电动机提供的扭矩的方法 - Google Patents

Abstract

用于管理要在电动机轴上提供的扭矩的管理方法包括以下步骤：‑创建并初始化校正数据表，‑获取扭矩指令，‑确定扭矩命令，‑测量转换装置的输出电流并测量电池的输出电流，‑基于两个电流测量值和电压来计算电功率，‑基于图表来确定基于电动机处的电功率和电动机转速的相应扭矩，‑读取电动机提供的关于施加在电动机轴上的扭矩的信息，‑计算电动机提供的信息与基于电功率确定的扭矩之差，‑更新校正数据表。

Description

用于管理要由电动机提供的扭矩的方法

技术领域

本发明涉及对使用转换装置的机电系统进行管理的领域，该转换装置可逆或不可逆地将电功率转换成机械扭矩。

本发明可以更具体地涉及对电动机的管理，电动机例如用于机动车辆的机动装置的电动机，并且进一步更具体地涉及联接到内燃机的电动机（所谓的混动车辆）。

背景技术

在例如机动车辆的车载系统中，电动机由电池提供电流，并将“存储”在电池中的电能转换成机械扭矩，机械扭矩传递到车轮以驱动车轮。最常见的情况是，通过将机械能（在制动期间或由内燃机提供）转化为电能用于对电池进行再充电，电动机也反向地用作发电机。

为免损坏电池，应限制流向电池端子的电流强度。该电流的最大强度（无论是在电池充电还是其放电期间）在很大程度上取决于诸如电池温度、其充电状态等参数。为了保护电池，应注意不要超过这个最大强度。于是提供电池监测装置（英文首字母缩合词称为BMS，Battery Management System，即电池管理系统），以便根据上述参数确定并告知电池端子处不可超过的强度限值。

在车辆中，驾驶员给出的指令被引擎管理系统接收，引擎管理系统将这些指令“转译”为负载，即要由电动机轴提供的扭矩。因此，电动机需要提供预定扭矩。然而，对于电池而言，提供的电流和电池两端的电压、即电池提供的功率是已知的。因此，提供给电动机的功率是已知的。

电动机的制造商为他们的电动机提供图表（cartographie），这使得能够根据诸如电动机转速和输出端提供的机械扭矩之类的数据来知晓电动机的效率（输出端提供的机械能与消耗的电能之比）。这些图表于是使得能够确定可基于电功率和电动机转速获得的最大扭矩。

已知文献FR3025755A1，其涉及用于限制包括牵引电池的车辆电动机的扭矩的方法，包括：- 根据电动机损耗图表确定可用机械功率的步骤，- 基于所述电池中的最大可用功率的估计使用积分校正器来校正可用机械功率的步骤，- 根据所确定的可用机械功率或根据校正后的可用机械功率来限制电动机扭矩的步骤，- 在限制步骤使用所述校正后的可用机械功率时更新用于估计电动机损耗的估计部件的步骤，估计部件包括所述图表。

然而，这些图表每次与一种类型的电动机相关，而不是适用于特定的一个电动机，也就是说，由于制造过程中的各种容差，同一系列电动机的样本中在效率（以及因此的最大扭矩）方面将存在差异。而且随着时间推移，取决于电动机的使用模式、磨损等，在电动机的使用寿命中这些图表中也会出现漂移。

所获得的数据于是是近似的，因此不能用于通过同时充分利用电动机和内燃机来优化对混动车辆的管理的情况。

因此，本发明的目的是尽可能精确地估计电动机能够提供的最大可用扭矩，而不必使用测量所述扭矩的特定传感器。

发明内容

提出了一种用于在系统中管理要在电动机轴上提供的扭矩的管理方法，该系统包括电动机、用于向电动机馈电的电池、安装在电池和电动机之间的DC/DC（直流-直流）转换装置以及电气管理装置。

根据本发明，这种方法包括以下步骤：

- 创建并初始化校正数据表，

- 从中央管理单元获取要施加在电动机轴上的扭矩的扭矩指令，

- 基于接收到的扭矩指令和校正数据表中的相应数据来确定扭矩命令，

- 测量转换装置的输出电流并测量电池的输出电流，

- 基于前一步的两个电流测量值和电动机两端的电压来计算电功率，

- 基于与电动机相关联的图表来确定基于电动机处的电功率和电动机的转速的相应扭矩，

- 读取电动机提供的关于施加在电动机轴上的扭矩的信息，

- 计算电动机提供的关于施加在电动机轴上的扭矩的信息与基于电动机处的电功率和与电动机相关联的图表确定的扭矩之差，

- 在需要时，根据前一步确定的差来更新校正数据表。

借助于校正数据表及其持续更新，实时地调整图表。这样就可以更好地管理电动机和电池的性能，而不会有损坏电池的风险。这种改进的管理使得能够优化混动车辆的电动机的使用（并因此限制CO2的排放），而不必实施新的传感器，例如用于测量施加在电动机轴上的扭矩的（昂贵的）传感器。

在初始化校正数据表时，该表的值可以初始化为0，优选地在工厂中，也就是说在车辆投入使用之前。

该管理方法可以在电动机用作在其轴上产生扭矩的电动机时或在电动机用作用于对电池进行再充电的发电机时实施。

根据另一方面，提出了一种计算机程序，其包括指令，当该程序由处理器执行时所述指令用于实施此处限定的方法的全部或部分。根据本发明的另一方面，提出了一种非暂时性计算机可读存储介质，其上存储有这样的程序。

本发明还涉及一种用于管理电动机轴上的扭矩的管理装置，包括电池和DCDC转换装置，其特征在于，该管理装置还包括用于实施上述管理方法的每个步骤的电子部件。

最后，本发明涉及一种装有电动机的车辆，其特征在于，其还包括如前段限定的管理装置。该车辆可以仅由一个或多个电动机来驱动，也可以是具有至少一个电动机和内燃机的所谓的混动车辆。

附图说明

通过阅读以下详细描述并分析附图，本发明的其他特征、细节和优点将变得显而易见，其中：

图1示意性地示出了混动车辆的电动机的馈电；

图2是电流/温度的示例曲线图，示出了应将电池两端的电流维持处于的区域；以及

图3是用于管理要由图1的电动机提供的扭矩的管理方法的流程图。

具体实施方式

附图和以下描述出于必要性包含具有特定特性的元件。因此，它们不仅可以用来更好地理解本发明，也在必要时有助于对本发明进行限定。

现在参考图1。该图示出了原理图，该原理图是在由至少一个电动机驱动的车辆领域中工作的本领域技术人员已知的。它可以是混动车辆，也就是说，既配备有内燃机又配备有至少一个电动机的车辆，它也可以是仅由电动机驱动的车辆。在图1中，对应于这种车辆的电动机的电动机2由第一电池4馈送直流电，第一电池4并联地向连接到第二电池8的DCDC转换装置6馈电。

第一电池4通常是这样的电池：其两端的空载电压最初在36到52V之间。它包括多个彼此连接的电池单元以提供该电压，这些电池单元分布在车辆上。这里以简化的方式示出了第一电池4。

DCDC转换装置6与第一电池4并联安装，并使得能够对第二电池8再充电。

第二电池8通常提供约12V的电压，并且对应于传统上用在电动、混动或内燃机机动车辆中的电池。

由于电动机2的馈电结构是本领域技术人员已知的，因此在此没有必要对其进行更详细的描述。

图2是曲线图，横坐标是强度I（单位为安培A）并且纵坐标是温度T（单位为摄氏度℃）。预估当工作点(I, T)在区域10中时第一电池4正常工作。在该区域10之外，第一电池4可能性能有损（电荷损失、性能下降等）因此，应注意限制在第一电池4的端子处的电路中流动的电流，该电流是工作温度的函数，使得第一电池的工作点保持在区域10中。

电动机2也可以作为发电机运行，例如在减速阶段。在图2中，当强度I为正时，第一电池4输送电流，而当强度I为负时，第一电池4被再充电。

图3示出了用于管理电动机2以使其提供预定扭矩的管理方法。

电动机的制造商12为电动机2提供第一数据库14，第一数据库14为电动机2指示作为其转速和输出扭矩的函数的电动机效率Eff。实际上，电动机2具有输出轴，该输出轴具有转速n_em并且在该输出轴上施加扭矩tq_em。

于是，令pow_em为当电动机2作为电动机运行时提供给电动机2的功率。于是得到下式：

pow_em = (pi * n_em * tq_em) / 30 / Eff

其中，pi是圆的周长与其直径之比，并且Eff是0到1之间的因数。

当电动机2作为发电机运行时，它提供功率pow_em，得到：

pow_em = Eff * (pi * n_em * tq_em) / 30。

该第一数据库14由制造商提供。它对应于在测试台上进行的测量。该数据库并不特定于电动机2，而是对于由制造商12制造的与电动机2相同类型的所有电动机是通用的。因此，由于制造商12生产的电动机的制造容差，该数据库不能完全准确。此外，在电动机2的使用寿命期间，其特性会发生变化。

现在假设电动机2用作电动机，以简化描述并避免系统性地提供两种并行情况。类似于下面给出的论述可以适用于作为发电机运行的电动机2。

第一数据库14用于产生3D图表，该3D图表使得能够根据提供给电动机2的功率pow_em、电动机的转速n_em和电动机2两端的电压v_em来确定扭矩tq_em。

第一步100是创建和初始化称为校正数据库的第二数据库的步骤。例如，在此数据库的初始化过程中，此数据库中的数据都被设置为零（0）。然后假设已经产生的图表对于电动机2是准确的。该图表可以被认为是具有三个输入数据的函数map_mot：提供给电动机2的电功率、其输出速度和电动机2两端的电压，而校正数据库可以被认为是具有相同的三个输入数据的函数mot_err：提供给电动机2的电功率、其输出速度和电动机2两端的电压。

第二步102提出确定电动机2可施加的最大扭矩tq_mot_lim。该扭矩是根据第一电池4能提供的最大强度确定的。基于该强度（其取决于多个参数，如第一电池4的温度、充电状态和健康状态），可以向电动机2提供最大功率pow_mot_lim。3D图表使得能够确定tq_mot_lim的值：

tq_mot_lim = map_mot (pow_mot_lim, n_em, v_em)。

实际上，传统上，在具有至少一个电动机的车辆中有传感器，这些传感器使得能够确定电动机的温度、转速和电动机两端的电压。

如上所述，3D图表给出的值是近似值。因此在第三步104中提出，对其应用从校正数据库提取的校正tq_mot_err。校正数据库中的数据会随时间变化，如下所述。

将有：tq_mot_err = mot_err (pow_mot_lim, n_em, v_em)。

利用该校正项，于是可以在第四步106中确定校正扭矩tq_mot_lim_corr：

tq_mot_lim_corr = tq_mot_lim + tq_mot_err。

车辆的管理系统持续地确定电动机2的扭矩tq_em_pt作为要施加的扭矩的设定点。电动机2的管理系统确定电动机2应施加什么扭矩。这里应该考虑第一电池4的特性，以免有损坏它的危险。在第五步108中，将要发送到电动机2的设定点tq_em_sp确定为tq_em_pt与tq_mot_lim_corr之间的最小值。

该设定点值tq_em_sp随后提供给电动机2。

接下来（操作200），在第一电池4和DCDC转换装置6处，车辆管理系统一方面测量流入第一电池的电流cur_bat和DCDC转换装置6消耗的电流，即cur_dcdc。知道这两个电流使得能够确定馈送给电动机2的电流，该电流称为cur_em。

基于该电流值cur_em，在知道v_em的情况下，可以确定提供给电动机2的功率pow_em（操作202）：

pow_em = cur_em * v_em。

从制造商数据库获得的3D图表给出了基于电功率测量值的扭矩指示值：tq_mot_mes。

操作204于是给出该扭矩指示值：

tq_mot_mes = map_mot (pow, n_em, v_em)。

传统上，电动机2向管理系统给出关于所提供的扭矩的信息：TQ_EM_PHY（操作206）。

在第六步110中，考虑根据所进行的电流和电压测量而估计的扭矩（tq_mot_mes）与电动机提供的扭矩TQ_EM_PHY之差。

于是，令tq_err = TQ_EM_PHY - tq_mot_mes。

如果该值为零，那么给出的设定点确实对应于电动机2的执行情况。

相反，如果观察到差异，应更新校正数据库。于是第七步112提出更新对应于功率pow_mot_lim、电动机转速n_em和电压v_em的值tq_mot_err。

这样，随着具有电动机2的车辆的工作循环的进行，不断填充校正数据库。因此，通过使用校正数据库来随时间调整图表。

因此，可以最大程度上利用好第一电池4，而没有损坏它的风险。因此，可以优化电动机2的使用。在用在混动车辆中的情况下，因此可以限制与电动机2相关联的内燃机为驱动相应车辆的燃料消耗。因此，可将CO2排放降至最低。

同样，当电动机2用作发电机时，可以优化电动机2的运行。从而更好地对电池进行再充电，这增加了车辆的“电动”续航时间，因此也总体上限制了CO2排放。

这种性能的提高无需增加昂贵的传感器（例如扭矩传感器）即可获得。

此外，由于在车辆制造期间不需要后处理，因此在开发此处提出的系统时节省了时间。

本发明特别适用于混动车辆。然而，它也可以应用于其他机电系统。

Claims (7)

1.一种用于在系统中管理要在电动机（2）的轴上提供的扭矩的管理方法，该系统包括电动机（2）、用于向电动机馈电的电池（4）、安装在电池（4）和电动机（2）之间的DC/DC转换装置（6）以及电气管理装置，其特征在于，所述管理方法包括以下步骤：

- （100）创建并初始化校正数据表，

- 从中央管理单元获取要施加在电动机轴上的扭矩的扭矩指令，

- （102）基于接收到的扭矩指令和校正数据表中的相应数据来确定扭矩命令，

- （200）测量转换装置的输出电流并测量电池的输出电流，

- （202）基于前一步的两个电流测量值和电动机两端的电压来计算电功率，

- （204）基于与电动机相关联的图表来确定基于电动机处的电功率和电动机的转速的相应扭矩，

- （206）读取电动机提供的关于施加在电动机轴上的扭矩的信息，

- （110）计算电动机提供的关于施加在电动机轴上的扭矩的信息与基于电动机处的电功率和与电动机相关联的图表确定的扭矩之差，

- （112）在需要时，根据前一步确定的差来更新校正数据表。

2.根据权利要求1所述的管理方法，其特征在于，校正数据表的值在工厂中被初始化为0。

3.根据权利要求1或2中的一项所述的管理方法，其特征在于，电动机用作在电动机轴上产生扭矩的电动机。

4.根据权利要求1或2中的一项所述的管理方法，其特征在于，电动机用作用于对电池进行再充电的发电机。

5.一种计算机程序产品，其包括一系列代码指令，当该计算机程序产品由计算机实施时，所述代码指令用于实施根据权利要求1至4中的一项所述的用于管理电动机轴的扭矩的管理方法。

6.一种用于在系统中管理要在电动机（2）的轴上提供的扭矩的管理装置，该系统包括电动机（2）、用于向电动机馈电的电池（4）、安装在电池（4）和电动机（2）之间的DC/DC转换装置（6）以及电气管理装置，其特征在于，该管理装置还包括用于实施根据权利要求1至4中的一项所述的方法的每个步骤的电子部件。

7.一种装有电动机的车辆，其特征在于，其还包括根据权利要求6所述的装置。

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