CN1547037A - 蓄电池荷电状态-输出电压特性曲线的在线更新方法 - Google Patents

Abstract

蓄电池荷电状态一输出电压特性曲线的在线更新方法涉及混合动力系统中自适应的功率分配控制技术领域。其特征在于，它是在汽车处于稳定状态时，首先根据混合动力系统功率分配策略确定蓄电池应该输出的功率P_b，并找到在该功率下的蓄电池荷电状态－输出电压特性曲线C1，以及在该曲线上当前SOC下蓄电池的输出电压U_a，并调节蓄电池的输出电压，使蓄电池的输出功率达到P_b；然后获取当前蓄电池电压U_b，与电压U_a根据公式：U_c＝αU_a+(1－α)U_b得到更新电压U_c，并将曲线C1上所有的电压均增加U_c－U_a，从而完成曲线的更新。经过本方法更新的蓄电池荷电状态－输出电压特性曲线运用到功率分配等控制时，能够避免由于蓄电池温度、老化等因素而造成的误差。

Description

蓄电池荷电状态—输出电压特性曲线的在线更新方法

技术领域：

蓄电池荷电状态—输出电压特性曲线的在线更新方法涉及混合动力系统中自适应的功率分配控制技术领域。

背景技术：

在燃料电池混合动力汽车中，目前一般采用燃料电池和蓄电池混合驱动的方式来满足汽车的动力性要求。合理对这两种能量源进行功率分配是提高系统整体效率的关键。在中国发明专利CN 1307735A中，岩濑正宜提出了一种燃料电池系统和控制蓄电池的方法，并提出利用特定的蓄电池荷电状态(State-of-charge，简称SOC)下的输出电流—输出电压特性来控制DC/DC转换器的输出电压。

但是，由于有些蓄电池的内阻受温度、老化等因素的影响较大，利用一族固定的输出电流—输出电压特性曲线来控制则会造成较大的误差，所以有必要提出一种方法来更新这个曲线，从而适应蓄电池状态不断变化的特点。经检索，国内外公开的文献中没有更新曲线的相关内容。

发明内容：

本发明的目的在于提出一种在线更新蓄电池荷电状态—输出电压特性曲线的方法，经过本方法更新的蓄电池荷电状态—输出电压特性曲线在运用到功率分配等控制时，能够避免由于蓄电池温度、老化等因素而造成的误差。

本发明的特征在于，它含有当车辆处于稳定状态，即停止或匀速运动状态时，由控制器控制执行的以下步骤：

1)获取蓄电池的当前SOC；

2)根据功率分配策略确定蓄电池应该输出的功率P_b，并找到该功率下的蓄电池荷电状态—输出电压特性曲线C1，在该曲线C1上找到蓄电池当前SOC所对应的输出电压U_a；

3)测量蓄电池当前实际输出的功率P_b’与应该输出功率P_b进行比较，并通过调节蓄电池的输出电压而不断调节蓄电池实际输出功率达到P_b；

4)当蓄电池状态稳定后，测得蓄电池在实际输出功率P_b下输出的稳定电压U_b；

5)利用下述公式将输出功率为P_b的蓄电池荷电状态—输出电压特性曲线C1在当前SOC下所对应的电压U_a更新为U_c；

        U_c＝αU_a+(1-α)U_b

其中α是惯性系数，其取值范围为[0.5，0.8]；

6)将蓄电池荷电状态—输出电压特性曲线C1上的所有电压值均增加相同的幅度(U_c-U_a)，

则将功率P_b下的蓄电池的荷电状态—输出电压特性曲线C1完全更新。

所述车辆处于停止状态是指汽车电动机被锁定的而停止工作的状态。所述车辆处于匀速运动状态是指油门踏板和车速变化范围小于10％时的状态。所述第4)步中蓄电池的状态稳定是指蓄电池电流波动小于10％，并且持续2～3倍蓄电池时间常数的状态。

实验证明，本发明随着蓄电池状态的变化而实时在线更新蓄电池荷电状态—输出电压特性曲线，防止了由于蓄电池的影响而对控制造成的较大误差，达到了预期的目的。

附图说明：

图1所示为燃料电池混合动力车辆动力系统的结构框图。

图2所示为蓄电池在不同输出功率下的蓄电池SOC—输出电压特性曲线。

图3所示为在线更新蓄电池荷电状态—输出电压特性曲线的流程图。

图4所示为当汽车处于稳定状态时的混合动力系统车速与功率对应曲线图。

图5所示为在线更新蓄电池SOC—输出电压特性曲线的方法示意图。

具体实施方式：

结合附图说明本发明的具体实施方式：

本发明中的燃料电池混合动力车辆的动力驱动系统构造如图1所示，其中能量源由燃料电池系统(1)、蓄电池(5)组成。在车辆行驶过程中，燃料电池系统(1)提供车辆所需的主要能量，而蓄电池(5)作为辅助能量系统提供不足功率或吸收多余功率。在具体的控制中，首先必须进行蓄电池和燃料电池系统之间的功率分配，获取了蓄电池输出功率(P_b)，随后通过蓄电池SOC测量装置(10)获取蓄电池SOC，接着利用蓄电池输出功率(P_b)和蓄电池SOC查找DC/DC转换器的输出控制电压(U_cmd)，最后通过调节DC/DC转换器的输出电压把蓄电池电压控制到U_cmd。

这里需要强调的是：根据蓄电池输出功率(P_b)和蓄电池SOC查找DC/DC转换器的输出控制电压(U_cmd)对应有两种曲线：第1种，像现有专利CN 1307735A中的不同蓄电池SOC下的输出电流—输出电压曲线；第2种，不同蓄电池功率下的蓄电池SOC—输出电压曲线。这两种曲线没有本质的区别，核心部分都是一个三维的数据表格，差异是具体使用时候的查找顺序不同。第1种曲线的查找顺序是：首先查询到对应蓄电池SOC的曲线，然后利用蓄电池电流查询到DC/DC转换器的输出电压。第2种曲线的查找顺序是：先根据功率查询到对应蓄电池功率的曲线，然后利用蓄电池SOC查询到DC/DC转换器的输出电压。用图2来举例说明，若蓄电池输出功率(P_b)为5kW，找出5kW对应的曲线，接着根据蓄电池SOC就可以查到DC/DC输出控制电压(U_cmd)，将该电压输出到DC/DC控制器，控制DC/DC输出电压(U_cmd)，该电压即是蓄电池的输出电压。

本发明中采用了不同蓄电池功率下的蓄电池SOC—输出电压特性曲线，有利于在线更新这族曲线。这是因为蓄电池功率比蓄电池SOC更容易控制，即可以进行快速的蓄电池功率控制，准确地更新某个设定蓄电池功率下的特性曲线。而一般不能进行快速的蓄电池SOC控制(需要较长的时间)把蓄电池SOC稳定在某个值，更新此SOC值下的特性曲线。蓄电池SOC—输出电压特性曲线由蓄电池制造商提供，实际上是一个数据表，使用时将这些数据存储在控制器中，需要时从中提取。但是由于蓄电池温度变化、老化等现象会改变蓄电池SOC—输出电压特性曲线。因此，就有必要提出一种方法可以自适应地修改这族蓄电池SOC—输出电压特性曲线，而蓄电池制造商只能提供一族蓄电池初始状态下的曲线。

如图3所示为在线更新蓄电池荷电状态—输出电压特性曲线的流程图。曲线的更新方法由整车控制器(9)控制执行，更新曲线必须在汽车稳定状态下进行，汽车的稳定状态指汽车处于停止状态或匀速运动状态。当汽车的电动机被控制器锁定而停止运转时，汽车就处于停止状态，停止指令一般由驾驶员发出；当汽车的油门踏板和车速变化范围小于10％时，认为车辆处于匀速运动状态，匀速运动状态的识别是整车控制器(9)通过脚踏板位置传感器和车速传感器检测到油门踏板位置和车辆速度。当车辆处于稳定状态后，可以进行曲线的在线更新。步骤如下：

1)通过SOC测量装置获取蓄电池SOC；

2)通过混合动力系统功率分配策略确定蓄电池应该输出的功率P_b。混合动力系统的功率分配策略有多种，可以参考众多的现有专利，比如CN 1307735A和CN 1388781A中所公开的功率分配策略，详见它们的说明书。本实施例采用比较简单的功率分配策略，利用车辆速度查如附图4中所示的曲线(该曲线由蓄电池和整车制造商确定)可以得到蓄电池应该输出的功率P_b，随后在附图5中找到该功率所对应的蓄电池SOC—输出电压特性曲线C1；并根据测得的蓄电池SOC查到蓄电池所对应的输出电压U_a。

3)测量蓄电池输出的实际功率，将该实际功率与应该输出的功率P_b进行比较，并通过DC/DC控制器调节DC/DC转换器，使DC/DC转换器输出功率达到P_b，即调节蓄电池的实际输出功率达到P_b，调节方法可用差值调节法，典型的方法如PID调节方法等，本实施例采用差值调节法。

4)当蓄电池状态稳定后，即蓄电池的电流变化小于10％且持续2～3倍蓄电池时间常数(该时间常数由经销商提供)，测量蓄电池实际输出的电压U_b。

5)利用下述公式将曲线C1在当前SOC下所对应电压U_a更新为新的电压值U_c：

          U_c＝αU_a+(1-α)U_b

该公式是一个经验公式，其中α是惯性系数，其取值范围为[0.5，0.8]。曲线更新示意图见图5，即将A点更新为C点。

6)以(U_c-U_a)作为更新幅度，将曲线C1上所有的电压均增加(U_c-U_a)，从而将曲线C1完全更新为C2，见图5。

本发明技术不仅仅适用于燃料电池混合动力车辆中的蓄电池特性曲线更新，在不脱离本发明主要特征的原理的条件下，可以做一些其它修改，本发明也可用于更新其它种类的串联式混合动力车辆的蓄电池特性曲线。比如，把图1中的燃料电池换成内燃机和发电机的组合装置，本发明的主要原理还仍然适用。

Claims (4)

1、蓄电池荷电状态-输出电压特性曲线的在线更新方法，其特征在于，它含有当车辆处于稳定状态，即停止或匀速运动状态时，由控制器控制执行的以下步骤：

1)获取蓄电池的当前SOC；

2)根据功率分配策略确定蓄电池应该输出的功率P_b，并找到该功率下的蓄电池荷电状态-输出电压特性曲线C1，在该曲线C1上找到蓄电池当前SOC所对应的输出电压U_a；

3)测量蓄电池当前实际输出的功率与应该输出功率P_b进行比较，并通过调节蓄电池的输出电压而不断调节蓄电池实际输出功率达到P_b；

4)当蓄电池状态稳定后，测得蓄电池在实际输出功率P_b下输出的稳定电压U_b；

5)利用下述公式将输出功率为P_b的蓄电池荷电状态-输出电压特性曲线C1在当前SOC下所对应的电压U_a更新为U_c

             U_c＝αU_a+(1-α)U_b

其中α是惯性系数，其取值范围为[0.5，0.8]；

6)将蓄电池荷电状态-输出电压特性曲线C1上的所有电压值均增加相同的幅度(U_c-U_a)，则将功率P_b下的蓄电池的荷电状态-输出电压特性曲线C1完全更新。

2、如权利要求1所述的蓄电池荷电状态-输出电压特性曲线的在线更新方法，其特征在于，所述车辆处于停止状态是指汽车电动机被锁定的而停止工作的状态。

3、如权利要求1所述的蓄电池荷电状态-输出电压特性曲线的在线更新方法，其特征在于，所述车辆处于匀速运动状态是指油门踏板和车速变化范围小于10％时的状态。

4、如权利要求1所述的蓄电池荷电状态-输出电压特性曲线的在线更新方法，其特征在于，所述第4)步中蓄电池的状态稳定是指蓄电池电流波动小于10％，并且持续2～3倍蓄电池时间常数的状态。

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