CN113400945A - 纯电动汽车能量回收控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯电动汽车能量回收控制方法，本发明的设计构思在于，根据当前电池电量、电池温度获取允许的能量回收标定功率，并根据车载附件的信息获得附件下消耗功率，将二者结合求取理论所需功率值。在电量较高时，通过预设的调控区间以及单体电压最大值，对偏大或偏小的理论能量回收功率进行调整，防止因标定功率过大导致单体电压过高而中断能量回收，以此确保电池处于一种可持续的接近能力极限的能量回收模式，有利于提升高电量工况下的能量回收贡献率。

Description

纯电动汽车能量回收控制方法

技术领域

本发明涉及新能源车辆领域，尤其涉及一种纯电动汽车能量回收控制方法。

背景技术

纯电动汽车可以在驾驶员需要减速时通过电机实现减速和动能的回收。但是当动力电池SOC较高、温度较低时，因电池特性限制允许的充电功率很小甚至不允许充电，致使很多纯电动车在这种工况下限制、甚至禁止电机的能量回收。

而整车作为一个用电***，有很多高压附件和低压附件在消耗电量，回收的一部分电量会直接被高低压附件消耗，另一部分电量则会充入电池；再者，一般通过电池台架标定得出的电池允许的能量回收功率值，因考虑到单体电压上限的保护和电池单体一致性以及随着寿命缩短和内阻增加，标定值一般偏向保守，否则部分工况下某些单体电压会超过阈值影响电池健康。

当前对于能量回收功率的管理一般采用台架标定的方式，对不同SOC或不同电压、不同温度下的电池回收能力进行标定，然后通过查表得出当前电池允许的回收功率，以此功率作为电机回收功率的能力值。

由上述分析可见，上述方式未考虑到整车作为一个***，其高压和低压附件在整车运行过程中有一定的工作功率，消耗掉了部分电能，也即是电机实际上可以多回收部分电量供给附件工作，且不影响到电池的能量回收；并且，这时如果按照原标定功率进行能量回收，则可能造成电池单体电压超出电池单体电压保护上限而强制退出能量回收。

发明内容

鉴于上述，本发明旨在提供一种纯电动汽车能量回收控制方法，以解决上述原因导致的能量回收效率不佳的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种纯电动汽车能量回收控制方法，其中包括：

预先若干个单体电压阈值，并根据电池单体的截止电压以及所述单体电压阈值形成对应的电压分段区间；

为各所述电压分段区间设置相应的调控目标功率值以及功率调控梯度值；

实时采集当前SOC值、当前电池单体温度以及当前电池单体最高电压，同时通过总线获取当前车载附件所需功率；

根据所述当前SOC值和所述当前电池单体温度，查表获得预先标定的对应当前电池工况的允许能量回收功率；

结合所述允许能量回收功率以及所述当前车载附件所需功率，求取理论能量回收最大功率；

在所述当前SOC值大于或等于预设的SOC阈值时，基于所述当前电池单体最高电压、所述调控目标功率值以及所述功率调控梯度值，对所述理论能量回收最大功率进行调整并输出相应功率值执行能量回收。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述基于所述当前电池单体最高电压、所述调控目标功率值以及所述功率调控梯度值，对所述理论能量回收最大功率进行调整并输出相应功率值执行能量回收包括：

根据所述当前电池单体最高电压，确定对应的目标电压分段区间；

比较所述理论能量回收最大功率与目标电压分段区间对应的调控目标功率值；

根据比较结果，利用目标电压分段区间对应的功率调控梯度值，减小或增加所述理论能量回收最大功率。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述根据所述当前电池单体最高电压，确定对应的目标电压分段区间包括：

将所述当前电池单体最高电压与所述单体电压阈值进行比较。

在其中至少一种可能的实现方式中，如果所述当前电池单体最高电压小于等于最小的所述单体电压阈值，则将求取出的所述理论能量回收最大功率作为电机所需的输出功率进行能量回收。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述根据比较结果，利用目标电压分段区间对应的功率调控梯度值，减小或增加所述理论能量回收最大功率包括：

若所述理论能量回收最大功率大于相应的调控目标功率值，则监测单体电压变化率是否大于0；

若是，则按照相应的功率调控梯度值，逐步减小所述理论能量回收最大功率至调控目标功率值；

若所述理论能量回收最大功率小于相应的调控目标功率值，则按照相应的功率调控梯度值，逐步增加所述理论能量回收最大功率至调控目标功率值。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述逐步减小所述理论能量回收最大功率至调控目标功率值包括：

在减小调控过程中，持续监测单体电压变化率；

若在减小调控过程中，监测到单体电压变化率小于等于0，则以当前时刻调控得到的当前功率作为执行能量回收的输出功率。

在其中至少一种可能的实现方式中，在所述当前SOC值小于预设的SOC阈值时，将求取出的所述理论能量回收最大功率作为电机所需的输出功率进行能量回收。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述结合所述允许能量回收功率以及所述当前车载附件所需功率，求取理论能量回收最大功率包括：

融合所述允许能量回收功率以及所述当前车载附件所需功率，并结合电机的能量转化效率，求取出所述理论能量回收最大功率。

本发明的设计构思在于，根据当前电池电量、电池温度获取允许的能量回收标定功率，并根据车载附件的信息获得附件下消耗功率，将二者结合求取理论所需功率值。在电量较高时，通过预设的调控区间以及单体电压最大值，对偏大或偏小的理论能量回收功率进行调整，防止因标定功率过大导致单体电压过高而中断能量回收，以此确保电池处于一种可持续的接近能力极限的能量回收模式，有利于提升高电量工况下的能量回收贡献率。本发明考虑到整车***附件的功耗，以理论功率为基础，在较高电量工况下对该理论功率进行分层级精准调整，以此提高能量回收效率，充分发挥电机能量回收的作用。本发明适用于不同类型的纯电动汽车的能量回收功率和扭矩控制，尤其在单体电压接近截止电压时，对功率和扭矩进行调整控制可以在接近电池能力极限范围持续地进行能量回收。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：

图1为本发明实施例提供的纯电动汽车能量回收控制方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明提出了一种纯电动汽车能量回收控制方法的实施例，具体来说，如图1所示，可以包括如下：

步骤S1、预先若干个单体电压阈值，并根据电池单体的截止电压以及所述单体电压阈值形成对应的电压分段区间；

步骤S2、为各所述电压分段区间设置相应的调控目标功率值以及功率调控梯度值；

步骤S3、实时采集当前SOC值、当前电池单体温度以及当前电池单体最高电压，同时通过总线获取当前车载附件所需功率；

步骤S4、根据所述当前SOC值和所述当前电池单体温度，查表获得预先标定的对应当前电池工况的允许能量回收功率；

步骤S5、结合所述允许能量回收功率以及所述当前车载附件所需功率，求取理论能量回收最大功率；

步骤S6、在所述当前SOC值大于或等于预设的SOC阈值时，基于所述当前电池单体最高电压、所述调控目标功率值以及所述功率调控梯度值，对所述理论能量回收最大功率进行调整并输出相应功率值执行能量回收。

进一步地，所述基于所述当前电池单体最高电压、所述调控目标功率值以及所述功率调控梯度值，对所述理论能量回收最大功率进行调整并输出相应功率值执行能量回收包括：

根据所述当前电池单体最高电压，确定对应的目标电压分段区间；

比较所述理论能量回收最大功率与目标电压分段区间对应的调控目标功率值；

根据比较结果，利用目标电压分段区间对应的功率调控梯度值，减小或增加所述理论能量回收最大功率。

进一步地，所述根据所述当前电池单体最高电压，确定对应的目标电压分段区间包括：

将所述当前电池单体最高电压与所述单体电压阈值进行比较。

进一步地，如果所述当前电池单体最高电压小于等于最小的所述单体电压阈值，则将求取出的所述理论能量回收最大功率作为电机所需的输出功率进行能量回收。

进一步地，所述根据比较结果，利用目标电压分段区间对应的功率调控梯度值，减小或增加所述理论能量回收最大功率包括：

若所述理论能量回收最大功率大于相应的调控目标功率值，则监测单体电压变化率是否大于0；

若是，则按照相应的功率调控梯度值，逐步减小所述理论能量回收最大功率至调控目标功率值；

若所述理论能量回收最大功率小于相应的调控目标功率值，则按照相应的功率调控梯度值，逐步增加所述理论能量回收最大功率至调控目标功率值。

进一步地，所述逐步减小所述理论能量回收最大功率至调控目标功率值包括：

在减小调控过程中，持续监测单体电压变化率；

若在减小调控过程中，监测到单体电压变化率小于等于0，则以当前时刻调控得到的当前功率作为执行能量回收的输出功率。

进一步地，在所述当前SOC值小于预设的SOC阈值时，将求取出的所述理论能量回收最大功率作为电机所需的输出功率进行能量回收。

进一步地，所述结合所述允许能量回收功率以及所述当前车载附件所需功率，求取理论能量回收最大功率包括：

融合所述允许能量回收功率以及所述当前车载附件所需功率，并结合电机的能量转化效率，求取出所述理论能量回收最大功率。

为便于理解上述实施例及其优选方案，此处提供如下具体的说明：

首先，可以实时获取当前电池SOC、当前电池单体温度、当前电池电流、当前电池单体最高电压等数据，并主要利用其中的当前电池SOC和当前电池单体温度，通过查表获得经台架预先标定的对应当前工况下的电池允许能量回收功率值P10(简称功率P10)。同时，可以通过CAN总线上有关整车当前工作状态的数据(例如压缩机、风扇等附件的运行状态及其工作参数)，获得当前高压附件及低压附件的工作功率P20(简称功率P20，也即是附件可能消耗的功率)。

根据公式P＝(P10+P20)/E，其中E为电机能量回收时的效率，求解出输出给电机的理论能量回收最大功率P(简称理论功率P)。在其他实施例中，还可以根据理论能量回收最大功率P和当前电机转速n，利用公式P＝Tn/9550可计算得出电机最大能量回收扭矩T，其中P和T即可作为当前电机执行的最大能量回收初值。

接着，可以在预先设定某SOC阈值(如80％)前提下，判断出如果当SOC不高时，按照上述理论功率P进行能量回收，此时电池单体电压一般不会超过电池单体电压上限Vmax(以某三元锂电池为例，电池单体电压上限Vmax可以是4200mV，即截止电压)，那么理论功率P即为电机所需的最大能量回收功率值；而基于SOC阈值判断出SOC较高时，因电池一致性等问题，若按照理论功率P进行能量回收，电池单体电压值可能会超过截止电压Vmax，而为了保证电池安全，此时能量回收会被强制中断，由此造成部分能量的浪费和减速度突然消失等问题。

因此，在这种特定工况下(当前SOC超过SOC阈值)，可以根据当前电池单体最高电压以及单体电压变化率(可对应电池单体最高电压)，对前述计算得到理论功率P进行调整，保证能量回收在电池能力范围内。

考虑到电池在能量回收过程中，电池单体电压的上升和能量回收功率并非具有线性关系，即电池单体电压越高，增加相同功率时电压上升会越小。据此，可以预先根据不同的电池单体电压进行分段控制，并可根据控制精度的需求，调整分段个数及分段电压区间。举例来说，可以基于电池单体电压，设置若干个单体电压阈值V(比如，按由大至小的顺序可设定诸如五个单体电压阈值V1～V5，其中V1最接近电池单体电压上限Vmax)，那么便可以至少得到[Vmax,V1]、[V1,V2]、[V2,V3]、[V3,V4]、[V4,V5]五个分段电压区间(可称为第一～第五分段电压区间或调控区间)，同时，对应各个区间可以设定调控目标功率值P1～P5，示意性举例来说P1～P5可分别设为1Kw～5Kw。

在实际操作中，可以通过当前电池单体最高电压来判断是否进入到某个调控区间，具体地，当SOC大于设定的SOC阈值时(如前文所述，此为功率调控的启动条件，当然，在其他实施例中也可以考察电池单体最大电压与最小的所述单体电压阈值V的关系，来判定是否进入调控区间)，可以判断当前电池单体最高电压是否大于第一单体电压阈值V1，若是，则表明电池单体电压进入第一调控区间；接着，考察理论能量回收最大功率是否大于当前区间对应的调控目标功率值(即本示例中，判断理论功率P是否大于目标功率P1)，若是，则说明当前输出功率可能偏大，有风险导致电池单体电压超过截止电压Vmax而中断能量回收。

此时，可以根据电池单体电压所处区间以及单体电压变化率KV，调整计算出的理论功率P，即在上述P大于P1的前提下，判断单体电压变化率KV是否大于0，若是，则确定存在超出截止电压的风险，需按照对应各个电压分段区间预先设定的梯度k值(在不同的电压分段区间，功率调整梯度K可以不同，越接近电池单体电压上限Vmax则K越大，反之越小；举例来说，对应第一～第五电压分段区间，可以分别取k1＝0.05kw/ms，k2＝0.04kw/ms，k3＝0.03kw/ms，k4＝0.02kw/ms，k5＝0.01kw/ms)逐步减小功率P，且调控目标即为P1。

而在调控过程中，如果KV≤0时，则说明当前能量回收功率可以让电池单体电压平衡或下降，不再有超出截止电压的风险，无需继续减小能量回收功率，此时被调控后的当前功率即为当前工况下电池所能承受的最大回收功率，可以取当前功率作为输出给电机的能量回收最大功率。

接续前文，如果当前电池单体最高电压大于第一调控阈值V1(进入第一调控区间)，在此条件下，当判断出理论能量回收最大功率小于当前SOC对应的电池允许能量回收功率阈值(即理论功率P小于目标功率P1)时，则可以直接按照对应当前电压分段区间预先设定的梯度k1，逐步增大理论功率P，且调控目标同样为P1。而当上述判定结果是功率P等于目标功率P1，则以P1进行能量回收控制。

结合具体示例来说，假定查表后得到电池台架标定的当前最大能量回收功率P10＝15KW，总线数据提供的整车附件的消耗功率P20＝3KW，电机效率E为0.9，则能量回收最大理论功率P为20KW。

在纯电动车驱动过程中电池单体电压下降，进入能量回收过程时随着能量回收功率的增加单体电压上升：

①若单体电压V≤V5，说明当前输出功率即可满足电池安全的能量回收允许功率也满足了附件的功率消耗，则直接输出20KW为电机能量回收功率最大值。

②若单体电压V>V5，说明当前20KW功率偏大，若当前单体电压在区间[V4,V5]，且单体电压变化率KV>0，同时20KW大于目标功率P5，则按照梯度K5朝向P5降低P；如果监测到当降低到18KW时，电压变化率KV≤0，则可以按照当前18KW进行能量回收。

③若降低过程中单体电压继续上升，到达区间[V3,V4]，此时则按照梯度K4调整功率，并监测到当降低到10KW时，电压变化率KV≤0，则可以按照当前10KW进行能量回收。

⑤若单体电压开始下降，比如从区间[V2,V3]进入区间[V3,V4]，若当前功率小于当前区间目标功率，则按本区间的梯度增加当前能量回收输出功率。

综上所述，本发明的设计构思在于，根据当前电池电量、电池温度获取允许的能量回收标定功率，并根据车载附件的信息获得附件下消耗功率，将二者结合求取理论所需功率值。在电量较高时，通过预设的调控区间以及单体电压最大值，对偏大或偏小的理论能量回收功率进行调整，防止因标定功率过大导致单体电压过高而中断能量回收，以此确保电池处于一种可持续的接近能力极限的能量回收模式，有利于提升高电量工况下的能量回收贡献率。本发明考虑到整车***附件的功耗，以理论功率为基础，在较高电量工况下对该理论功率进行分层级精准调整，以此提高能量回收效率，充分发挥电机能量回收的作用。本发明适用于不同类型的纯电动汽车的能量回收功率和扭矩控制，尤其在单体电压接近截止电压时，对功率和扭矩进行调整控制可以在接近电池能力极限范围持续地进行能量回收。

本发明实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示单独存在A、同时存在A和B、单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：a，b，c，a和b，a和c，b和c或a和b和c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，但以上仅为本发明的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本发明的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种纯电动汽车能量回收控制方法，其特征在于，包括：

预先若干个单体电压阈值，并根据电池单体的截止电压以及所述单体电压阈值形成对应的电压分段区间；

为各所述电压分段区间设置相应的调控目标功率值以及功率调控梯度值；

实时采集当前SOC值、当前电池单体温度以及当前电池单体最高电压，同时通过总线获取当前车载附件所需功率；

根据所述当前SOC值和所述当前电池单体温度，查表获得预先标定的对应当前电池工况的允许能量回收功率；

结合所述允许能量回收功率以及所述当前车载附件所需功率，求取理论能量回收最大功率；

在所述当前SOC值大于或等于预设的SOC阈值时，基于所述当前电池单体最高电压、所述调控目标功率值以及所述功率调控梯度值，对所述理论能量回收最大功率进行调整并输出相应功率值执行能量回收。

2.根据权利要求1所述的纯电动汽车能量回收控制方法，其特征在于，所述基于所述当前电池单体最高电压、所述调控目标功率值以及所述功率调控梯度值，对所述理论能量回收最大功率进行调整并输出相应功率值执行能量回收包括：

根据所述当前电池单体最高电压，确定对应的目标电压分段区间；

比较所述理论能量回收最大功率与目标电压分段区间对应的调控目标功率值；

根据比较结果，利用目标电压分段区间对应的功率调控梯度值，减小或增加所述理论能量回收最大功率。

3.根据权利要求2所述的纯电动汽车能量回收控制方法，其特征在于，所述根据所述当前电池单体最高电压，确定对应的目标电压分段区间包括：

将所述当前电池单体最高电压与所述单体电压阈值进行比较。

4.根据权利要求3所述的纯电动汽车能量回收控制方法，其特征在于，如果所述当前电池单体最高电压小于等于最小的所述单体电压阈值，则将求取出的所述理论能量回收最大功率作为电机所需的输出功率进行能量回收。

5.根据权利要求2所述的纯电动汽车能量回收控制方法，其特征在于，所述根据比较结果，利用目标电压分段区间对应的功率调控梯度值，减小或增加所述理论能量回收最大功率包括：

若所述理论能量回收最大功率大于相应的调控目标功率值，则监测单体电压变化率是否大于0；

若是，则按照相应的功率调控梯度值，逐步减小所述理论能量回收最大功率至调控目标功率值；

若所述理论能量回收最大功率小于相应的调控目标功率值，则按照相应的功率调控梯度值，逐步增加所述理论能量回收最大功率至调控目标功率值。

6.根据权利要求5所述的纯电动汽车能量回收控制方法，其特征在于，所述逐步减小所述理论能量回收最大功率至调控目标功率值包括：

在减小调控过程中，持续监测单体电压变化率；

若在减小调控过程中，监测到单体电压变化率小于等于0，则以当前时刻调控得到的当前功率作为执行能量回收的输出功率。

7.根据权利要求1～6任一项所述的纯电动汽车能量回收控制方法，其特征在于，在所述当前SOC值小于预设的SOC阈值时，将求取出的所述理论能量回收最大功率作为电机所需的输出功率进行能量回收。

8.根据权利要求1～6任一项所述的纯电动汽车能量回收控制方法，其特征在于，所述结合所述允许能量回收功率以及所述当前车载附件所需功率，求取理论能量回收最大功率包括：

融合所述允许能量回收功率以及所述当前车载附件所需功率，并结合电机的能量转化效率，求取出所述理论能量回收最大功率。

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