CN107972498A - 用于电动交通工具的功率分配方法及*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动交通工具的功率分配方法，其包括：从所述交通工具的电池管理***获取估算用参数；b)基于所获取的估算用参数估算电池的可用放电功率；c)基于所述可用放电功率及该交通工具多个电力需求部件的功率需求，为所述多个需求部件中每一个确定要分配的功率；d)向电力需求部件输出所分配的功率，并在需要将功率转换为扭矩的情况下，将分配的功率转换为扭矩后再输出。还提供功率分配***。

Description

用于电动交通工具的功率分配方法及***
技术领域
本发明涉及电动交通工具的电池管理，更为具体地，涉及电动交通工具的电池管理以及电池功率分配技术。
背景技术
电动汽车有效地解决了能源和环境可持续发展的问题。电池是电动汽车的主要储能***，其成本也是电动汽车成本的主要构成部分，同时，电池的发展制约着电动汽车的发展。
更为具体地讲，电池成本高的主要原因是因为当前车用电池寿命较短，而过充电和过放电又是影响电池寿命的主要因素。
发明内容
有鉴于此，本发明提供用于电动交通工具的功率分配方法，其包括：a) 从所述交通工具的电池管理***获取估算用参数；b)基于所获取的估算用参数估算电池的可用放电功率；c)基于所述可用放电功率及该交通工具多个电力需求部件的功率需求，为所述多个需求部件中每一个确定要分配的功率；d)向电力需求部件输出所分配的功率，并在需要将功率转换为扭矩的情况下，将分配的功率转换为扭矩后再输出。
根据该用于电动交通工具的功率分配方法，可选地，所述估算用参数包括电池短期放电功率限制值以及电池当前放电功率值。
根据该用于电动交通工具的功率分配方法，可选地，步骤b包括：比较电池当前放电功率值与电池短期放电功率限制值，并计算它们的差值；以所述差值的绝对值作为调整步长的基准，在所述电池实时放电功率值小于电池短期放电功率限制值的情况下，估算的可用放电功率为电池的实时放电功率与调整步长的和；在所述电池实时放电功率大于电池短期放电功率限制值的情况下，估算的可用放电功率为电池短期放电功率限制值与步长的差。
根据该用于电动交通工具的功率分配方法，可选地，步骤c包括：针对所述电力需求部件，设置功率分配优先级表；在所述可用放电功率满足所述交通工具当前电力需求部件功率需求的情况下，按照所需为它们分配功率；在所述可用放电功率不满足所述交通工具当前电力需求部件功率需求的情况下，基于所述优先级表来分配功率。
根据该用于电动交通工具的功率分配方法，可选地，所述估算参数还包括电池短期充电功率限制值与电池当前充电功率，所述方法包括：基于所述电池短期充电功率限制值与电池当前充电功率来估算电池可用充电功率；获取该交通工具运行中再回收电力的充电功率；将所估算的可用充电功率与该再回收电力的充电功率比较，并在所述可用充电功率小于所述再回收电力的充电功率的情况下，进行防过充处理。
根据该用于电动交通工具的功率分配方法，作为非限制性示例，所述电动交通工具为电动汽车。
根据本发明的又一方面，还提供用于电动交通工具的功率分配***，其包括：第一估算模块，其与所述交通工具的电池管理***耦接以从其获取估算用参数，以及基于所获取的估算用参数估算电池的可用放电功率，其中，所述估算用参数包括电池短期放电功率限制值以及电池当前放电功率值；和功率分配模块，其基于从所述第一估算模块获取的所述可用放电功率及该交通工具多个电力需求部件的功率需求，为所述多个需求部件中每一个确定要分配的功率，并且输出所分配的功率；扭矩计算模块，其与所述功率分配模块耦接，所述扭矩计算模块用于在获得所述功率分配模块生成的分配给电机控制***的驱动功率后，将该驱动功率转换为扭矩值从而传送给所述电机控制***。
根据本发明所述的用于电动交通工具的功率分配***，作为示例，所述第一估算模块设置成：比较电池当前放电功率值与电池短期放电功率限制值，并计算它们的差值；及以所述差值的绝对值作为调整步长的基准，在所述电池实时放电功率值小于电池短期放电功率限制值的情况下，将电池的实时放电功率与调整步长的和作为估算的可用放电功率；在所述电池实时放电功率大于电池短期放电功率限制值的情况下，将电池短期放电功率限制值与步长的差作为估算的可用放电功率。进一步，示例地，该第一估算模块可设置成包括第一单元用于比较电池当前放电功率值与电池短期放电功率限制值，并计算它们的差值；以及第二单元，用于以所述差值的绝对值作为调整步长的基准，并在所述电池实时放电功率值小于电池短期放电功率限制值的情况下，将将电池的实时放电功率与调整步长的和作为估算的可用放电功率，以及在所述电池实时放电功率大于电池短期放电功率限制值的情况下，将电池短期放电功率限制值与步长的差作为估算的可用放电功率。
根据本发明示例的用于电动交通工具的功率分配***，可选地，还包括第二估算模块，其设置成采集驾驶员的操作，并根据驾驶员的操作估算驱动***的功率需求。
根据本发明示例的用于电动交通工具的功率分配***，可选地，所述功率分配***还包括预先设置的功率分配优先级表，而所述功率分配模块设置成：在所述可用放电功率满足所述交通工具当前电力需求部件功率需求的情况下，按照所需来为它们确定要分配的功率；在所述可用放电功率不满足所述交通工具当前电力需求部件功率需求的情况下，基于所述优先级表来确定要分配的功率。
附图说明
图1是根据本发明示例的用于电动交通工具的功率分配方法的流程图，其中，作为示例，该电动交通工具为电动汽车。。
图2是估算可用放电功率的示意性图表。
图3是电池放电功率超限自学习算法原理的示意图。
图4是根据本发明的一种示例性的功率分配方法的流程图。
图5是根据本发明示例的用于电动交通工具的功率分配***的结构示意图。
具体实施方式
现在参照附图描述本发明的示意性示例，相同的附图标号表示相同的元件。下文描述的各示例有助于本领域技术人员透彻理解本发明，其意在示例而非限制。图中各元件、部件、模块、装置及设备本体的图示并未按比例绘制，仅示意性表明这些元件、部件、模块、装置及设备本体之间的相对关系。
在以下示例中，以电动汽车作为交通工具来阐述根据本发明的用于电动交通工具的功率分配方法以及***，但是，这并不意在将根据本发明示例的功率分配方法及***仅限制在电动汽车中，其它采用电池提供动力的各类交通工具同样可采用根据发明的功率分配方法及***。此外，本文涉及的要防止过放和/或过充的电池主要指的是电动汽车的动力电池，而不是电动车中用来向一些仪表供电的小电池。
图1是根据本发明示例的用于电动交通工具的功率分配方法的流程图，其中，作为示例，该电动交通工具为电动汽车。如图1所示，在步骤10，从汽车的电池管理***获取估算用参数。根据本发明，估算用参数包括用于对放电功率进行估算的电池短期功率限制值以及电池当前放电功率。
在步骤12，基于所获取的估算用参数估算电池的可用放电功率。
图2是估算可用放电功率的示意性图表。如图2所示，曲线20表 示电池管理***输出的电池当前放电功率，曲线22表示电池管理***输出的电池短期放电功率限制值。将曲线20与曲线22在竖直方向（竖直方向是功率值，水平方向为时间轴），也就是它们在同一时间点处的差值Pdifference的绝对值作为调整步长Step的基准。
估算出的放电功率P_ESdischarge为曲线20所表示的电池当前放电功率Pcurrent±Step。其中，在电池短期放电功率限制值大于电池当前放电功率的情况下，估算出的放电功率P_ESdischarge为Pcurrent＋Step，在电池短期放电功率限制值小于电池当前放电功率的情况下，估算出的放电功率P_ESdischarge为Pcurrent-Step。
示例地，在图2所示的A1点，电池当前放电功率PA1_current小于电池短期放电功率限制值PA1_limit，则估算模块10基于该时间点处的差值PA1_difference来进行估算，估算的电池功率为PA1_current+Step_A1，其中，Step_A1表示基于A1点的调整步长。对于B1点，其估算方式与A1点相同。对于C1点，因电池当前放电功率Pc1_current超出了电池放电功率限制值，因此，估算的针对C1点的电池功率值为PC1_current-Step_C1其中，Step_C1表示基于C1点的调整步长。简单地说，在估算可用放电功率时，意在使电池的可用放电功率尽可能趋近于短期放电功率的限制值，从而最大可能地发挥电池的功能。
进一步，根据本发明的示例，可预先设置步长调整表，该表中给出了对应不同差值Pdifference应调整的步长。例如表1给出了对应不同差值时应调整步长的示例性步长调整表。
表1
Pdifference 2 5 10 100 300 450
上升段Step（如A1、B1点） 0 200 500 800 1000 2000
在此，需要说明的是，如果所确定的电池短期放电功率限制值与电池当前放电功率之间的差值的绝对值未列在所给出的步长调整表中，则在该表中找出临近的两个值进行插值运算得到相应的调整步长，以此作为基础调整。
例如，假设所确定的电池短期放电功率限制值与电池当前放电功率之间的差值为7，则从表中1中找到最临近的两组差值即为5与10的两组数据，从而例如按照7在5与10之间的比例来确定与7对应的步长，具体如等式1所示：
(1)
表2给出的是电池当前功率小于电池短期放电功率限制值的情况。根据曲线22和曲线20的差值Pdifference在基于表2中的设置来确定要调整的步长Step，从而确定出可用放电功率。
表2
Pdifference 10 50 100
超限段Step（如C1点） -500 -800 -1500
此外，根据本发明的一些示例，在估算可用放电功率时，还可考虑电池温度、电池长期放电功率限制值，从而对确定的步长进行修正。通常，在电池温度较高或较低的情况下，降低可用放电功率。在电池长期放电功率限制值与电池短期放电功率限制值的差较大的情况下，则可适量地增大步长。
在电池管理***输出的短期放电功率限制值变小时，如果估算出的放电功率大于电池管理***对于电池放电功率的限制值，则将估算的放电功率调整为该限制值或小于该限制值。相应地，在来自电池管理***的短期放电功率恢复的情况下，重新估算放电功率，以便充分利用电池的能力。
根据本发明的又一些示例，还可通过自学习算法记录电池包整个生命周期的超限情况，也就是电池放电功率超过电池短期放电功率限制值的情况，并根据超限次数限制电池的放电能力。图3是电池放电功率超限自学习算法原理的示意图。如图3所示，实时监控电池的实当前放电功率，如果电池的当前放电功率超限，则对超限功率进行积分，若一段时间内积分达到设定的上限值，则会存储该超限工况，并自动修正电池可放电功率限制值。
回到图1，在步骤14，基于所估算的可用放电功率以及该电动汽车的多个电力需求部件的功率需求来确定功率分配。
更为具体地，预先为电力需求部件设置功率分配优先级表。在该表中，列出了功率分配中应优先考虑的电力需求部件的顺序。该功率分配优先级的设置可根据实际需求设置，但是通常，保障车辆安全行驶的功率需求具有高优先级。例如，来自驾驶员驾驶汽车所需要的驱动动力需求、除霜除雾需求等一般具有高优先级。在所估算的可用放电功率能够满足当前需要电力的电力需求部件的功率需求之和的情况下，按照所需为它们分配功率。但是，在所估算的可用放电功率不能满足当前需要电力的所有电力需求部件的功率需求的情况下，则按照优先级表来分配功率。
图4是根据本发明的一种示例性的功率分配方法的流程图。根据该方法，在步骤40，首先判断估算的电池可用放电功率是否满足当前需要电力的所有电力需求部件的功率需求。该例中，当前的功率需求包括根据驾驶员的驾驶操作估算出的驱动***的功率需求、除霜除雾的功率需求、高压到低压转换器所需功率、车辆进入运动模式所需功率以及空调运转所需功率。如果步骤40的判断结果是估算的电池可用放电功率满足当前的所有上述功率需求，则进入到步骤44，结束。如果步骤40的判断结果是估算的电池可用放电功率不能满足上述功率需求的综合，或者说不能满足上述所有的功率需求，则进入步骤42，按照优先级表中设定的优先级来分配功率。该例中，优先满足除霜除雾请求，为除霜除雾部件分配功率，由此保证车辆行驶的安全性，随后根据小电池的电量情况调节高压到低压转换功率，以保证车用电器的正常用电需求，随后再满足根据驾驶员的驾驶操作估算出的驱动***的功率需求。其中，根据驾驶员的输入如油门、刹车以及电机的相关状态估算驱动***的功率需求。如果外部温度过高或过低，则满足空调运转所需的功率，以提供较为舒适的行车环境。
回到图1，在步骤16，依据所确定的功率分配，向相应的电力需求部件输出所分配的功率，并在需要将功率转换为扭矩的情况下，将分配的功率转换为扭矩后在输出。通常，要将分配给电机控制***的功率，也就是按照驾驶操作估算出的驱动***的功率而分配给驱动***的功率转换为扭矩后，输出给电机控制***MCU。
根据本发明的又一些示例，从电池管理***获得的估算参数还包括电池短期充电功率限制值与电池当前充电功率。在此，充电功率指的是车辆行驶中再回收的电力向车辆的动力电池充电时的充电功率。基于该短期充电功率限制值与电池当前充电功率估算电池可用充电功率。获取电动汽车中再回收电力所提供的充电功率。将所估算的电池可用充电功率与再回收电力的充电功率比较，并在该可用充电功率小于再回收电力充电功率的情况下，进行防过充处理。实际上，估算的电池可用充电功率就相当于电池的允许充电功率。
作为示例，防过充处理是降低车辆再生电力生成***的电力生成能力。举例来说，电机再生的电力可满足车辆中空调等高压器件运转的电力需求，还有剩余可向车辆的动力电池充电，这时如果动力电池的允许充电功率（即，估算的可用充电功率）小于电机再生电力能提供给动力电池的充电功率，则生成降低电机再生制动扭矩的请求，以便控制电机使其降低再生制动力的生成。根据本发明，高压器件包括空调、以及高压到低压转换器（也称作DCDC转换器）等。
其中，基于该短期充电功率限制值与电池当前充电功率估算电池可用充电功率的过程与上文中详细介绍的估算可用放电功率的方法类似，意在通过确定步长来调整电池的可用充电功率。
图5是根据本发明示例的用于电动交通工具的功率分配***的结构示意图。如图所示，该功率分配***包括第一估算模块50、功率分配模块52、以及功率计算模块54。
第一估算模块50与已有的电池管理***8电性连接，自其获得估算用参数。根据本发明，估算用参数包括用于对放电功率进行估算的电池短期功率限制值以及电池当前放电功率。第一估算模块50基于所获取的电池短期功率限制值与电池当前放电功率来估算电池的可用放电功率。估算的过程与上文结合图1的步骤12以及图2、图3的一致。
功率分配模块52基于估算的可用放电功率以及该电动汽车的多个电力需求部件的功率需求来确定功率分配。按照本发明的示例，预先设置了功率分配优先级表，如上文提到的，该优先级表中列出了功率分配中应优先考虑的电力需求部件的顺序。功率分配模块52在所估算的可用放电功率能够满足当前需要电力的电力需求部件的功率需求之和的情况下，按照所需为它们分配功率；在所估算的可用放电功率不能满足当前需要电力的所有电力需求部件的功率需求的情况下，则按照优先级表来分配功率。
按照本发明的一个示例，该功率分配***还包括第二估算模块53，其用于采集驾驶员的操作，并根据驾驶员的操作估算驱动***的功率需求。第二估算模块采集驾驶员踩踏油门的情况、踩踏刹车的情况、以及电机的相关状态等，由此来估算的驱动***的功率需求，也就是驾驶员对动力性的需求。
功率分配模块52与车辆的除霜除雾部件（或***）电性连接以获知是否是否有除霜除雾请求，与外部温度传感器电性连接以获知车内温度，与车辆模式选择***电性连接以获知驾驶员的模式选择请求（例如驾驶员是否选择了运动模式等），与车辆的小电池电性连接以获知其电量情况，与车辆的空调控制***电性连接以在空调工作时获知其消耗的能量以及向其传送分配的功率，与车辆的高压到低压转换器电性连接以获得其消耗的功率以及向其传送分配的功率。
功率分配模块52与功率计算模块54电性连接，在功率分配模块52将分配给驱动***的功率传送给电机控制***MCU之前，首先由功率计算模块54将分配的功率转换为扭矩，然后再传送给功率计算模块54。
功率分配模块52的一个具体的示例性分配过程与上文结合图4描述的过程类似。例如在实际应用中，上文结合图4描述的方法可以实现为软件，由功率分配模块52来执行。
根据本发明的又一些示例，第一估算模块50还从电池管理***8获取电池短期充电功率限制值与电池当前充电功率。第一估算模块50基于该短期充电功率限制值与电池当前充电功率估算电池可用充电功率。第一估算模块50还获取电动汽车中再回收电力的充电功率。将所估算的电池可用充电功率与再回收电力的充电功率比较，并在该可用充电功率小于再回收电力充电功率的情况下，进行防过充处理。具体而言，第一估算模块50在进行防过充处理时，可以生成降低车辆中高压***的电量回收能力的信号，发送给相关控制部件。例如生成降低电机再生制动扭矩请求的信号，并将其发送给电机控制***。作为替代，第一估算模块50也可以判断汽车当前电力需求部件的功率需求是否小于再回收电力的充电功率，如果是，则降低汽车再回收电力的能管理。如果汽车当前电力需求部件的功率需求大于该再回收电力的充电功率，则在为当前电力需求部分分配功率时，第一估算模块50直接将该再回收电力的充电功率用来分配给当前电力需求部件，也就是说将再回收电力直接应用于电力需求部件。
尽管以示例的方式描述了根据本发明原理的多个示例或实施方式，但本领域技术人员在不背离本发明原理和精神的情况下，可使这些示例中的一个或多个彼此结合使用。

Claims (14)

1.一种用于电动交通工具的功率分配方法，包括：
a) 从所述交通工具的电池管理***获取估算用参数；
b)基于所获取的估算用参数估算电池的可用放电功率；
c)基于所述可用放电功率及该交通工具多个电力需求部件的功率需求，为所述多个需求部件中每一个确定要分配的功率；
d)向电力需求部件输出所分配的功率，并在需要将功率转换为扭矩的情况下，将分配的功率转换为扭矩后再输出。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述估算用参数包括电池短期放电功率限制值以及电池当前放电功率值。
3.如权利要求4所述的方法，其中，步骤b包括：
比较电池当前放电功率值与电池短期放电功率限制值，并计算它们的差值；
以所述差值的绝对值作为调整步长的基准，在所述电池实时放电功率值小于电池短期放电功率限制值的情况下，将电池的实时放电功率与调整步长的和作为估算的可用放电功率为；在所述电池实时放电功率大于电池短期放电功率限制值的情况下，将电池短期放电功率限制值与步长的差作为估算的可用放电功率。
4.如权利要求1所述的方法，其中，步骤c包括：
针对所述电力需求部件，设置功率分配优先级表；
在所述可用放电功率满足所述交通工具当前电力需求部件功率需求的情况下，按照所需为它们确定要分配的功率；
在所述可用放电功率不满足所述交通工具当前电力需求部件功率需求的情况下，基于所述优先级表来确定要分配的功率。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述估算参数还包括电池短期充电功率限制值与电池当前充电功率，所述方法包括：
基于所述电池短期充电功率限制值与电池当前充电功率来估算电池可用充电功率；
获取该交通工具运行中再回收电力的充电功率；
将所估算的可用充电功率与该再回收电力的充电功率比较，并在所述可用充电功率小于所述再回收电力的充电功率的情况下，进行防过充处理。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述防过充处理包括：
降低车辆再生电力生成***的电力生成能力。
7.如权利要求5所述的方法，其中，所述防过充处理包括：
所述高压器件包括交通工具内的空调、DCDC转换器。
8.如权利要求1到7中任意一项所述的方法，其中，所述电动交通工具为电动汽车。
9.一种用于电动交通工具的功率分配***，其包括：
第一估算模块，其与所述交通工具的电池管理***耦接以从其获取估算用参数，以及基于所获取的估算用参数估算电池的可用放电功率，其中，所述估算用参数包括电池短期放电功率限制值以及电池当前放电功率值；和
功率分配模块，其基于从所述第一估算模块获取的所述可用放电功率及该交通工具多个电力需求部件的功率需求，为所述多个需求部件中每一个确定要分配的功率，并且输出所分配的功率；
扭矩计算模块，其与所述功率分配模块耦接，所述扭矩计算模块用于在获得所述功率分配模块生成的分配给电机控制***的驱动功率后，将该驱动功率转换为扭矩值从而传送给所述电机控制***。
10.如权利要求9所述的用于电动交通工具的功率分配***，其中，所述估算模块设置成：
比较电池当前放电功率值与电池短期放电功率限制值，并计算它们的差值；及
以所述差值的绝对值作为调整步长的基准，在所述电池实时放电功率值小于电池短期放电功率限制值的情况下，将电池的实时放电功率与调整步长的和作为估算的可用放电功率；在所述电池实时放电功率大于电池短期放电功率限制值的情况下，将电池短期放电功率限制值与步长的差作为估算的可用放电功率。
11.如权利要求10所述的用于电动交通工具的功率分配***，还包括第二估算模块，其设置成采集驾驶员的操作，并根据驾驶员的操作估算驱动***的功率需求。
12.如权利要求11所述的用于电动交通工具的功率分配***，其中，所述功率分配***还包括预先设置的功率分配优先级表；所述功率分配模块设置成：
在所述可用放电功率满足所述交通工具当前电力需求部件功率需求的情况下，按照所需来为它们确定要分配的功率；
在所述可用放电功率不满足所述交通工具当前电力需求部件功率需求的情况下，基于所述优先级表来确定要分配的功率。
13.如权利要求9到12中任意一项所述的用于电动交通工具的功率分配***，其中，
所述第一估算模块进一步设置成从电池管理***获取电池短期充电功率限制值与电池当前充电功率，基于所述电池短期充电功率限制值与电池当前充电功率来估算电池可用充电功率，获取该交通工具运行中再回收电力的充电功率，以及将所估算的可用充电功率与该再回收电力的充电功率比较，并在所述可用充电功率小于所述再回收电力的充电功率的情况下，进行防过充处理。
14.如权利要求9到12中任意一项所述的用于电动交通工具的功率分配***，其中，所述电动交通工具为电动汽车。
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