CN115071503A - 基于用户预约出行的动力电池保温控制方法及控制系统 - Google Patents

基于用户预约出行的动力电池保温控制方法及控制系统 Download PDF

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CN115071503A CN202210764827.4A CN202210764827A CN115071503A CN 115071503 A CN115071503 A CN 115071503A CN 202210764827 A CN202210764827 A CN 202210764827A CN 115071503 A CN115071503 A CN 115071503A
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徐彪
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Abstract

本发明公开了一种基于用户预约出行的动力电池保温控制方法，获取APP端发送的预约用车指令，并根据所述预约用车指令，确定预约用车的出行时间t；获取电芯温度T1、座舱温度T2和电芯电量，根据所述预约用车的开始时间和所述电芯温度T1、座舱温度T2和电芯电量计算唤醒整车的开始时间t唤醒；到达所述唤醒整车的开始时间t唤醒时，基于所述电芯温度T1、座舱温度T2和电芯电量，选择控制策略，从充电桩获取电能，对电芯充电、电芯预热和座舱调温三者进行功率分配。通过现有的充电流程，实现电芯充电、电芯预热和座舱调温三个功能之间的耦合。同时耗能只来源于充电桩，不消耗动力电池的电能，缓解用户里程焦虑。

Description

基于用户预约出行的动力电池保温控制方法及控制系统
技术领域
本发明涉及电动汽车整车控制技术领域，具体涉及一种基于用户预约出行的动力电池保温控制方法及控制系统。
背景技术
当前纯电动车越来越普及，越来越受到市场的认可，与此同时，出于对用户便利性、实用性、趣味性等方面的考虑，纯电动车所搭载的技术也越来越丰富多样。但是，无论是三元锂电池还是磷酸铁锂电池，低温对于动力电池的充放电性能及续航里程带来的负面影响依然是重要的因素。
现有的电池保温控制方法主要有两类。一类是通过电池充电控制中增加电池预加热流程，由电池控制系统BMS监控电芯温度，来实际判断加热的开启与关闭。目前常规的交流及直流充电流程基本都是按照这样的控制方法来实现电池预热、电池本身的保温材料来维持电池的温度。但是这种方法使用场景仅限于充电的场景且不受人为的控制。还有一类是通过设置DA屏或者手机APP端来控制，通过TBOX来发送指令或接受反馈，车端进行实际的电池加热的功能执行。目前通过单独做电池加热阈值的控制流程或者增加电池加热装置，使得控制逻辑变得比较复杂或者直接使用动力电池包的电能对于电池进行预加热，会导致用户出行时点电池包的电能被耗掉了一部分从而会影响出行后可用的续航里程，并且无法实现电芯充电、电芯调温和座舱调温三个功能的耦合，只能完成单一的功能，给用户的操作带来不便以及里程焦虑。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于用户预约出行的动力电池保温控制方法及系统，实现用户可控的电池保温功能，同时电池保温的耗能可以实现只来源于充电桩，不消耗动力电池的电能，缓解用户里程焦虑，用车无需等待，改善用户体验。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于用户预约出行的动力电池保温控制方法，包括：
步骤S1：获取APP端发送的预约用车指令，并根据所述预约用车指令，确定预约用车的出行时间t；
步骤S2：获取电芯温度T1、座舱温度T2和电芯电量，根据所述预约用车的开始时间和所述电芯温度T1、座舱温度T2和电芯电量计算唤醒整车的开始时间t唤醒；
步骤S3：到达所述唤醒整车的开始时间t唤醒时，基于所述电芯温度T1、座舱温度T2和电芯电量，选择控制策略，从充电桩获取电能，对电芯充电、电芯预热和座舱调温三者进行功率分配，实现电芯充电、电芯预热和座舱调温三个功能之间的耦合。
优选地，步骤2中，计算唤醒整车的开始时间的具体方法为：设定冗余时间t冗余，通过以下公式计算唤醒整车的开始时间t唤醒；
t唤醒＝t-max(t加热)-max(t调温)-max(t充电)-t冗余
式中，t表示预约用车的出行时间，max(t加热)表示电芯温度T1-加热时长t1的加热时长MAP表中的最大时长；max(t调温)表示座舱温度T2-加热时长t2的调温时长Map表中的最大时长；max(t充电)表示电芯充电-充电时长t3的充电时长MAP表中的最大时长。
优选地，所述功率分配策略的选择方法包括以下步骤：
步骤S31：根据电芯加热功率特性，标定得出不同电芯温度T1对应电芯加热功率档位Map表；
步骤S32：根据座舱加热功率特性以及设定舱内目标温度与初始座舱温度T2的温度差值△T2，标定得出不同温度差值△T2对应座舱加热功率档位Map表；
步骤S33：基于所述电芯加热功率档位Map表、座舱加热功率档位Map表、电芯电量，考虑出行时间t与当前时间的时间差值△t，对所述电芯充电、电芯预热和座舱调温三个功能的能量分配优先级进行排序；
步骤S34：基于所述能量分配优先级的排序结果，对三个功能进行功率的分配，完成预约加热的功能。
优选地，能量分配优先级排序以及功率分配的具体方法为：
当电芯电量≤30％优先保证充电，能量分配优先级设置为：电芯充电功率>电芯预热功率＞座舱调温功率；
当30％＜电芯电量≤80％时，在所述时间差值△t＞30min时，优先保证充电，能量分配优先级设置为：电芯充电功率>电芯预热功率＞座舱调温功率，在所示时间差值△t≤30min时，优先座舱调温，能量分配优先级设置为：电芯充电功率＞座舱调温功率>电芯预热功率；
当电芯电量＞80％时，在所述△t＞30min时，优先电池保温，能量分配优先级设置为：电芯充电功率>电芯预热功率＞座舱调温功率；在所述时间差值△t≤30min时，优先座舱调温，能量分配优先级设置为：电芯充电功率＞座舱调温功率>电芯加热功率。
本发明还提供了一种基于用户预约出行的动力电池保温控制系统，包括移动端预约模块、通讯模块、车载预约控制模块、车载充电-预热-调温模块、能量控制策略选择模块；
所述移动端预约模块，用于输入预约信息，设定出行时间t，并传输给所述通讯模块；
所述通讯模块，用于将所述预约信息传输给车载预约控制模块；
所述车载预约控制模块，用于根据所述预约信息，获取电芯温度T1、座舱温度T2和电芯电量，以计算唤醒整车的开始时间t唤醒，唤醒所述车载充电-预热-调温模块；
所述车载充电-预热-调温模块，用于将充电桩的电网电能进行转化，完成电池充电，电池预热，座舱调温功能；
所述能量控制策略选择模块，用于根据电芯温度T1、座舱温度T2和电芯电量和出行时间，调整各部件之间的功率分配。
优选地，所述车载预约控制模块，基于电芯加热功率、电芯保温材料性能，结合设定的电池加热阈值和电芯保温温差要求，得到电芯温度T1-加热时长t1的加热时长t加热的MAP表；
基于座舱温度T2、座舱调温功率，结合设定的座舱温度阈值，得到座舱温度T2-加热时长t2的调温时长t调温的Map表；
基于电芯充电功率、得到电芯充电-充电时长t3的充电时长t充电的MAP表；
设定冗余时间t冗余，计算t唤醒＝t-max(t加热)-max(t调温)-max(t充电)-t冗余。
优选地，所述能量控制策略选择模块，根据电芯加热功率特性，标定得出不同电芯温度T1对应电芯加热功率档位Map表；
根据座舱加热功率特性以及设定舱内目标温度与初始座舱温度T2的温度差值△T2，标定得出不同温度差值△T2对应座舱加热功率档位Map表；
考虑电芯充电和出行时间t与当前时间的时间差值△t的不同，对所述电芯充电、电芯预热和座舱调温三个功能的能量分配优先级进行排序；当电芯电量≤30％优先保证充电，能量分配优先级设置为：电芯充电功率>电芯预热功率＞座舱调温功率；
当30％＜电芯电量≤80％时，在所述时间差值△t＞30min时，优先保证充电，能量分配优先级设置为：电芯充电功率>电芯预热功率＞座舱调温功率，在所示时间差值△t≤30min时，优先座舱调温，能量分配优先级设置为：电芯充电功率＞座舱调温功率>电芯预热功率；
当电芯电量＞80％时，在所述△t＞30min时，优先电池保温，能量分配优先级设置为：电芯充电功率>电芯预热功率＞座舱调温功率；在所述时间差值△t≤30min时，优先座舱调温，能量分配优先级设置为：电芯充电功率＞座舱调温功率>电芯加热功率。
通过上述技术方案，用户可根据需要对动力电池进行电池预热，电池充电，座舱调温，通过现有的充电流程，实现电芯充电、电芯预热和座舱调温三个功能之间的耦合，同时电池保温的耗能只来源于充电桩，不消耗动力电池的电能，缓解用户里程焦虑；无需增加新的热管理控制器，即可实现电芯温度监控，通过控制软件的设计，即可实现单一电池保温或耦合充电、远程空调等工况互不影响。在实现开发目的的同时，开发成本低，易于后期迭代升级，并且功能便利，适用于各种汽车上进行推广应用。
附图说明
图1为本发明控制流程示意图；
图2为本发明单一场景控制示意图；
图3为本发明耦合场景控制示意图；
图4为本发明实施例中电芯温度功率档位Map表；
图5为本发明实施例座舱温度差值和功率档位Map表；
图6为本发明实施例中电芯温度T1-加热时长MAP表。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种动力基于用户预约出行的动力电池保温控制方法，如图1所示，为本发明的控制方法流程图，以下仅描述与本发明相关的部分。
步骤S1：获取APP端发送的预约用车指令，并根据所述预约用车指令，确定预约用车的出行时间t；
本发明实施例通过用户在手机APP端进行预约，设定出行时间及电池保温开关的设置并保存，云端会将相应的预约信息转发给车载通讯单元TBOX并做定时。
步骤S2：获取电芯温度T1、座舱温度T2和电芯电量，根据所述预约用车的开始时间和所述电芯温度T1、座舱温度T2和电芯电量计算唤醒整车的开始时间t唤醒；
通过以下步骤计算出唤醒整车的开始时间t唤醒：
设定冗余时间t冗余，通过以下公式计算唤醒整车的开始时间t唤醒；
t唤醒＝t-max(t加热)-max(t调温)-max(t充电)-t冗余。
max(t加热)表示基于电芯加热功率、电芯保温材料性能，结合设定的电池加热阈值和电芯保温温差要求，得到电芯温度T1-加热时长t1的加热时长t加热的MAP表，加热时长t加热Map如图6所示，具体的数据通过仿真/实车标定的手法得到；
max(t调温)表示基于座舱温度T2、座舱调温功率，结合设定的座舱温度阈值，得到座舱温度T2-加热时长t2的调温时长t调温的Map表，具体获取方法与t加热的MAP表获取方法相同；
基于电芯充电功率、得到电芯充电-充电时长t3的充电时长t充电的MAP表，具体获取方法与t加热的MAP表获取方法相同；
本实施例的唤醒方式为：车载通讯单元TBOX向控制器局域网络CAN线上发送指令，唤醒整车控制器VCU及整车各部品，整车控制器VCU与电池管理系统BMS进行交互。当此时电芯温度低于电池加热的阈值时，电池管理系统BMS向整车控制器VCU发送电池加热请求有效指令，此时电池管理系统BMS与车载充电机OBC进行指令交互，电池保温标志位有效，直接从充电桩端获取电能。此时电池包高压继电器未闭合，电池通过高压继电器的通断来控制电池的充放电，从而保证电池保温的耗能来自于电网。同时，通过整车控制器VCU与电动汽车通讯控制器EVCC的交互，将车端电池保温的状态反馈到用户手机APP侧。
若当此时电芯温度高于电池加热的阈值时，此时意味着动力电池的温度处于适宜的温度，无需再进行额外加热，电池管理系统BMS向VCU发送电池加热请求无效指令，并将该信号反馈给整车控制器VCU，通过整车控制器VCU与电动汽车通讯控制器EVCC的交互，将车端电池无需加热的信息反馈到用户手机APP侧，当无需进行电池加热时，自动将从充电桩获取的电能，进行电芯充电和座舱调温，保证用户的出行。
步骤S3：到达所述唤醒整车的开始时间t唤醒时，基于所述电芯温度T1、座舱温度T2和电芯电量，选择控制策略，从充电桩获取电能，对电芯充电、电芯预热和座舱调温三者进行功率分配，实现电芯充电、电芯预热和座舱调温三个功能之间的耦合
如图2所示，为单一场景下的控制示意图，如图3所示，为耦合场景下的控制示意图。
以下主要对耦合场景的能量管理策略进行描述，当预约充电/座舱调温/电池预热同时开启时，三者的所需耗能均来自充电桩的电能。本实施例以32A的交流充电桩为例，通过车载充电机OBC输出的最大功率约6.6kW；常用的动力电池包加热器PackPTC与空调加热器AirPTC的最大功率均可达6～7kW。如何在耦合场景下对能量使用优先级分配是整车功能/性能目标达成所需考量的重要策略。控制策略的思路是通过不同初始电芯温度T1、座舱温度T2、电芯电量、出行时间t四个影响因素下，设置不同的能量使用优先级。控制策略要点如下：
根据所搭载电池包加热器PackPTC功率特性，分别标定得出不同电芯温度T1对应电池包加热器PackPTC功率档位Map表，Map表样例如图4所示。
根据所搭载空调加热器AirPTC的功率特性以及设定舱内目标温度与初始座舱温度T2的温度差值△T2，标定得出不同温度差值△T2对应空调加热器AirPTC功率档位Map表，Map表样例如图5所示。
考虑电芯电量SOC和出行时间t与当前时间的时间差值△t的不同，对于三个功能的能量分配优先级进行排序。
当SOC≤30％时，优先保证充电。能量分配优先级：直流/直流变换器DCDC>电池包加热器PackPTC＞空调加热器AirPTC>空调压缩机ECOMP，驱动电机控制单元MCU和对外放电V2L功率限制为0kW；
当30％＜SOC≤80％时，在△t＞30min时，优先保证充电。能量分配优先级：直流/直流变换器DCDC>电池包加热器PackPTC＞空调加热器AirPTC>空调压缩机ECOMP，MCU、V2L功率限制为0kW；在△t≤30min时，优先座舱调温，以保证出行视野及舒适度要求。能量分配优先级：直流/直流变换器DCDC＞空调加热器AirPTC>空调压缩机ECOMP>电池包加热器PackPTC，驱动电机控制单元MCU和对外放电V2L功率限制为0kW；
当SOC＞80％时，在△t＞30min时，优先电池保温。能量分配优先级：直流/直流变换器DCDC>电池包加热器PackPTC＞空调加热器AirPTC>空调压缩机ECOMP，驱动电机控制单元MCU和对外放电V2L功率限制为0kW；在△t≤30min时，优先座舱调温，以保证出行视野及舒适度要求。能量分配优先级：直流/直流变换器DCDC＞空调加热器AirPTC>空调压缩机ECOMP>电池包加热器PackPTC，驱动电机控制单元MCU和对外放电V2L功率限制为0kW；
本发明还提供了一种基于用户预约出行的动力电池保温控制系统，包括移动端预约模块、通讯模块、车载预约控制模块、车载充电-预热-调温模块、能量控制策略选择模块；
移动端预约模块，用于输入预约信息，设定出行时间t，并传输给通讯模块；
通讯模块，用于将预约信息传输给车载预约控制模块；
车载预约控制模块，用于根据预约信息，获取电芯温度T1、座舱温度T2和电芯电量，以计算唤醒整车的开始时间t唤醒，唤醒车载充电-预热-调温模块；
车载充电-预热-调温模块，用于将充电桩的电网电能进行转化，完成电池充电，电池预热，座舱调温功能；
能量控制策略选择模块，用于根据电芯温度T1、座舱温度T2和电芯电量和出行时间，调整各部件之间的功率分配。
车载预约控制模块，基于电芯加热功率、电芯保温材料性能，结合设定的电池加热阈值和电芯保温温差要求，得到电芯温度T1-加热时长t1的加热时长t加热的MAP表；
基于座舱温度T2、座舱调温功率，结合设定的座舱温度阈值，得到座舱温度T2-加热时长t2的调温时长t调温的Map表；
基于电芯充电功率、得到电芯充电-充电时长t3的充电时长t充电的MAP表；
设定冗余时间t冗余，计算t唤醒＝t-max(t加热)-max(t调温)-max(t充电)-t冗余。
能量控制策略选择模块，根据电芯加热功率特性，标定得出不同电芯温度T1对应电芯加热功率档位Map表；
根据座舱加热功率特性以及设定舱内目标温度与初始座舱温度T2的温度差值△T2，标定得出不同温度差值△T2对应座舱加热功率档位Map表；
考虑电芯充电和出行时间t与当前时间的时间差值△t的不同，对电芯充电、电芯预热和座舱调温三个功能的能量分配优先级进行排序；当电芯电量≤30％优先保证充电，能量分配优先级设置为：电芯充电功率>电芯预热功率＞座舱调温功率；
当30％＜电芯电量≤80％时，在时间差值△t＞30min时，优先保证充电，能量分配优先级设置为：电芯充电功率>电芯预热功率＞座舱调温功率，在所示时间差值△t≤30min时，优先座舱调温，能量分配优先级设置为：电芯充电功率＞座舱调温功率>电芯预热功率；
当电芯电量＞80％时，在△t＞30min时，优先电池保温，能量分配优先级设置为：电芯充电功率>电芯预热功率＞座舱调温功率；在时间差值△t≤30min时，优先座舱调温，能量分配优先级设置为：电芯充电功率＞座舱调温功率>电芯加热功率。以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.一种基于用户预约出行的动力电池保温控制方法，其特征在于：
步骤S1：获取APP端发送的预约用车指令，并根据所述预约用车指令，确定预约用车的出行时间t；
步骤S2：获取电芯温度T1、座舱温度T2和电芯电量，根据所述预约用车的开始时间和所述电芯温度T1、座舱温度T2和电芯电量计算唤醒整车的开始时间t唤醒；
步骤S3：到达所述唤醒整车的开始时间t唤醒时，基于所述电芯温度T1、座舱温度T2和电芯电量，选择控制策略，从充电桩获取电能，对电芯充电、电芯预热和座舱调温三者进行功率分配，实现电芯充电、电芯预热和座舱调温三个功能之间的耦合。
2.根据权利要求1所述的一种基于用户预约出行的动力电池保温控制方法，其特征在于：步骤2中，计算唤醒整车的开始时间的具体方法为：设定冗余时间t冗余，通过以下公式计算唤醒整车的开始时间t唤醒；
t唤醒＝t-max(t加热)-max(t调温)-max(t充电)-t冗余
式中，t表示预约用车的出行时间，max(t加热)表示电芯温度T1-加热时长t1的加热时长MAP表中的最大时长；max(t调温)表示座舱温度T2-加热时长t2的调温时长Map表中的最大时长；max(t充电)表示电芯充电-充电时长t3的充电时长MAP表中的最大时长。
3.根据权利要求2所述的一种基于用户预约出行的动力电池保温控制方法，其特征在于：所述功率分配策略的选择方法包括以下步骤：
步骤S31：根据电芯加热功率特性，标定得出不同电芯温度T1对应电芯加热功率档位Map表；
步骤S32：根据座舱加热功率特性以及设定舱内目标温度与初始座舱温度T2的温度差值△T2，标定得出不同温度差值△T2对应座舱加热功率档位Map表；
步骤S33：基于所述电芯加热功率档位Map表、座舱加热功率档位Map表、电芯电量，考虑出行时间t与当前时间的时间差值△t，对所述电芯充电、电芯预热和座舱调温三个功能的能量分配优先级进行排序；
步骤S34：基于所述能量分配优先级的排序结果，对三个功能进行功率的分配，完成预约加热的功能。
4.根据权利要求3所述的一种基于用户预约出行的动力电池保温控制方法，其特征在于：能量分配优先级排序以及功率分配的具体方法为：
当电芯电量≤30％优先保证充电，能量分配优先级设置为：电芯充电功率>电芯预热功率＞座舱调温功率；
当30％＜电芯电量≤80％时，在所述时间差值△t＞30min时，优先保证充电，能量分配优先级设置为：电芯充电功率>电芯预热功率＞座舱调温功率，在所示时间差值△t≤30min时，优先座舱调温，能量分配优先级设置为：电芯充电功率＞座舱调温功率>电芯预热功率；
当电芯电量＞80％时，在所述△t＞30min时，优先电池保温，能量分配优先级设置为：电芯充电功率>电芯预热功率＞座舱调温功率；在所述时间差值△t≤30min时，优先座舱调温，能量分配优先级设置为：电芯充电功率＞座舱调温功率>电芯加热功率。
5.一种基于用户预约出行的动力电池保温控制系统，其特征在于：包括移动端预约模块、通讯模块、车载预约控制模块、车载充电-预热-调温模块、能量控制策略选择模块；
所述移动端预约模块，用于输入预约信息，设定出行时间t，并传输给所述通讯模块；
所述通讯模块，用于将所述预约信息传输给车载预约控制模块；
所述车载预约控制模块，用于根据所述预约信息，获取电芯温度T1、座舱温度T2和电芯电量，以计算唤醒整车的开始时间t唤醒，唤醒所述车载充电-预热-调温模块；
所述车载充电-预热-调温模块，用于将充电桩的电网电能进行转化，完成电池充电，电池预热，座舱调温功能；
所述能量控制策略选择模块，用于根据电芯温度T1、座舱温度T2和电芯电量和出行时间，调整各部件之间的功率分配。
6.根据权利要求5所述的一种基于用户预约出行的动力电池保温控制系统，其特征在于：所述车载预约控制模块，基于电芯加热功率、电芯保温材料性能，结合设定的电池加热阈值和电芯保温温差要求，得到电芯温度T1-加热时长t1的加热时长t加热的MAP表；
基于座舱温度T2、座舱调温功率，结合设定的座舱温度阈值，得到座舱温度T2-加热时长t2的调温时长t调温的Map表；
基于电芯充电功率、得到电芯充电-充电时长t3的充电时长t充电的MAP表；
设定冗余时间t冗余，计算t唤醒＝t-max(t加热)-max(t调温)-max(t充电)-t冗余。
7.根据权利要求5所述的一种基于用户预约出行的动力电池保温控制系统，其特征在于：所述能量控制策略选择模块，根据电芯加热功率特性，标定得出不同电芯温度T1对应电芯加热功率档位Map表；
根据座舱加热功率特性以及设定舱内目标温度与初始座舱温度T2的温度差值△T2，标定得出不同温度差值△T2对应座舱加热功率档位Map表；
考虑电芯充电和出行时间t与当前时间的时间差值△t的不同，对所述电芯充电、电芯预热和座舱调温三个功能的能量分配优先级进行排序；当电芯电量≤30％优先保证充电，能量分配优先级设置为：电芯充电功率>电芯预热功率＞座舱调温功率；
当30％＜电芯电量≤80％时，在所述时间差值△t＞30min时，优先保证充电，能量分配优先级设置为：电芯充电功率>电芯预热功率＞座舱调温功率，在所示时间差值△t≤30min时，优先座舱调温，能量分配优先级设置为：电芯充电功率＞座舱调温功率>电芯预热功率；
当电芯电量＞80％时，在所述△t＞30min时，优先电池保温，能量分配优先级设置为：电芯充电功率>电芯预热功率＞座舱调温功率；在所述时间差值△t≤30min时，优先座舱调温，能量分配优先级设置为：电芯充电功率＞座舱调温功率>电芯加热功率。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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