一种重型混合动力特种车动力系统能量管理策略的制作方法

本发明涉及能源管理策略领域，特别是指一种重型混合动力特种车动力系统能量管理策略。

背景技术：

目前，重型混合动力特种车以柴油发电机组和储能电池组作为能源，为电驱动系统和上装系统提供动力。能量管理策略用于控制混合动力系统的能量输出以及能量在发电机组和储能电池组间的分配。能量管理策略可影响到动力系统的动态性能、效率等指标。

如图1所示，现有的能量管理策略的电驱动控制器采集司机踏板开度和车速信息，计算电驱动系统需求转矩和需求功率，并将需求功率实时发送到能量管理控制器，能管控制器将此需求功率通过低通滤波器，滤除高频分量，并将低频分量作为动力单元的功率给定值。动力单元分别调节发动机转速和发电机转矩，输出实际的功率，并将此功率与电池组输出功率叠加后，作用到电驱动系统上。

传统控制策略的缺陷有：电机控制器估算出的需求功率和实际电驱动系统的需求功率存在偏差；需求功率通过总线传输以及通过滤波器造成的滞后效应减慢了混合动力系统的响应速度；未考虑到系统的损耗功率和上装系统的用电功率，此部分功率全由电池组承担，增大了电池组的损耗。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种重型混合动力特种车动力系统能量管理策略，用于解决现有技术中电机控制器估算出的需求功率和实际电驱动系统的需求功率存在偏差、混合动力系统的响应速度减慢和电池组的损耗增大的问题。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种重型混合动力特种车动力系统能量管理策略，混合动力系统包括能源管理控制器与所述能源管理控制器控制的动力单元和电池组；

能量管理策略采集所述电池组的电流、温度和soc物理量对电池组的损耗功功率进行闭环调节，利用所述电池组的温度和soc物理量确定所述电池组的给定损耗，利用所述电池组的电流确定所述电池组的实际损耗，所述给定损耗和所述实际损耗的差值输入闭环控制器，所述闭环控制器调节后输出动力单元的给定功率，所述动力单元输出的输出功率和电池组的输出功率叠加后作用到负载上。

其中，采用pd调节器作为动力单元的给定功率的闭环调节器。

其中，所述负载包括电机负载和车上的其它负载。

其中，所述电池组内嵌有温度传感器和电流传感器。

其中，所述电池组的所述温度和所述soc物理量输入到给定损耗函数后得到给定损耗；

所述温度和所述soc物理量通过离线优化的方式给到给定损耗函数。

其中，所述电池组的损耗为：

其中，pbat为电池的损耗，ibat为电流。

其中，所述能源管理策略的硬件载体为单片机，采用嵌入式编程方法实现动力系统的闭环控制。

其中，所述pd调节器的表达式为：

其中，pref为动力单元的功率给定，kp为调节器比例系数，△p为误差功率，kd为微分系数。

其中，pref输出后经过限幅，限幅最大值为动力单元的输出功率的最大值，限幅最小值为0。

其中，所述电池组包括电池管理器和电池模块；

所述动力单元包括发电机控制器、发动机、发电机、发电机控制器和动力单元控制器，所述发电机控制器控制所述发动机工作在转速模式和控制所述发电机在转矩模式，所述发电机与所述发动机连接，所述动力单元控制器控制所述发动机和所述发电机工作。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，本发明的重型混合动力特种车动力系统能量管理策略综合考虑电池组各物理量，可最小化电池组的损耗功率，使电池组始终工作在最佳工作区，降低了动力电池组的损耗，延长动力电池组寿命；发明的重型混合动力特种车动力系统能量管理策略无需输入电机控制器需求功率，节约了总线带宽，消除了需求功率传输环节造成的滞后，提升了系统功率输出响应速度，并可实现输出功率自适应调节。发明的重型混合动力特种车动力系统能量管理策略实现了车辆的电驱动系统和上装系统的一体化供电。

附图说明

图1为现有的混合动力系统控制策略图；

图2为本发明的重型混合动力特种车动力系统图；

图3为本发明的重型混合动力特种车动力系统能量管理策略图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的电机控制器估算出的需求功率和实际电驱动系统的需求功率存在偏差、混合动力系统的响应速度减慢和电池组的损耗增大的问题，提供一种重型混合动力特种车动力系统能量管理策略。

如图2-3所示的，本发明实施例提供了一种重型混合动力特种车动力系统能量管理策略，混合动力系统包括能源管理控制器与所述能源管理控制器控制的动力单元和电池组；

能量管理策略采集所述电池组的电流、温度和soc物理量对电池组的损耗功功率进行闭环调节，利用所述电池组的温度和soc物理量确定所述电池组的给定损耗，利用所述电池组的电流确定所述电池组的实际损耗，所述给定损耗和所述实际损耗的差值输入闭环控制器，所述闭环控制器调节后输出动力单元的给定功率，所述动力单元输出的输出功率和电池组的输出功率叠加后作用到负载上。

本发明的重型混合动力特种车动力系统能量管理策略通过采集电池组电流、温度、soc物理量对电池组的损耗功率进行闭环调节，从而动态控制动力单元的发电功率，实现了对车辆的电驱动系统和上装系统的一体化供电。并且本策略不需电驱动系统提供需求功率，不存在信号传输的额延迟，提升了混合动力系统的功率输出响应的快速性。本发明的控制策略综合考虑电池组各物理量，可最小化电池组的损耗功率，使电池组始终工作在最佳工作区，降低了动力电池组的损耗，延长动力电池组寿命。发明的控制策略无需输入电机控制器需求功率，节约了总线带宽，消除了需求功率传输环节造成的滞后，提升了系统功率输出响应速度，并可实现输出功率自适应调节。

其中，所述电池组包括电池管理器和电池模块；

所述动力单元包括发电机控制器、发动机、发电机、发电机控制器和动力单元控制器，所述发电机控制器控制所述发动机工作在转速模式和控制所述发电机在转矩模式，所述发电机与所述发动机连接，所述动力单元控制器控制所述发动机和所述发电机工作。

本发明的重型混合动力特种车动力系统能量管理策略的电池组包含电池管理器和电池模块。动力单元由发动机控制器、发动机、发电机、发电机控制器和动力单元控制器组成。发动机控制器控制发动机工作在转速模式，发电机控制器控制发电机工作在转矩模式，发动机和发电机之间通过机械方式连接。动力单元控制器作为上层控制器分别控制发动机和发电机的工作。能量管理控制器作为电池组和动力单元的上层控制器，用于控制动力单元和锂电池组的功率输出

其中，所述负载包括电机负载和车上的其它负载。

其中，所述电池组内嵌有温度传感器和电流传感器。

本发明的动力系统的负载由电机及车上其他负载组成。电池组内嵌温度传感器、电流传感器。电池组到所述混合动力系统的混合动力控制器的物理量与所述混合动力控制器到动力单元的指令通过can总线传输。混合动力控制器为数字控制器，内嵌嵌入式控制软件。

其中，采用pd调节器作为动力单元的给定功率的闭环调节器。

其中，所述电池组的所述温度和所述soc物理量输入到给定损耗函数后得到给定损耗；

所述温度和所述soc物理量通过离线优化的方式给到给定损耗函数。

其中，所述pd调节器的表达式为：

其中，pref为动力单元的功率给定，kp为调节器比例系数，△p为误差功率，kd为微分系数。

其中，pref输出后经过限幅，限幅最大值为动力单元的输出功率的最大值，限幅最小值为0。

本发明的电池组的soc、温度到给定损耗函数是通过离线优化的方式得到。对电池组的损耗功率进行闭环控制，其控制方式为pd控制，闭环控制参数通过在线调节参数的方法确定。给定损耗与实际损耗的差值输入闭环控制器，闭环控制器通过调节后输出动力单元的功率给定值，为了增加系统的响应速度，采用pd调节器作为动力单元给定功率的闭环调节器。

其中，所述电池组的损耗为：

其中，pbat为电池的损耗，ibat为电流。

其中，所述能源管理策略的硬件载体为单片机，采用嵌入式编程方法实现动力系统的闭环控制。

本发明中动力电池组需要采集的物理量有：电池组soc、温度θbat、电流ibat等信息。认为电池组内阻rbat为常数。电池组的给定损耗通过电池组的soc和电池组温度θbat确定，在电池组soc较高或电池组温度较低时，输出较高的损耗功率给定，尽快降低电池组的soc到合理范围或提高电池组的工作温度；在电池组soc较低或电池组温度较高时，输出较低的损耗功率给定值，尽量保持电池组soc和温度的稳定。

上述方案中，本发明的重型混合动力特种车动力系统能量管理策略综合考虑电池组各物理量，可最小化电池组的损耗功率，使电池组始终工作在最佳工作区，降低了动力电池组的损耗，延长动力电池组寿命；发明的重型混合动力特种车动力系统能量管理策略无需输入电机控制器需求功率，节约了总线带宽，消除了需求功率传输环节造成的滞后，提升了系统功率输出响应速度，并可实现输出功率自适应调节。发明的重型混合动力特种车动力系统能量管理策略实现了车辆的电驱动系统和上装系统的一体化供电。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设有”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。固定连接可以为焊接、螺纹连接和加紧等常见技术方案。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。