一种动态检测超级电容容值的方法
【专利摘要】本发明提供一种动态检测超级电容容值的方法，用于电动汽车等整车控制策略的调整。其方法包括：采集超级电容电流和电压动态变化数据；设定一基准电压值U0和一基准电流值I0；依次选取某一段时间内电流小于基准电流I0的点；查找该时间段内电容电压变化值⊿U并与基准电压值U0比较，若满足预设条件，结合该段时间内的电流电压值利用积分法计算超级电容容值。此外，本发明还提供了一种基于超级电容容量变化的控制策略调整方法。
【专利说明】一种动态检测超级电容容值的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电动汽车用超级电容的容量检测，属于使用超级电容的车辆控制领域。
【背景技术】
[0002]超级电容器是近年来新型能源器件的一个研究热点，它与常规电容器不同，其容量可达到法拉级甚至数万法拉，而且能在电极端电压超过额定电压的过充电状态下不被击穿。作为一种理想的新型能源器件，它的比功率和比能量介于常规电容器和充电电池之间，在众多的应用领域里弥补了常规储能器件的单方面缺陷，在电动汽车和混合动力汽车的能源再生系统中，超级电容器在车辆起动、加速、制动能量回收等短时间大功率工作条件下起到了良好的效果。但是，超级电容器在使用一段时间后，其容值会逐渐变小，而电动汽车和混合动力汽车在最初进行控制策略设计时，由于充分考虑了超级电容的容量，当电容随着使用容量变小，可以储存的能量比刚出厂的时候少，而整车控制策略是按照电容容值正常情况下设计的，导致车辆的状态和策略不匹配，车辆的性能降低。目前常用的办法是采用静态测量超级电容容值，在车辆停止时使用电流、电压测量设备对超级电容的容值进行检测，若容值不再适用车辆行驶，更换新的超级电容。但是对于城市公交车等长期运营的车辆，车辆只有晚间能够停下休息，静态测量的方法显然并不适用，频繁的静态测量影响车辆的正常运营效率。另一方面，超级电容成本较高，在没有量化确定其是否还能继续使用的情况下更换，将使车辆运营成本进一步提高，不利于混合动力和电动汽车的推广使用。解决上述问题最有效的办法是实时监控超级电容的容量，根据超级电容的容量调整车辆控制策略，量化超级电容在车辆上使用的极限容值。目前还没有有效的办法解决超级电容容值实时监控的方法。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种超级电容容值实时监控的方法，并将实时电容容值应用于整车控制策略的设计之中，提高超级电容的利用效率，达到最大限度提高整车效率的目的。
[0004]本发明所提供一种动态检测超级电容容值的方法，包括以下步骤:
[0005]步骤S1:采集超级电容电流和电压动态变化数据，数据采集时间
[0006]间隔为Zt;
[0007]步骤S2:设定一基准电压值U0和一基准电流值I。；
[0008]步骤S3:选取任意时刻h的电流值I1为初始电流值，判断电流I1与基准电流Itl的大小，若I1Mtl,舍弃该时刻数据，重新选取初始时刻；若I1 ( Itl,进行步骤S4 ；
[0009]步骤S4:判断时刻W」t的电流I2与基准电流Itl的大小，若I2Mtl，重新选取初始时刻；若12 ( 10，继续判断时刻W1+」t的电流In，直至In>IQ ；
[0010]步骤S5:分别查找和tn_i时刻对应的电容电压值，计算t1-ty时间段内超级电容变压变化绝对值^ U，若Z UCUci，舍弃该时间段内的数据，重新进行SI~S4步骤；若Z U≥U。，进行步骤S6 ；
[0011]步骤S6:使用t1-ty时间段内的电流和电压数据，采用积分法计算超级电容容值C0
[0012]作为本发明的另一种实施方式，所提供的动态检测超级电容容值的方法，包括以下步骤:
[0013]步骤S1:采集超级电容电流和电压动态变化数据，数据采集时间间隔为Z t ；
[0014]步骤S2:设定一 基准电压值U0和一基准电流值I。；
[0015]步骤S3:选取任意时刻h的电流值I1为初始电流值，判断电流I1与基准电流I。的大小，若I1Otl,舍弃该时刻数据，重新选取初始时刻；若I1 ^ Itl,进行步骤S4 ；
[0016]步骤S4:判断时刻t2=h+ Z t的电流I2与基准电流Itl的大小，若I2Otl，重新选取初始时刻；若I2 ^ Itl,继续判断时刻W1+」t的电流In，直至In〈IQ ；
[0017]步骤S5:分别查找h和V1时刻对应的电容电压值，计算t1-ty时间段内超级电容变压变化绝对值^ U，若Z UCUci，舍弃该时间段内的数据，重新进行SI~S4步骤；若Z U≥U。，进行步骤S6 ；
[0018]步骤S6:使用t1-ty时间段内的电流和电压数据，采用积分法计算超级电容容值C0
[0019]此外，本发明还提供一种电动汽车控制策略调整方法，包括以下步骤:设置超级电容容量预设值；使用上述任意一种方法获得超级电容的容量；若超级电容容量小于所述预设值，减少使用超级电容能量输出的比例；重置所述预设值。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是搭载于电动汽车的超级电容在充电过程中电流和电压随时间变化的关系图。
[0021]图2是搭载于电动汽车的超级电容在放电过程中电流和电压随时间变化的关系图。
[0022]图3是本发明提供的超级电容在充电状态下检测超级电容容值的方法流程图。
[0023]图4是本发明提供的超级电容在放电状态下检测超级电容容值的方法流程图。
【具体实施方式】
[0024]装载于电动汽车上的超级电容一般放出电荷用于为驱动电机提供能量，或者通过制动将动能以电能的方式充入超级电容，其电压和电流时时处于动态变化中。据测量，车载超级电容动态充放电曲线大体上如图1和图2所示。车辆在设计时，由于车辆的功率需求并不是恒定的，低速的时候功率需求低，与之相对应的超级电容电流也较低，而高速的时候功率需求又较高，电流也较大，且随着超级电容的充放电，电压也在时刻随之变化，即超级电容的电压电流是实时变化的，传统的电容值静态计算方法并不适用。
[0025]本发明提供了一种适用于超级电容容值动态检测方法，分别针对电容充电过程和放电过程，制定不同的电容检测方法。如图1，在制动能量回收过程中，超级电容充电，定义其电流方向为负，电压逐渐升高；如图2，在电机驱动过程中，超级电容放电，定义其电流方向为正，电压逐渐降低。[0026]本发明是采用实时监控的方式检测超级电容的容值，电压和电流的数据可以通过CAN线直接发送到整车控制装置进行处理，该数据的采集可以是全工况下持续进行，也可以是在某种特定工况下进行。结合图1和图3，对于超级电容充电过程，本方法选取一个有效充电过程的超级电容数据计算超级电容容值，对收集的数据处理步骤如下:
[0027]步骤S1:采集超级电容电流和电压动态变化数据。该步骤是通过布置于超级电容上或与超级电容相关联的电压和电流检测装置收集超级电容电压和电流数据，数据采集的时间间隔为^ to
[0028]步骤S2:设定一基准电压值U0和一基准电流值Itl。基准电压值U0和基准电流值Itl的选择根据超级电容的实际充电性能进行确定，其确定标准为，当超级电容电流值小于或等于基准电压值Itl时，可以认为超级电容处于充电状态；当某一时间段内超级电容电压变化绝对值大于基准电压值Utl，可以认为在该时间段内超级电容处于有效的充电状态。
[0029]步骤S3:从步骤SI中收集到的数据中选某一时刻h作为初始时刻，h时刻的电流值I1为初始电流值，判断电流I1与基准电流Itl的大小，若I1Mtl,舍弃该时刻数据，重新选取初始时刻；若I1≤Itl，进行步骤S4。
[0030]步骤S4:选取下一时刻tfl^+ Zl t时刻的电流I2，判断电流I2与基准电流Id的大小，若t2时刻电流I2Mtl，退出采集，并重新选取初始时刻；若t2时刻电流I2 ( Itl，继续采集下一时刻 t3、t4......tn,直至 In>IQ。
[0031]步骤S5:在步骤SI采集的数据中查找h~tn_l时间段内超级电容变压变化绝对值」U，判断」U与基准电压Utl的大小，若」!KU。，则舍弃该时间段内的数据，重新进行SI~S4步骤；若」U≤U。，进行步骤S6 ；
[0032]步骤S6:利用步骤S5所得到的&~V1时间段内的电流和电压数据，代入公式
【权利要求】
1.一种动态检测超级电容容值的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤S1:采集超级电容电流和电压动态变化数据，数据采集时间间隔为Z t ； 步骤S2:设定一基准电压值U0和一基准电流值Itl ； 步骤S3:选取任意时刻h的电流值I1为初始电流值，判断电流I1与基准电流Itl的大小，若I1Mtl，舍弃该时刻数据，重新选取初始时刻；若I1 ( Itl，进行步骤S4 ； 步骤S4:判断时刻t2=tA」t的电流I2与基准电流Itl的大小，若I2Mtl，重新选取初始时刻；若12 ( 10，继续判断时刻W1+」t的电流In，直至In>IQ ； 步骤S5:分别查找h和tn_i时刻对应的电容电压值，计算t1-ty时间段内超级电容变压变化绝对值」U，若」UWtl，舍弃该时间段内的数据，重新进行SI~S4步骤；若」US U。，进行步骤S6 ； 步骤S6:使用t1-ty时间段内的电流和电压数据，采用积分法计算超级电容容值C。
2.一种动态检测超级电容容值的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤S1:采集超级电容电流和电压动态变化数据，数据采集时间间隔为Z t ； 步骤S2:设定一基准电压值U0和一基准电流值Itl ； 步骤S3:选取任意时刻h的电流值I1为初始电流值，判断电流I1与基准电流Itl的大小，若I1Otl，舍弃该时刻数据，重新选取初始时刻；若I1 ^ Itl，进行步骤S4 ； 步骤S4:判断时刻t2=tA」`t的电流I2与基准电流Itl的大小，若I2Otl，重新选取初始时刻；若I2 ^ I。，继续判断时刻W1+」t的电流In，直至In〈IQ ； 步骤S5:分别查找h和tn_i时刻对应的电容电压值，计算t1-ty时间段内超级电容变压变化绝对值」U，若」UWtl，舍弃该时间段内的数据，重新进行SI~S4步骤；若」US U。，进行步骤S6 ； 步骤S6:使用t1-ty时间段内的电流和电压数据，采用积分法计算超级电容容值C。
3.一种电动汽车控制策略调整方法，其特征在于，包括以下步骤:设置超级电容容量预设值；使用权利要求1或2的方法获得超级电容的容量；若超级电容容量小于所述预设值，减少使用超级电容能量输出的比例；重置所述预设值。
【文档编号】G01R27/26GK103675468SQ201310731763
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】张辉 申请人:天津市松正电动汽车技术股份有限公司