CN102616144A - 电动汽车安全运行控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动汽车安全控制技术。本发明针对现有技术电动汽车动力电池组突然失压控制方式的缺点，公开了一种电动汽车安全运行控制方法及装置。本发明通过采集模块实时检测动力电池组的工作状态，将采集得到的信号送入控制模块，控制模块根据接收到的信号判断是否失压并预测与估计动力电池组的动态特性，通信模块将电动机的运行模式信号送入控制模块，一旦检测到失压，控制模块迅速启动升压模块，当电压升高到给定值，控制切换模块动作，同时控制电动汽车在相应的模式下运行，让电动汽车有一定的续航能力。本发明能够让电动汽车在动力电池组故障时，使其保持原有运动状态一段时间，给驾驶员一定的应急时间，避免追尾等交通事故的发生。

Description

电动汽车安全运行控制方法及装置
技术领域
本发明涉及电动汽车安全控制技术，特别涉及电动汽车供电***突然失压的安全控制技术。
背景技术
随着全球燃油汽车保有量的不断增加，资源短缺和环境恶化日益严重，开发一种新型无污染的交通工具迫在眉睫。电动汽车作为一种节能、零排放的新型交通工具有着巨大的发展前景。电动汽车电力***一般包括若干蓄电池组成的动力电池组、电动机及其驱动***等组成。动力电池组输出的直流电，通过驱动***(通常以逆变器、控制器为核心构成)转换成PWM(脉冲宽度调制)脉冲电流，对电动机进行驱动。驱动***通过对PWM参数的控制，可以完成车辆的各种运行模式，如当电动汽车在启动和上坡时，由于需要大力矩满足启动和爬坡要求，此时电动机以恒转矩模式工作，驱动***输出的电压和频率成比例变化，这时电动机转速比较低；或者，当电动汽车在高速公路行驶时，由于要满足高速运行和超车要求，因此电动机运行在恒功率模式，驱动***输出的电压达到额定值不再上升，而频率可以继续升高，此时电动机转速比较高。目前的电动汽车研究主要集中在电池技术、充电技术、电动机驱动技术、整车技术的开发上，电动汽车动力电池组突然失压(通常由电池组故障引起的)的安全控制策略还没有被提出。虽然目前驱动***一般都有失压保护功能，但它都是控制电动机迅速停机，然而电动汽车突然停机将会发生追尾等交通事故，所以必须在供电***突然失压时仍然有一定的续航能力，给驾驶员一定的应急时间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种电动汽车安全运行控制方法及装置，能够使电动汽车在动力电池组突然失压时仍然有一定的续航能力，让驾驶员有一定的应急时间采取措施，防止车辆追尾等事故的发生。
本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，电动汽车安全运行控制方法，包括以下步骤：
a、检测动力电池组工作状态；
b、检测电动汽车运行模式；
c、当检测到动力电池组工作状态异常时，将电动汽车动力电源切换到备用电池***；
d、根据步骤b检测的结果，控制电动汽车继续相应运行模式。
具体的，步骤a中，所述动力电池组工作状态包括动力电池组电压参数、容量参数和温度参数。
进一步的，步骤c中，所述动力电池组工作状态异常是指动力电池组电压低于设定值V1。
进一步的，步骤b中，所述电动汽车运行模式由电动汽车电动机运行模式确定，包括电动机的恒转矩运行模式和恒功率运行模式。
具体的，所述备用电池***包括备用电池和升压模块，所述步骤c还包括当检测到动力电池组工作状态异常时，启动备用电池升压模块，当备用电池升压模块输出电压达到设定值V2时，将电动汽车动力电源切换到备用电池***。
优选的，步骤c中，采用软开关技术将电动汽车动力电源切换到备用电池***。
本发明的电动汽车安全运行控制装置，包括备用电池***、采集模块、切换模块、通信模块、控制模块、报警模块；
所述备用电池***用于当动力电池组供电故障时，为电动汽车提供应急电源；
所述采集模块与动力电池组和控制模块连接，用于将动力电池组的工作状态信息送入控制模块；
所述通信模块与控制模块和电动机控制器连接，用于将电动机的运行模式信号送入控制模块并将控制模块输出的电动机运行模式命令送入电机控制器；
所述切换模块与备用电池***和动力电池组连接，用于将动力电源由动力电池组切换到备用电池***；
所述报警模块与控制模块连接，在动力电池组供电故障时发出报警。
进一步的，所述备用电池***包括备用电池和升压模块，所述的升压模块与备用电池和控制模块连接，在接到控制模块指令时，将备用电池的电压升高到设定值V2。
优选的，所述切换模块在切换过程中采用软开关技术。
具体的，所述电动机运行模式包括恒转矩运行模式和恒功率运行模式。
本发明的有益效果是，通过检测动力电池组的工作状态，预测和估计动力电池组的动态特性，在电动汽车动力电池组突然失压时，能够使其保持原有运动状态一段时间，给驾驶员一定的应急时间，避免追尾等交通事故的发生。
附图说明
图1是实施例的结构示意图；
图2是实施例的控制流程图；
图3是采集模块结构示意图；
图4是升压模块结构示意图；
图5是电动机供电切换示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例详细描述本发明的技术方案。
本发明的电动汽车安全运行控制方法，由采集模块实时检测动力电池组的工作状态，将采集得到的信号送入控制模块，控制模块根据接收到的信号判断是否失压并预测与估计动力电池组的动态特性，通信模块将电动机的运行模式信号送入控制模块，一旦检测到失压，控制模块迅速启动升压模块，当电压升高到给定值，控制切换模块动作，同时控制电动汽车在相应的模式下运行，让电动汽车有一定的续航能力。
实施例
图1是电动汽车安全控制***结构示意图。其中采集模块、升压模块、切换模块和通信模块基于DSP(数字信号处理器)构成。
采集模块与动力电池组连接，实时采集动力电池组的工作状态信号，为判断动力电池组是否失压提供依据。动力电池组动态特性的预测与估计，本例根据电池组荷电状态SOC的预测结果作出判断。SOC定义为电池在一定放电倍率下，剩余电量与相同条件下额定容量的比值。本例采用安时积分法判断动力电池组续航里程，计算公式如下：
Figure BDA0000157015120000031
SOC0为起始状态下动力电池的荷电状态值；I为放电电流，可用高性能的电流传感器实时采集；η为充放电效率，可以通过实验得到；CN为动力电池的额定容量。通过对动力电池SOC的估计，可以预测电动汽车的续航里程，为判断动力电池组工作状态提供依据。
升压模块与控制模块连接，用于升高备用电池的输出电压，使其与动力***的驱动电压匹配；切换模块与控制模块连接，用于在动力电池组突然失压时，实现动力电池组到备用电池供电的平稳切换；通信模块与控制模块和电动机驱动器连接，将电动机的运行模式信号传送给控制模块，并将控制模块发出的电动机运行模式命令传送给驱动***。
本实施例中，控制模块采用DSP作为主控芯片，具有高速信号处理能力。控制模块能够对采集模块和通信模块输入的信号进行处理，能够控制升压电路输出电压值的大小，能够控制切换模块切断动力电池组供电线路并接通备用电池供电线路，能够通过驱动***控制电动机的运行模式。
本例采集模块用于实时采集动力电池组的工作状态信号。
本例的升压模块用于将备用电池的电压升高到使电动汽车动力***能够运行所需要的最低电压，在动力电池组突然失压时，使得电动汽车能够短暂续航。出于成本和重量的考虑，通常备用电池规模和数量均小于动力电池组，其输出电压也低于动力电池组，为了与动力***的逆变器匹配，需要升压后才能够接入动力***。
本例的切换模块用于将供电线路由动力电池组供电转换到备用电池供电，采用软开关技术，在切换开关电路中通过谐振技术和无损耗缓冲电路为开关提供零电压开关和零电流开关状态，从而减小电源切换对后续电路的冲击，确保平稳切换，有效抑制电源的噪声和振荡，从而减小对电动机的冲击。
本例的通信模块用于控制模块与驱动***之间的双向通信，将电动机的运行模式信号传送给控制模块，控制模块发出的电动机运行模式信号通过通信模块传送给驱动***。
本例的电动汽车安全控制方法流程如图2所示，主要包括以下步骤：
动力电池组工作状态监测。实时检测动力电池组的输出电压值，与给定的电压值进行比较，判断失压情况，并预测与估计动力电池组的动态特性。
备用电池升压。当检测到动力电池组失压时，迅速启动升压模块，使备用电池的输出电压达逆变器的工作电压。
供电线路的切换。一旦动力电池组失压，迅速切断动力电池组供电线路，并且接通备用电池和升压模块供电线路，切换过程采用软开关技术，有效抑制电源的噪声和振荡，从而减小对电动机的冲击。
控制电动机运行模式。控制模块根据通信模块传输的电动机运行模式信号控制电动汽车在失压情况下以相同的模式继续运行，给驾驶员一定的应急时间处理紧急情况。
本实施例中的关键在于动力电池电压的检测、备用电池的升压、供电线路的切换和电动机运行模式的确定，现将各关键点的具体实施方法介绍如下：
动力电池工作状态的检测。如图3所示，由电压、电流传感器将检测的电压、电流信号经过隔离电路、保护电路和比较电路进入控制模块，用于判断动力电池组是否发生失压故障并对动力电池组的动态特性进行预测与估计，当检测到动力电池组的电压低于动力***工作的最低电压时，控制模块迅速启动升压模块并使切换模块动作。
备用电池的升压。如图4所示，电压闭环PID控制DC/DC升压电路的工作过程是：通过电压传感器将工作在Boost状态的DC/DC变换器输出电压(逆变器直流输入电压)同给定的电动汽车能够继续运行所需的最低电压进行比较，比较后的值经过电压调节器(PID调节器)和PWM产生环节后生成一定占空比的驱动信号，进而使得电力电子器件工作在一定的开关状态下，通过调节驱动信号的占空比使输出电压达到设定值V2，从而驱动电动汽车继续行驶。
供电线路的切换。如图5所示，动力电池组通过切换开关1连接到逆变器，备用电池升压后通过切换开关2连接到逆变器，当动力电池组电压正常时，开通切换开关1的触发信号，使电路导通为逆变器供电，当检测到动力电池组失压，不足以驱动纯电动汽车时，关断切换开关1的触发信号，开启切换开关2的触发信号，此时切换开关2承受正向电压导通，切换开关1承受反向电压而关断，动力电池组供电线路断开，备用电池为逆变器供电，从而驱使电动汽车继续行驶，同时触发报警模块发出报警。在切换过程中采用软开关技术，即在电路中增加很小的电感、电容等谐振元件，构成辅助环流网络，在开关过程前后引入谐振过程，开关开通前电压先降为零，或关断前电流先降为零，可以消除开关过程中电压、电流的重叠，降低它们的变化率，从而大大降低电压电流的尖峰，减小对电动机的冲击。
电动机运行模式的确定。当电动汽车在启动和上坡时，由于需要大力矩满足启动和爬坡性能，因此电动汽车以恒转矩模式运行，电动机驱动器输出的电压和频率成比例变化，这时转速比较低；当电动汽车在高速公路行驶时，由于要满足高速运行和超车要求，因此电动汽车运行在恒功率模式，电动机控制器输出的电压达到额定值不再上升，而频率可以继续升高，此时电动机转速比较高。因此可通过检测电动机的转速、驱动***输出的电压和频率综合确定电动机的运行模式，从而对车辆运行模式作出判断。

Claims (10)

1.电动汽车安全运行控制方法，包括以下步骤：
a、检测动力电池组工作状态；
b、检测电动汽车运行模式；
c、当检测到动力电池组工作状态异常时，将电动汽车动力电源切换到备用电池***；
d、根据步骤b检测的结果，控制电动汽车继续相应运行模式。
2.根据权利要求1所述的电动汽车安全运行控制方法，其特征在于，步骤a中，所述动力电池组工作状态包括动力电池组电压参数、容量参数和温度参数。
3.根据权利要求2所述的电动汽车安全运行控制方法，其特征在于，步骤c中，所述动力电池组工作状态异常是指动力电池组电压低于设定值V1。
4.根据权利要求1所述的电动汽车安全运行控制方法，其特征在于，步骤b中，所述电动汽车运行模式由电动汽车电动机运行模式确定，包括电动机的恒转矩运行模式和恒功率运行模式。
5.根据权利要求1所述的电动汽车安全运行控制方法，其特征在于，所述备用电池***包括备用电池和升压模块，所述步骤c还包括当检测到动力电池组工作状态异常时，启动备用电池升压模块，当备用电池升压模块输出电压达到设定值V2时，将电动汽车动力电源切换到备用电池***。
6.根据权利要求1所述的电动汽车安全运行控制方法，其特征在于，步骤c中，采用软开关技术将电动汽车动力电源切换到备用电池***。
7.电动汽车安全运行控制装置，其特征在于，包括备用电池***、采集模块、切换模块、通信模块、控制模块、报警模块；
所述备用电池***用于当动力电池组供电故障时，为电动汽车提供应急电源；
所述采集模块与动力电池组和控制模块连接，用于将动力电池组的工作状态信息送入控制模块；
所述通信模块与控制模块和电动机控制器连接，用于将电动机的运行模式信号送入控制模块并将控制模块输出的电动机运行模式命令送入电机控制器；
所述切换模块与备用电池***和动力电池组连接，用于将动力电源由动力电池组切换到备用电池***；
所述报警模块与控制模块连接，在动力电池组供电故障时发出报警。
8.根据权利要求7所述的电动汽车安全运行控制装置，其特征在于，所述备用电池***包括备用电池和升压模块，所述的升压模块与备用电池和控制模块连接，在接到控制模块指令时，将备用电池的电压升高到设定值V2。
9.根据权利要求7所述的电动汽车安全运行控制装置，其特征在于，所述切换模块在切换过程中采用软开关技术。
10.根据权利要求7所述的电动汽车安全运行控制装置，其特征在于，所述电动机运行模式包括恒转矩运行模式和恒功率运行模式。
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