CN110497801A - 车用复合电池的电流分配装置及电流分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及车用复合电池的电流分配装置及电流分配方法。电流分配装置(10)包括：速度采集部(11)，其以规定的频率采集车辆的速度；速度电流转换部(12)，其将所述速度转换为要达到该速度所需的所述复合电池的总放电电流；数据组分类部(13)，其按照预定的类别数量，对所述速度和所述总放电电流进行分类；最优化电流比例计算部(14)，其针对所述数据组分类部建立的每个类别，建立与所述类别对应的最优化电流比例数据库；以及电流分配部(15)，其基于所述最优化电流比例数据库，以规定的时间间隔进行所述车用复合电池的电流分配。
Description
技术领域
本发明涉及车用复合电池的电流分配装置及电流分配方法。
背景技术
随着传统能源的枯竭，环境污染的逐步加重，国家提出了节能减排的政策，引导车企大力发展生产电动车，逐渐代替燃油车。电动车的关键能量单元是动力电池，发展相关技术来延长动力电池的使用寿命，提高电动车的性价比，电动车在市场上才能更有竞争力。
一种复合电池被用来延长动力电池的寿命。复合电池由容量型电池和功率型电池并联而成，综合了容量型电池续航里程高和功率型电池瞬时功率大的优点。在电动车行驶过程中，容量型电池起主要的供电作用，功率型电池起辅助作用，特别是在重度使用工况下，功率型电池能够分担一部分容量型电池的消耗。通过这种方式，使得容量型电池的温度升高得到减缓，从而延长寿命。
现有的由容量型电池和功率型电池组合成的复合电池只是在硬件上对电流进行简单地控制分配，没有加上软件上的控制策略。而在专利文献1中，描述了容量型电池和超级电容组合成的复合电池的控制策略。但是该控制策略仅识别了少数几种的工况，而在实际的行车过程中，路况复杂多变，采用专利文献1的控制策略不能有效地提高电池寿命。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：CN 107054103A1
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种有效提高电池寿命的车用复合电池的电流分配装置及电流分配方法。
解决技术问题的技术手段
本发明的车用复合电池的电流分配装置包括：速度采集部，其以规定的频率采集车辆的速度；速度电流转换部，其将所述速度转换为要达到该速度所需的所述复合电池的总放电电流；数据组分类部，其按照预定的类别数量，对所述速度和所述总放电电流进行分类；最优化电流比例计算部，其针对所述数据组分类部建立的每个类别，建立与所述类别对应的最优化电流比例数据库；以及电流分配部，其根据实时采集的速度和相应的总放电电流的类别，基于所述最优化电流比例数据库，进行所述车用复合电池的电流分配。
本发明的车用复合电池的电流分配方法包括如下步骤：以规定的频率采集车辆的速度；将所述速度转换为要达到该速度所需的所述复合电池的总放电电流；按照预定的类别数量，对所述速度和所述总放电电流进行分类；针对建立的每个类别，建立与所述类别对应的最优化电流比例数据库；以及根据实时采集的速度和相应的总放电电流的类别，基于所述最优化电流比例数据库，进行所述车用复合电池的电流分配。
发明效果
根据本发明，能够根据不同的实际行驶状况，实时进行车用复合电池的电流分配，从而有效提高车用复合电池的使用寿命。
附图说明
图1是示出车用复合电池的电流分配装置的构成图。
图2是示出车用复合电池的电流分配装置的动作的流程图。
图3是示出将速度数据转换为电流数据的流程图。
图4是示出数据组分类部的动作的流程图。
图5是示出最优化电流比例计算部的动作的流程图。
图6是示出电流分配部的动作的流程图。
图7是示出电机-变频器-复合电池***的示意图。
图8是示出电流比与劣化程度的关系的图。
具体实施方式
图7是示出电机-变频器-复合电池***的示意图。在电动汽车的动力***中，电池电流先经过变频器，经过一定的变化后再驱动电机。本发明针对于包含有容量型电池和功率型电池的复合电池。两种类型电池的电流汇聚在一起为电动车供电，当选取不同的电流比例时，电池的劣化程度会不同，因此产生如何合理进行电流分配的问题。图8是示出电流比与劣化程度的关系的图。本发明通过确定电池劣化程度最低时的最优化电流比例来延长复合电池的使用寿命。
下面，通过图1～图6来详细说明本发明的具体实施方式。
图1示出车用复合电池的电流分配装置。如图1所示，电流分配装置10包括：速度采集部11，其以规定的频率采集车辆的速度；速度电流转换部12，其将速度转换为要达到该速度所需的复合电池的总放电电流；数据组分类部13，其按照预定的类别数量，对速度和总放电电流进行分类；最优化电流比例计算部14，其针对数据组分类部建立的每个类别，建立与类别对应的最优化电流比例数据库；以及电流分配部15，其根据实时采集的速度和相应的总放电电流的类别，基于最优化电流比例数据库，进行车用复合电池的电流分配。
图2是示出车用复合电池的电流分配装置的动作的流程图。
在步骤S110中，速度采集部11使用1Hz的采样频率采集车辆的速度数据。然后在步骤S120中，速度电流转换部12将采集到的速度数据转换为要达到该速度所需的复合电池的总放电电流数据。接着在步骤S130中，数据组分类部13按照预定的类别数量，对速度和总放电电流进行分类。在步骤S140中，最优化电流比例计算部14针对数据组分类部建立的每个类别，建立与类别对应的最优化电流比例数据库。在步骤S150中，电流分配部15，其根据实时采集的速度和相应的总放电电流的类别，基于最优化电流比例数据库，进行车用复合电池的电流分配。
本实施方式中的总放电电流数据是根据速度数据转换而得的，因此，使用燃油车来采集速度数据即可，不需要使用电车。而且，采用现有的转换方法将速度数据转换为电流数据，比直接采集总放电电流数据更加方便。
下面，结合图3对现有的将速度数据转换为电流数据的方法进行说明。
图3是示出将速度数据转换为电流数据的流程图。
如图3所示，首先，在步骤S210中，根据算式(1)计算汽车的功率VehiclePower。
其中，m，汽车质量；v，车速；μ，摩擦系数；Cd，拉力系数；ρ,空气密度；Sa，汽车迎风面积。
然后，在步骤S220中，根据算式(2)计算电机功率MotorPower，
当VehiclePower<0且v>＝vr,
MotorPower＝VehiclePower*r，
当VehiclePower<0且v<vr,
MotorPower＝0，
当VehiclePower>＝0,
MotorPower＝VehiclePower (2)
其中，r，能量再生系数；vr，能量回收速度。
接着，在步骤S230中，根据算式(3)计算电机电流MotorElectric，根据算式(4)计算电机速度MotorSpeed。
其中，alpha，电机效率。
MotorSpeed＝velocity*beta， (4)
其中，beta，电机到汽车的传动效率。
然后，在步骤S240中，根据算式(5)计算转矩Torque。
其中，TorqueMax，最大转矩值。
最后，在步骤S250中，根据算式(6)计算所需电流CurrentDemand。
CurrentDemand＝Torque/Kt+CurrentAccessory (6)
其中，Kt,转矩常数，CurrentAccessory，辅助***供电电流。
图4是示出数据组分类部的动作的流程图。
如图4所示，首先，在步骤S310中，以规定的时间间隔选取此前m秒长度的总放电电流数据和速度数据。然后，在步骤S320、S330、S340中，计算出速度平均值，记为vm；计算电流平方和，记为I2m；计算电流积分值，记为Intm。于是，每m秒长度的数据，即可以得到一个数据组(vm,I2m,Intm)(步骤S350)。在步骤S360中，对得到的所有数据组进行标准化，即可得到类别标记(a，b，c)，从而对数据组进行分类。这里所述的规定的时间间隔需要小于等于m秒，例如每隔2-10秒选取此前10秒的数据，这样能够使用到所有的电流和速度数据，如果时间间隔大于m秒，则存在有的电流和速度数据未能使用的问题。
在标准化速度平均值时，计算选取出的所有相邻m秒的速度数据的速度平均值，取出最小值和最大值，在最小值和最大值之间对数据进行N1等分(如10等分)，分布标记这N1等分区间为1,2,3……N1。需要标准化的数据所在区间的标记即为标准化的结果。在标准化电流平方和以及电流积分时，也采用同样的数据标准化方法。假设速度平均值，电流平方和，电流积分的数据分别为N1,N2,N3等分，则最终的分类类别总数为N1*N2*N3。
图5是示出最优化电流比例计算部的动作的流程图。
首先，在步骤S410中，输入n秒(n>m)时长的总放电电流数据。然后，在步骤S420中，任意给定一个电流比例，从而确定了容量型电池的电流ic和功率型电池的电流ip，分别代入两种电池的电池模型，加上大气温度数据，即可得到两种电池的温度增量(步骤S430、440)。这里，计算电池的温度增量的电池模型可以采用已知的电池模型，其输入是电池电流和大气温度，输出是电池温度增量。
在步骤S450中，比较两种电池的温度增量是否相等，如果相等(步骤S450中的“是”)，说明电池劣化由两种电池同等分担，此时将结束优化过程，如果不相等(步骤S450中的“否”)，则由粒子群算法寻找另一个电流比例，重复计算的过程，直到找到容量型电池和功率型电池的温度增量相等时的电流比例。该电流比例作为该n秒时长的总放电电流序列下的优化电流比例。
选取n秒时长的总放电电流理想的是：通过将数据组分类部13选取了的m秒的总放电电流的数据加上接下来的例如1-2秒的电流数据而得到的。而且，将选取的n秒时长的总放电电流所属的类别定义为其前m秒的总放电电流所属的类别。由于数据组分类部13已经对所选取的m秒的数据进行了分类，因此，可以直接确定选取n秒时长的总放电电流所属的类别，进而确定与该所属的类别对应的优化放电电流比例。而且，n秒时长的总放电电流包含了m秒的总放电电流和接下来若干秒的电流数据，使得计算优化放电电流比例时，不仅考虑到选取时间点之前的m秒的电流数据，还考虑到选取时间点之后的若干秒的电流数据，能够更加准确地对实时运行状态下的电池放电电流比例进行控制。
而且，在同一类别对应多个优化放电电流比例的情况下，最优化电流比例计算部14将多个优化放电电流比例的平均值作为最优化放电电流比例。
图6是示出电流分配部的动作的流程图。
首先，在步骤S510中，实时采集电动车的速度和电池的总电流数据，采样频率同样也是1Hz。这里电池的总电流数据可以直接采集，也可以使用速度电流转换部12进行速度和电流的转换。
然后，在步骤S520中，电流分配部13以规定的时间间隔(例如2秒)计算前m秒(例如10秒)的车速平均值，电流平方和以及电流积分。接着，在步骤S530中，电流分配部13对步骤S520中计算的三个数据进行标准化，得到标准化数据(a’，b’,c’)，从而确定出类别。这里的时间间隔就是复合电池的电流分配比例的调整间隔，可以根据实际需要任意设定。
最后，在步骤S540中，电流分配部15根据确定出的类别，基于最优化电流比例数据库，进行车用复合电池的电流分配。此时的电流分配比例就是电池劣化程度最低时的最优化电流比例，从而能够延长车用复合电池的使用寿命。
根据本发明，能够根据不同的实际行驶状况，实时进行车用复合电池的电流分配，从而有效提高车用复合电池的使用寿命。
另外，本发明并不限定于以上所说明的实施方式，在本发明的技术思想内，具有本领域的公知常识的人可以实施多种变形以及组合是显而易见的。
Claims (12)
1.一种车用复合电池的电流分配装置，所述电流分配装置的特征在于，包括：
速度采集部，其以规定的频率采集车辆的速度；
速度电流转换部，其将所述速度转换为要达到该速度所需的所述复合电池的总放电电流；
数据组分类部，其按照预定的类别数量，对所述速度和所述总放电电流进行分类；
最优化电流比例计算部，其针对所述数据组分类部建立的每个类别，建立与所述类别对应的最优化电流比例数据库；以及
电流分配部，其根据实时采集的速度和相应的总放电电流的类别，基于所述最优化电流比例数据库，进行所述车用复合电池的电流分配。
2.如权利要求1所述的车用复合电池的电流分配装置，其特征在于，
所述数据组分类部，以规定的时间间隔选取此前m秒内的所述速度和所述总放电电流的数据，对所选取的m秒的数据分别计算出速度平均值、电流平方和以及电流积分值的数据组，对所述数据组进行标准化处理来进行分类，m＞0。
3.如权利要求1所述的车用复合电池的电流分配装置，其特征在于，
所述最优化电流比例计算部的输入数据是n秒内的总放电电流数据，并根据其中的前m秒的总放电电流数据来确定所属类别，其中n＞m＞0，输出所述车用复合电池的优化放电电流比例，从而确定与所述所属类别对应的所述优化放电电流比例。
4.如权利要求3所述的车用复合电池的电流分配装置，其特征在于，
在同一所述类别对应多个所述优化放电电流比例的情况下，所述最优化电流比例计算部将多个所述优化放电电流比例的平均值作为最优化放电电流比例。
5.如权利要求3或4所述的车用复合电池的电流分配装置，其特征在于，
所述车用复合电池由容量型电池和功率型电池并联而成，所述优化放电电流比例是指：所述容量型电池和所述功率型电池的温度增量相等时的所述容量型电池和所述功率型电池的放电电流比例。
6.如权利要求1所述的车用复合电池的电流分配装置，其特征在于，
在车辆行驶过程中，所述速度采集部实时采集车辆的速度，所述数据组分类部以规定的时间间隔确定此前m秒内的所述速度和相应的总放电电流所属的类别，所述电流分配部根据确定出的类别，基于所述最优化电流比例数据库，进行所述车用复合电池的电流分配。
7.一种车用复合电池的电流分配方法，所述电流分配方法的特征在于，包括如下步骤：
以规定的频率采集车辆的速度；
将所述速度转换为要达到该速度所需的所述复合电池的总放电电流；
按照预定的类别数量，对所述速度和所述总放电电流进行分类；
针对建立的每个类别，建立与所述类别对应的最优化电流比例数据库；以及
根据实时采集的速度和相应的总放电电流的类别，基于所述最优化电流比例数据库，进行所述车用复合电池的电流分配。
8.如权利要求1所述的车用复合电池的电流分配方法，其特征在于，
以规定的时间间隔选取此前m秒内的所述速度和所述总放电电流的数据，对所选取的m秒的数据分别计算出速度平均值、电流平方和以及电流积分值的数据组，对所述数据组进行标准化处理来进行分类，m＞0。
9.如权利要求1所述的车用复合电池的电流分配方法，其特征在于，
输入n秒内的总放电电流数据，并根据其中的前m秒的总放电电流数据来确定所属类别，其中n＞m＞0，输出所述车用复合电池的优化放电电流比例，从而确定与所述所属类别对应的所述优化放电电流比例。
10.如权利要求9所述的车用复合电池的电流分配方法，其特征在于，
在同一所述类别对应多个所述优化放电电流比例的情况下，将多个所述优化放电电流比例的平均值作为最优化放电电流比例。
11.如权利要求9或10所述的车用复合电池的电流分配方法，其特征在于，
所述车用复合电池由容量型电池和功率型电池并联而成，所述优化放电电流比例是指：所述容量型电池和所述功率型电池的温度增量相等时的所述容量型电池和所述功率型电池的放电电流比例。
12.如权利要求1所述的车用复合电池的电流分配方法，其特征在于，
在车辆行驶过程中实时采集车辆的速度，以规定的时间间隔确定此前m秒内的所述速度和相应的总放电电流所属的类别，根据确定出的类别，基于所述最优化电流比例数据库，进行所述车用复合电池的电流分配。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20191126 |