结合环境温度保护电池的混合动力车转矩分配控制方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种混合动力车电池保护的预测控制方法，特别涉及一种结合环境温 度保护电池的混合动力车转矩分配控制方法及系统。
【背景技术】
[0002 ]时代发展至今，相比传统的车辆用内燃机(ICE)和纯电动汽车(EV )，混合动力汽车 可以在保证一定的续航里程前提下，实现更优的燃油经济性和污染排放性能。随着电力驱 动关键技术进一步的发展，混合动力汽车中电力传动系统所占的比例日趋增加，比如:插电 式混合动力汽车(PHEV )，而电池作为电力传动系统中的动力来源更是受到广泛的关注。
[0003] 能源管理控制与优化策略作为混合动力汽车研究的重要研究领域发展已久。早期 能量管理控制使用启发式的方法，将所得的策略形式化为布尔或模糊规则，现如今这些方 法仍然都在使用，并在最近的研究中得到改进。目前国内对这一领域的研究尚属起步阶段。 2013年，清华大学叶晓分析了动态规划法(DP)，庞特亚金最小化原理(PMP)和等油耗最小化 策略(ECMS)这几种能量管理策略，验证了ECMS能取得非常接近全局优化的燃油经济性。并 于混合动力客车上验证了 ECMS策略的可行性。同年，吉林大学周文滨，采用模糊神经网络算 法对发动机转矩和电机转矩进行优化分配，设计了基于模糊逻辑算法的能量控制策略。 2015年，同济大学徐国庆等提出通过对交通信息的预测进行混合动力汽车转矩的最优分 配。
[0004] 电池是混合动力汽车动力来源的重要组成部分之一，过往混合动力汽车的能量管 理策略研究中常常考虑电池电量余量而忽视温度的影响，故而以往的研究无法从整车控制 策略调整上为处于低温或极高温环境下车辆的电池系统提供保护。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述问题，本发明提供了一种结合环境温度保护电池的混合动力车转矩 分配控制方法及系统，以弥补现有控制方法在不同环境温度下对电池提供保护这一领域内 的空白，根据不同的环境温度，在线实时调整混合动力车辆的电动机转矩，以实现控制电池 负载，保护车辆电池的目的。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
[0006] 结合环境温度保护电池的混合动力车转矩分配控制方法，包括如下步骤：
[0007] 1)采集车辆所处地区的环境温度信息；
[0008] 2)根据环境温度信息以及电池等效电路模型，计算得到电池实际温度；由电池剩 余电量和电池最大电量计算得到电池的SoC值；
[0009] 3)根据所述SoC值和电池实际的温度，利用神经网络控制方法计算优化控制参数 f;
[0010] 4)在线最小等效油耗策略建模，建立等效油耗的目标函数式和约束式，并求解出 等效油耗最小时对应的发动机转矩和电动机转矩；
[0011] 5)整车传动系及动力学模块按步骤4)得出的发动机转矩值和电动机转矩值进行 转矩分配并发送控制命令驱动车辆。
[0012] 作为优选，步骤1)中采集环境温度的方法是通过天气预测软件实现的，所述天气 软件包括:手机天气预报软件，车载电脑天气模块软件，GPS导航装置中天气预报软件。
[0013] 作为优选，步骤2)中计算电池实际温度的表达式为：
[0014]
[0015] 式中，I代表电池电流，R，R〇分别为电池等效电路中串联和并联的电阻值，Tbody是电 池实际温度，Tamb是环境温度，m。是单个电池热容量，hA是散热系数。
[0016] 作为优选，步骤2)中计算电池 SoC值的表达式为：
[0017]
[0018] 式中，Qmax是电池的最大电量，Q(t)是电池 t时刻剩余的电量，Ι(τ)是单位时间电池 电流。
[0019] 作为优选，步骤3)中所述的神经网络采用单一神经元控制结构;所述步骤3)的实 现具体包括如下步骤：
[0020] 3-1)，计算神经网络的两个输入量:xi(SoC)和X2(temp);
[0021 ] 3-2)，依据3-1)中的两个输入量计算得到优化控制参数f = XI (SoC) · wi+X2 (temp) · W2〇
[0022] 作为优选，所述步骤3-1)中计算? (SoC)的过程包括：
[0023] a，将从电池管理系统中读取的电池 SoC值按式
吐理 得到xsoc，并使xsoc介于区间[_1，1];其中，SoC代表电池剩余容量值，也称电池荷电状态， SoCh代表最高的电池剩余容量值，s〇a代表最低的电池剩余容量值；
[0024] b，构造函数5 ，并使X1 (SoC)介于区间[0，1 ];
[0025] 所述步骤3-1)中计算X2 (temp)的过程包括：
[0026] c，通过实验获得电池容量随电池实际温度变化的特性函数f (temp);
[0027] d，对函数值f (temp)按式A㈦叩）=二―)：进行归一化处理，得 到作为人工神经网络的第二个输入值X2(temp)，并使X2(temp)的值介于区间[0，1 ]。
[0028] 作为优选，所述步骤3-2)中的wi = 0.5，W2 = 0.5。
[0029] 作为优选，步骤4)中建立的目标函数式为：
[0030]
，
[0031] 建立的约束式为：
[0032]
[0033] 其中，J(t)是表示整车等效燃油消耗量的目标函数，木,（T)表示瞬时等效燃油消 耗量，miM (τ)是发动机所消耗的燃料，me* (τ)和mge3ne3 (τ)分别是电动机和发电机的等效燃油 消耗，Τ和ω分别代表转矩和转速，i表不发动机，电动机和发电机中的一种。Timin( ω i)表不 最小转矩，T严χ(ωι)表示最大转矩，?表示最小转速，ωΓ"表示最大转速。SoC为电池剩余 电量，SoCmin表示最小电池剩余容量，S〇Cm ax表示最大电池剩余容量，Pbatt(t)电池 t时刻的功 率，表示电池最小功率，乃=表示电池最大功率。
[0034] 作为优选，所述步骤4)还包括建立电动机等效燃油消耗函数式：
[0035]
[0036] 其中，y J + 因数γ取值依赖于电动机工作状态，qch和qdch分别为电动 2 机充、放电过程中电动机的能量转化效率，Tm和ω 别是电动机的转矩和转速，f是优化控 制参数，获得，Qlhv代表低热值；
[0037] 还包括建立发动机转矩函数式:Treq = Tm+Tice，其中Treq是通过加速踏板信号得到 的当前需求转矩。
[0038] 本发明还提出了结合环境温度保护电池的混合动力车转矩分配控制系统，包括温 度信息采集模块、电池参数计算模块、控制处理模块以及传动系及动力学模块;所述温度信 息采集模块连接电池参数计算模块，所述电池参数计算模块连接控制处理模块，所述控制 处理模块与所述传动系及动力学模块之间互连；
[0039] 所述温度信息采集模块用于采集车辆所处环境的温度、并将环境的温度值送给所 述电池参数计算模块，所述温度信息采集模块通过天气软件实现；
[0040] 所述电池参数计算模块包括电池实际温度计算模型和电池余量估算模型，所述电 池实际温度计算模型用于得到电池实际温度，电池余量估算模型用于得到电池余量值，所 述电池参数计算模块将得到的电池实际温度和电池余量值送给所述控制处理模块；
[0041] 所述控制处理模块包括优化控制参数处理模块和转矩分配控制优化模型模块;所 述优化控制参数处理模块采用人工神经网络控制结构，用于对所述电池实际温度和电池余 量值进行处理得到优化控制参数f，所述转矩分配控制优化模型模块的作用是利用f的值结 合建立的等效油耗目标函数得到发动机转矩和电动机转矩值，所述控制处理模块将得到发 动机转矩和电动机转矩值送给所述传动系及动力学模块；
[0042] 所述传动系及动力学模块根据发动机转矩和电动机转矩值进行转矩分配以及驱 动车辆。
[0043]本发明的有益效果：
[0044] 1)随着智能手机，各种天气预报软件的发展，利用天气软件，采集车辆所处环境的 实时温度