一種適合軌道客車的電池組功率控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種適合軌道客車的電池組功率控制方法，包括以下步驟：建立最大允許功率和溫度、SOC的二維功率表；獲取電池狀態(tài)信息；通過查表法獲得電池允許的最大功率值；按當(dāng)前工況計(jì)算出軌道客車后一工況的需求功率值；比較查表所得最大允許功率值與需求功率值，取小值作為目標(biāo)功率值；當(dāng)前功率值經(jīng)平滑處理接近目標(biāo)功率值；計(jì)算出功率值發(fā)送到電機(jī)控制器。本案提出的電池組功率控制方法，通過實(shí)時(shí)定時(shí)在線按鋰電池組當(dāng)前狀態(tài)并結(jié)合軌道車當(dāng)前實(shí)時(shí)功率及需求功率，計(jì)算出動(dòng)力鋰電池實(shí)時(shí)可輸入輸出功率值傳輸給軌道車的TCU進(jìn)行控制，在滿足軌道車運(yùn)行功率需求的同時(shí)，能有效保護(hù)動(dòng)力鋰電池安全、延長(zhǎng)電池使用壽命、改善軌道車性能。
【專利說明】一種適合軌道客車的電池組功率控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適合軌道客車的電池組功率控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有電池輸入輸出功率控制策略方法是基于純電動(dòng)汽車工況，按電池特性，結(jié)合電池溫度和SOC等狀態(tài)計(jì)算得出電池組最大輸入輸出功率值，控制電機(jī)按最大功率值進(jìn)行功率輸入輸出。但軌道客車如地鐵工況與純電動(dòng)汽車的工況完全不同，軌道客車的站與站之間的距離短，每到一站就充電，充電時(shí)間很短，因此，現(xiàn)有的功率輸入輸出控制策略方案只適用一般的純電動(dòng)汽車方案，并不適合用在工況特殊的軌道車上。鑒于此，有必要研制一種能夠適合軌道車運(yùn)行工況的電池組輸入輸出功率控制策略方法，能有效保護(hù)電池又適合軌道車的運(yùn)行工況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷與不足，本發(fā)明提供一種適合軌道客車的電池組功率控制方法。
[0004]本發(fā)明所采用的的技術(shù)方案是:一種適合軌道客車的電池組功率控制方法，包括以下步驟:
51:建立電池組最大允許功率和電池組溫度、SOC的二維功率對(duì)照表；
52:在整車處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，每隔設(shè)定時(shí)間獲取一次電池組狀態(tài)信息，所述電池組狀態(tài)信息包括溫度和SOC值；
53:根據(jù)電池組狀態(tài)信息通過查表法獲得電池組的最大允許功率值，所述的電池組的最大允許功率值包括軌道客車工作在加速、勻速、充電、吸收回饋四種工況下對(duì)應(yīng)的四種最大功率值，即最大加速脈沖功率、最大持續(xù)放電功率、最大持續(xù)充電功率、最大回饋脈沖功率；
54:按當(dāng)前工況計(jì)算出軌道客車當(dāng)前工況的后一工況所需的需求功率值；
55:比較查表所得最大允許功率值與計(jì)算得到的需求功率值，取兩者中的小值作為目標(biāo)功率值；
56:將當(dāng)前功率值經(jīng)平滑處理接近目標(biāo)功率值；
57:將平滑處理過程中計(jì)算得出的功率值發(fā)送到電機(jī)控制器，電機(jī)控制器進(jìn)行功率調(diào)整控制，直至達(dá)到目標(biāo)功率值。
[0005]所述設(shè)定時(shí)間范圍是50_150ms。
[0006]軌道客車在加速、勻速行駛工況時(shí)，計(jì)算需求放電功率值的因素包括最大載荷Z、最大車速S、最高制動(dòng)級(jí)位L、運(yùn)行軌道坡度Q，需求功率值根據(jù)公式P=&l*Z*g + &2*S +&3* (1-Q)計(jì)算，其中&1、&2、&3是比例因子，g是重力加速度。
[0007]軌道客車在充電工況時(shí)，充電功率P=Q/ T，電池組能量Q固定，P為充電時(shí)功率，P越大T越小，充電時(shí)間越快，實(shí)際充電功率必須小于等于電池允許的最大持續(xù)充電功率。
[0008]當(dāng)軌道客車在制動(dòng)減速時(shí)處于吸收回饋工況，電池組吸收制動(dòng)產(chǎn)生的回饋能量，開始快速回饋充電；制動(dòng)信號(hào)停止，回饋充電停止。
[0009]所述的對(duì)當(dāng)前功率值的平滑處理方法為:
如果實(shí)際功率值小于最大允許目標(biāo)功率值，則通過每秒增加0.1單位量電流值來增加實(shí)際功率值或使實(shí)際功率值以每秒0.5KW遞增；
如果實(shí)際功率值等于最大允許目標(biāo)功率值，則直接輸出實(shí)際功率值作為最大允許功率值；
如果實(shí)際功率值大于最大允許目標(biāo)功率值，則通過每秒減少0.1單位量電流值來減小實(shí)際功率值或使實(shí)際功率值以每秒0.5KW遞減。
[0010]優(yōu)選的，動(dòng)力鋰電池工作時(shí)SOC范圍是40%-90%之間。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:本案提出的一種適合軌道車工況的適合軌道客車的電池組功率控制方法，通過實(shí)時(shí)定時(shí)在線按鋰電池組當(dāng)前狀態(tài)并結(jié)合軌道車當(dāng)前實(shí)時(shí)功率及需求功率，估算出動(dòng)力鋰電池實(shí)時(shí)可輸入輸出功率值傳輸給軌道車的電機(jī)控制器，通過的電機(jī)控制器調(diào)整鋰電池組的輸入輸出功率，僅能有效保護(hù)動(dòng)力鋰電池安全又能延長(zhǎng)電池使用壽命，同時(shí)又能滿足軌道車運(yùn)行的功率需求，也能改善軌道車的性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的控制流程圖。
[0013]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)加速勻速制動(dòng)循環(huán)過程時(shí)間與電流曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0014]為方便本領(lǐng)域的技術(shù)人員了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0015]如圖1是本案的電池功率控制的控制流程，如圖2所示是本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)加速勻速制動(dòng)循環(huán)過程時(shí)間與電流曲線。根據(jù)工況軌道車工作在加速、勻速、充電、吸收回饋四種功率模式下，結(jié)合鈦酸鋰電池特性，按不同溫度和SOC制定最大加速脈沖、最大回饋脈沖、最大持續(xù)充電、最大持續(xù)放電四個(gè)功率表格。先按當(dāng)前電池組狀態(tài)查表計(jì)算出各種最大功率值，從當(dāng)前軌道車工況推算出后面工況的功率需求，取電池組查表最大功率值與需求功率值之間的最小值作目標(biāo)值，為防止軌道車突然停車和加速，功率目標(biāo)值需要通過平滑處理再發(fā)送給電機(jī)控制器，每10ms估算發(fā)送一次，由T⑶進(jìn)行最大輸入輸出功率調(diào)整控制。具體步驟如下:
51:建立最大允許功率和溫度、SOC的二維功率表，即；最大加速脈沖功率與溫度、S0C、最大持續(xù)放電功率與溫度、S0C、最大持續(xù)充電功率與溫度、S0C、最大回饋脈沖功率與溫度、SOC的二維功率表；
52:在整車處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，每隔一段時(shí)間調(diào)用一次循環(huán)入口，獲取電池狀態(tài)信息，所述電池狀態(tài)信息包括溫度和SOC值；
53:根據(jù)電池狀態(tài)信息通過查表法獲得電池允許的最大功率值，所述的電池功率值包括軌道客車工作在加速、勻速、充電、吸收回饋四種工況下對(duì)應(yīng)的四種功率值，即最大加速脈沖功率、最大持續(xù)放電功率、最大持續(xù)充電功率、最大回饋脈沖功率； 脈沖功率一般指在短時(shí)間內(nèi)(如30S內(nèi))可電池組充許最大功率值，可持續(xù)充放電功率是長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)可使用最大功率值，軌道車正常加速制動(dòng)過程時(shí)間會(huì)小于30S。
[0016]S4:按當(dāng)前工況和軌道客車實(shí)際工況計(jì)算出軌道客車后面所需的需求功率值； 加速、勻速工況:軌道車設(shè)計(jì)要求的最大載荷Z、最大車速S、最高制動(dòng)級(jí)位L、運(yùn)行軌道坡度Q等決定需求最大輸入輸出功率要求，具體分析這些軌道車的技術(shù)要求可計(jì)算出軌道車要求的最大輸出功率值P=&l*Z*g + &2*S + &3* (1-Q)，其中&1、&2、&3這比例因子，g是重力加速度。
[0017]充電工況:軌道車運(yùn)行特性要求動(dòng)力鋰電池要快速充電補(bǔ)電，終點(diǎn)站可快速充滿電，進(jìn)站短時(shí)間可快速補(bǔ)電，滿足軌道車城市運(yùn)行需求。這就要求電池組用最大可輸入功率進(jìn)行充電和補(bǔ)電，充電時(shí)間T=Q/P，Q電池組能量固定，P充電時(shí)功率，P越大T越小，充電時(shí)間越快。
[0018]制動(dòng)回饋充電:由于電機(jī)有可逆性，在特定條件下使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，通過電力裝置將制動(dòng)產(chǎn)生的回饋電力充入電池中，這樣可以回收一部分可觀的慣性能量，提高軌道客車的行駛里程。當(dāng)系統(tǒng)有制動(dòng)信號(hào)時(shí)，制動(dòng)能量回饋開始給電池組充電，制動(dòng)信號(hào)停止，回饋充電停止。相比而言，制動(dòng)回饋充電要求瞬間功率會(huì)較大，充電時(shí)間短，才能有效吸收回饋能量，正常充電時(shí)功率會(huì)較小。
[0019]S5:比較查表所得最大允許功率值與需求功率值，取兩者中的小值作為目標(biāo)功率值；
S6:當(dāng)前功率值經(jīng)平滑處理接近目標(biāo)功率值；
對(duì)當(dāng)前功率值的平滑處理方法為:
如果實(shí)際功率值小于最大允許目標(biāo)功率值，則通過每秒增加0.1單位量電流值來增加實(shí)際功率值或使實(shí)際功率值以每秒0.5KW遞增；
如果實(shí)際功率值等于最大允許目標(biāo)功率值，則直接輸出實(shí)際功率值作為最大允許功率值；
如果實(shí)際功率值大于最大允許目標(biāo)功率值，則通過每秒減少0.1單位量電流值來減小實(shí)際功率值或使實(shí)際功率值以每秒0.5KW遞減。
[0020]S7:計(jì)算出功率值發(fā)送到電機(jī)控制器，電機(jī)控制器進(jìn)行功率調(diào)整控制。
[0021]軌道車一般站點(diǎn)距離較短，每個(gè)站點(diǎn)之間行駛時(shí)間2-10分鐘，軌道車工況為加速-勻速-制動(dòng)循環(huán)過程，如圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)加速勻速制動(dòng)循環(huán)過程時(shí)間與電流曲線，橫坐標(biāo)為時(shí)間每2S—個(gè)點(diǎn)，縱坐標(biāo)為電流，負(fù)電流表示制動(dòng)回饋電流。
[0022]針對(duì)軌道車工況，需求動(dòng)力鋰電池能適應(yīng)大功率輸入快速充電，大功率輸出快速加速，同時(shí)為節(jié)約能源，在制動(dòng)過程中動(dòng)力鋰電池能大功率吸收回饋能量，選用鈦酸鋰電池可滿足需求。
[0023]同時(shí)，為滿足軌道車功率需求,在加速時(shí)電池組不過放,制動(dòng)回饋時(shí)不過充，動(dòng)力鋰電池最佳工作SOC范圍是40-90%之間。
[0024]本發(fā)明可在軌道車行駛過程中，根據(jù)軌道車實(shí)車工況和動(dòng)力鋰電池的特性，實(shí)時(shí)在線估算出動(dòng)力電池組最大輸入輸出功率值，結(jié)合軌道車工況估算出最優(yōu)功率值，通用與軌道車電機(jī)控制器通訊約定，控制動(dòng)力鋰電池組功率輸入輸出，達(dá)到動(dòng)力鋰電池軌道車功率需求。
[0025]上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的其中具體實(shí)現(xiàn)方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些顯而易見的替換形式均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種適合軌道客車的電池組功率控制方法，其特征在于: 51:建立電池組最大允許功率和電池組溫度、SOC的二維功率對(duì)照表； 52:在整車處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，每隔設(shè)定時(shí)間獲取一次電池組狀態(tài)信息，所述電池組狀態(tài)信息包括溫度和SOC值； 53:根據(jù)電池組狀態(tài)信息通過查表法獲得電池組的最大允許功率值，所述的電池組的最大允許功率值包括軌道客車工作在加速、勻速、充電、吸收回饋四種工況下對(duì)應(yīng)的四種最大功率值，即最大加速脈沖功率、最大持續(xù)放電功率、最大持續(xù)充電功率、最大回饋脈沖功率； 54:按當(dāng)前工況計(jì)算出軌道客車當(dāng)前工況的后一工況所需的需求功率值； 55:比較查表所得最大允許功率值與計(jì)算得到的需求功率值，取兩者中的小值作為目標(biāo)功率值； 56:將當(dāng)前功率值經(jīng)平滑處理接近目標(biāo)功率值； 57:將平滑處理過程中計(jì)算得出的功率值發(fā)送到電機(jī)控制器，電機(jī)控制器進(jìn)行功率調(diào)整控制，直至達(dá)到目標(biāo)功率值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合軌道客車的電池組功率控制方法，其特征在于:所述設(shè)定時(shí)間范圍是50-150ms。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合軌道客車的電池組功率控制方法，其特征在于:軌道客車在加速、勻速行駛工況時(shí)，計(jì)算需求放電功率值的因素包括最大載荷Z、最大車速S、最高制動(dòng)級(jí)位L、運(yùn)行軌道坡度Q，需求功率值根據(jù)公式P=&l*Z*g + &2*S + &3* (1-Q)計(jì)算，其中&1、&2、&3是比例因子，g是重力加速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合軌道客車的電池組功率控制方法，其特征在于:軌道客車在充電工況時(shí)，充電功率P=Q/ T,電池組能量Q固定，P為充電時(shí)功率，P越大T越小，充電時(shí)間越快，實(shí)際充電功率必須小于等于電池允許的最大持續(xù)充電功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合軌道客車的電池組功率控制方法，其特征在于:當(dāng)軌道客車在制動(dòng)減速時(shí)處于吸收回饋工況，電池組吸收制動(dòng)產(chǎn)生的回饋能量，開始快速回饋充電；制動(dòng)信號(hào)停止，回饋充電停止。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合軌道客車的電池組功率控制方法，其特征在于:所述的對(duì)當(dāng)前功率值的平滑處理方法為: 如果實(shí)際功率值小于最大允許目標(biāo)功率值，則通過每秒增加0.1單位量電流值來增加實(shí)際功率值或使實(shí)際功率值以每秒0.5KW遞增； 如果實(shí)際功率值等于最大允許目標(biāo)功率值，則直接輸出實(shí)際功率值作為最大允許功率值； 如果實(shí)際功率值大于最大允許目標(biāo)功率值，則通過每秒減少0.1單位量電流值來減小實(shí)際功率值或使實(shí)際功率值以每秒0.5KW遞減。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合軌道客車的電池組功率控制方法，其特征在于:動(dòng)力鋰電池工作時(shí)SOC范圍是40%-90%之間。
【文檔編號(hào)】B60L11/18GK104442436SQ201410525377
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月9日
【發(fā)明者】劉飛, 文鋒, 阮旭松, 王占國(guó), 謝小科 申請(qǐng)人:惠州市億能電子有限公司