CN104960429B - 一种城市电动公交车复合能源的能量分配装置及能量分配方法 - Google Patents

Abstract

一种城市电动公交车复合能源的能量分配装置及能量分配方法，涉及电动汽车复合能源的构型及能量管理方法。解决了现有的电动车采用铝空气电池，存在功率特性差的问题。本发明通过制定相应的能量分配方法使得复合能源的能量得到合理的分配，节约了铝空气电池的能量，避免了对铝空气电池的重复更换，既满足了用户对于电动车续驶里程的要求，又满足了城市电动公交车大部分时间的动力性需求。本发明适用于城市电动公交车复合能源的分配。

Description

一种城市电动公交车复合能源的能量分配装置及能量分配 方法

技术领域

本发明涉及电动汽车复合能源的构型及能量管理方法。

背景技术

目前电动汽车用动力电池比能量有限，大多电动汽车采用单一类型动力电池作为动力源，满足纯电续驶里程和驱动功率需求。在满足附加重量和驱动功率需求的约束条件下，延长续驶里程需要采用更高能量密度的动力电池，比如铝空气电池、锌空气电池等，但此类高比能量动力电池的功率特性差，车辆运行工况容易造成其寿命的大幅衰减。

发明内容

本发明是为了解决现有的电动车采用铝空气电池存在功率特性差的问题，提出了一种城市电动公交车复合能源的能量分配装置及能量分配方法。

本发明所述的一种城市电动公交车复合能源的能量分配装置，它包括铝空气电池、驱动器和驱动电机，其特征在于，它还包括车速传感器、油门踏板传感器、制动踏板传感器、整车控制器、电池管理系统、报警模块、DC/DC转换器、超级电容和泄流装置；

车速传感器用于检测电动车车速，油门踏板传感器用于检测油门踏板开度状态，制动踏板传感器用于检测制动踏板的开度状态，整车控制器的车速信号输入端连接车速传感器的信号输出端，整车控制器的油门踏板开度信号输入端连接油门踏板传感器的信号输出端，整车控制器的制动踏板开度信号输入端连接制动踏板传感器的信号输出端，电池管理系统用于检测铝空气电池的剩余电量值和超级电容的剩余电量值；

整车控制器的剩余电量信号输入端连接电池管理系统的剩余电量信号输出端，电池管理系统用于采集铝空气电池的剩余电量和超级电容的剩余电量，并将采集的铝空气电池的剩余电量和超级电容的剩余电量信号发送至整车控制器，超级电容的电源信号输出输入端连接驱动器的电源信号输入输出端，铝空气电池的电源信号输出端连接DC/DC转换器的电源信号输入端，DC/DC转换器的电源信号输出端连接超级电容的电源信号输入端，整车控制器的电池输出功率控制信号输出端连接DC/DC转换器的输出功率控制信号输入端，整车控制器的泄流控制信号输出端连接泄流装置的泄流控制信号输入端，泄流装置的电流信号输出端连接DC/DC转换器的电流信号输出端，整车控制器的报警信号输出端连接报警模块的报警控制信号输入端，驱动器的驱动信号输出端、电源信号输入端分别连接电动汽车的驱动电机的驱动信号输入端、电源信号输出端。

利用上述基于城市电动公交车复合能源的能量分配装置的能量分配方法，该方法的具体步骤为：

步骤一、采用车速传感器采集电动汽车的速度，采用油门踏板传感器采集电动汽车油门踏板的开度，采用制动踏板传感器采集制动踏板的开度，同时采用电池管理系统采集铝空气电池的剩余电量SOC₁和超级电容的剩余电量SOC₂；

步骤二、判断铝空气电池的剩余电量SOC₁是否小于铝空气电池荷电状态的最小阀值h；若是，则执行步骤三；否则执行步骤四；

步骤三、整车控制器向报警模块发出低电量报警触发信号；返回步骤一；

步骤四、判断油门踏板传感器采集到的电动汽车油门踏板的开度信号是否大于0，当油门踏板的开度信号大于0时，根据油门踏板开度和电动汽车的速度计算整车驱动功率P_e，执行步骤五，否则执行步骤十；

步骤五、判断电动汽车所需要的驱动功率P_e是否大于铝空气电池的平均功率的值P₁；若P_e大于P₁，则整车控制器控制DC/DC转换器开启，铝空气电池输出功率P₁，同时，超级电容同时向驱动器输出功率P₂＝P_e-P₁；返回步骤一，若P_e小于P₁，执行步骤六；

步骤六、判断超级电容的剩余电量SOC₂否小于超级电容荷电状态的最小阀值g，若是，则执行步骤七，否则，执行步骤八；

步骤七、整车控制器控制DC/DC变换器开启，铝空气电池输出功率P₁，令铝空气电池为电动车提供驱动功率，同时为超级电容充电；返回步骤一；

步骤八、整车控制器通过关闭DC/DC变换器，关闭铝空气电池的功率输出，超级电容单独为电动车提供驱动功率，超级电容输出功率P₂＝P_e；返回步骤一。

步骤九、判断制动踏板传感器采集的制动踏板开度是否大于0，若不是，则执行步骤十；若是，则执行步骤十一；

步骤十、整判断超级电容的剩余电量SOC₂是否大于超级电容荷电状态的最大阀值γ；若SOC₂大于γ，则返回步骤一；若SOC₂小于γ，整车控制器通过控制DC/DC变换器开启，铝空气电池输出功率为超级电容充电，充电结束后返回步骤一；

步骤十一、整车控制器计算电动车的制动功率P_b，判断超级电容的剩余电量SOC₂是否大于超级电容荷电状态的最大阀值γ；若SOC₂大于γ，则通过泄流装置进行泄流，返回执行步骤一；若SOC₂小于γ，整车控制器通过驱动器回收电动汽车的制动能量为超级电容充电，充电结束后返回步骤一。

本发明通过对复合能源的能量管理优化，节约了铝空气电池的能量，避免了对铝空气电池的重复更换，同时又满足了城市电动公交车大部分时间的动力性需求。通过制定了相应的能量分配方法，使得复合能源的能量得到合理的分配，既满足了用户对于电动车续驶里程的要求，增加了电动车的续驶里程；又满足了电动车在高速行驶时的动力性需求，使电动车在不同车速下都能正常行驶。

附图说明

图1为发明所述的城市电动公交车复合能源的能量分配装置的电气原理框图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种城市电动公交车复合能源的能量分配装置，它包括铝空气电池、驱动器9和驱动电机10，它还包括车速传感器1、油门踏板传感器2、制动踏板传感器3、整车控制器4、电池管理系统5、报警模块6、DC/DC转换器7、超级电容8、和泄流装置11；

车速传感器1用于检测电动车车速，油门踏板传感器2用于检测油门踏板开度状态，制动踏板传感器3用于检测制动踏板的开度状态，整车控制器4的车速信号输入端连接车速传感器1的信号输出端，整车控制器4的油门踏板开度信号输入端连接油门踏板传感器2的信号输出端，整车控制器4的制动踏板开度信号输入端连接制动踏板传感器3的信号输出端，电池管理系统5用于检测铝空气电池的剩余电量值和超级电容的剩余电量值；

整车控制器4的剩余电量信号输入端连接电池管理系统5的剩余电量信号输出端，电池管理系统8用于采集铝空气电池的剩余电量和超级电容的剩余电量，并将采集的铝空气电池的剩余电量和超级电容的剩余电量信号发送至整车控制器4、，超级电容8的电源信号输出输入端连接驱动器9的电源信号输入输出端，铝空气电池的电源信号输出端连接DC/DC转换器7的电源信号输入端，DC/DC转换器7的电源信号输出端连接超级电容8的电源信号输入端，整车控制器4的电池输出功率控制信号输出端连接DC/DC转换器7的输出功率控制信号输入端，整车控制器4的泄流控制信号输出端连接泄流装置11的泄流控制信号输入端，泄流装置11的电流信号输出端连接DC/DC转换器7的电流信号输出端，整车控制器4的报警信号输出端连接报警模块6的报警控制信号输入端，驱动器9的驱动信号输出端、电源信号输入端分别连接电动汽车的驱动电机10的驱动信号输入端、电源信号输出端。

具体实施方式二、本实施方式是利用具体实施方式一所述的一种城市电动公交车复合能源的能量分配装置的能量分配方法，该方法的具体步骤为：

步骤一、采用车速传感器1采集电动汽车的速度，采用油门踏板传感器2采集电动汽车油门踏板的开度，采用制动踏板传感器3采集制动踏板的开度，同时采用电池管理系统5采集铝空气电池的剩余电量SOC₁和超级电容的剩余电量SOC₂；

步骤二、判断铝空气电池的剩余电量SOC₁是否小于铝空气电池荷电状态的最小阀值h；若是，则执行步骤三；否则执行步骤四；

步骤三、整车控制器4向报警模块6发出低电量报警触发信号；返回步骤一；

步骤四、判断油门踏板传感器2采集到的电动汽车油门踏板的开度信号是否大于0，当油门踏板的开度信号大于0时，根据油门踏板开度和电动汽车的速度计算整车驱动功率P_e，执行步骤五，否则执行步骤十；

步骤五、判断电动汽车所需要的驱动功率P_e是否大于铝空气电池的平均功率的值P₁；若P_e大于P₁，则整车控制器4控制DC/DC转换器7开启，铝空气电池输出功率P₁，同时，超级电容同时向驱动器9输出功率P₂＝P_e-P₁；返回步骤一，若P_e小于P₁，执行步骤六；

步骤六、判断超级电容的剩余电量SOC₂否小于超级电容荷电状态的最小阀值g，若是，则执行步骤七，否则，执行步骤八；

步骤七、整车控制器4控制DC/DC变换器7开启，铝空气电池输出功率P₁，令铝空气电池为电动车提供驱动功率，同时为超级电容充电；返回步骤一；

步骤八、整车控制器4通过关闭DC/DC变换器7关闭铝空气电池的功率输出，超级电容单独为电动车提供驱动功率，超级电容输出功率P₂＝P_e；返回步骤一。

步骤九、判断制动踏板传感器3采集的制动踏板开度是否大于0，若不是，则执行步骤十；若是，则执行步骤十一；

步骤十、整判断超级电容的剩余电量SOC₂是否大于超级电容荷电状态的最大阀值γ；若SOC₂大于γ，则返回步骤一；若SOC₂小于γ，整车控制器4控制DC/DC变换器7开启，铝空气电池输出功率为超级电容8充电，充电结束后返回步骤一；

步骤十一、整车控制器4计算电动车的制动功率P_b，判断超级电容的剩余电量SOC₂是否大于超级电容荷电状态的最大阀值γ；若SOC₂大于γ，则通过泄流装置进行泄流，返回执行步骤一；若SOC₂小于γ，整车控制器4通过驱动器9回收电动汽车的制动能量为超级电容8充电，充电结束后返回步骤一。

具体实施方式二、本实施方式是对具体实施方式二所述的利用一种城市电动公交车复合能源的能量分配装置的能量分配方法的进一步说明，铝空气电池荷电状态的最小阀值α为电池满电量的20％。

具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式二所述的利用一种城市电动公交车复合能源的能量分配装置的能量分配方法的进一步说明，铝空气电池荷电状态的最小阀值h为铝空气电池满电量的20％。

具体实施方式四、本实施方式是对具体实施方式二所述的利用一种城市电动公交车复合能源的能量分配装置的能量分配方法的进一步说明，超级电容荷电状态的最小阀值g为超级电容满荷电状态的10％。

具体实施方式五、本实施方式是对具体实施方式二所述的一种城市电动公交车复合能源的能量分配装置的能量分配方法的进一步说明，超级电容荷电状态的最大阀值γ为超级电容满荷电状态的90％。

具体实施方式六、本实施方式是对具体实施方式二所述的利用一种城市电动公交车复合能源的能量分配装置的能量分配方法的进一步说明，步骤四中当油门踏板的开度信号大于0时，采用根据油门踏板开度和电动汽车的速度计算整车驱动功率P_e通过公式：

T_qd＝T_qdmaxα

p_e＝T_qdω

式中，T_qd为电机目标驱动转矩，T_qdmax为电机最大驱动转矩，α为油门踏板开度，

ω为电机实际转速即车速值。

具体实施方式七、本实施方式是对具体实施方式二所述的利用一种城市电动公交车复合能源的能量分配装置的能量分配方法的进一步说明，步骤十一中整车控制器4计算电动车的制动功率P_b通过公式：

T_qb＝T_qbmaxf_brk(β)

p_b＝T_qbω

实现，式中，T_qb为电机目标制动转矩，T_qbmax为电机最大制动转矩，β为制动踏板开度，0<β₁≤0.05，0.05<β₂≤0.3，0.3<β₃≤1，ω为电机实际转速即车速值。本实施方式中，β₁＝0.5，β₁＝0.05，β₃＝1。

Claims (6)

1.一种城市电动公交车复合能源的能量分配装的能量分配方法，它包括铝空气电池、驱动器(9)和驱动电机(10)，它还包括车速传感器(1)、油门踏板传感器(2)、制动踏板传感器(3)、整车控制器(4)、电池管理系统(5)、报警模块(6)、DC/DC转换器(7)、超级电容(8)和泄流装置(11)；

车速传感器(1)用于检测电动车车速，油门踏板传感器(2)用于检测油门踏板开度状态，制动踏板传感器(3)用于检测制动踏板的开度状态，整车控制器(4)的车速信号输入端连接车速传感器(1)的信号输出端，整车控制器(4)的油门踏板开度信号输入端连接油门踏板传感器(2)的信号输出端，整车控制器(4)的制动踏板开度信号输入端连接制动踏板传感器(3)的信号输出端，电池管理系统(5)用于检测铝空气电池的剩余电量值和超级电容的剩余电量值；

整车控制器(4)的剩余电量信号输入端连接电池管理系统(5)的剩余电量信号输出端，电池管理系统(5)用于采集铝空气电池的剩余电量和超级电容的剩余电量，并将采集的铝空气电池的剩余电量和超级电容的剩余电量信号发送至整车控制器(4)，超级电容(8)的电源信号输出输入端连接驱动器(9)的电源信号输入输出端，铝空气电池的电源信号输出端连接DC/DC转换器(7)的电源信号输入端，DC/DC转换器(7)的电源信号输出端连接超级电容(8)的电源信号输入端，整车控制器(4)的电池输出功率控制信号输出端连接DC/DC转换器(7)的输出功率控制信号输入端，整车控制器(4)的泄流控制信号输出端连接泄流装置(11)的泄流控制信号输入端，泄流装置(11)的电流信号输出端连接DC/DC转换器(7)的电流信号输出端，整车控制器(4)的报警信号输出端连接报警模块(6)的报警控制信号输入端，驱动器(9)的驱动信号输出端、电源信号输入端分别连接电动汽车的驱动电机(10)的驱动信号输入端、电源信号输出端；

其特征在于，该方法的具体步骤为：

步骤一、采用车速传感器(1)采集电动汽车的速度，采用油门踏板传感器(2)采集电动汽车油门踏板的开度，采用制动踏板传感器(3)采集制动踏板的开度，同时采用电池管理系统(5)采集铝空气电池的剩余电量SOC₁和超级电容的剩余电量SOC₂；

步骤二、判断铝空气电池的剩余电量SOC₁是否小于铝空气电池荷电状态的最小阀值h；若是，则执行步骤三；否则执行步骤四；

步骤三、整车控制器(4)向报警模块(6)发出低电量报警触发信号；返回步骤一；

步骤四、判断油门踏板传感器(2)采集到的电动汽车油门踏板的开度信号是否大于0，当油门踏板的开度信号大于0时，根据油门踏板开度和电动汽车的速度计算整车驱动功率P_e，执行步骤五，否则执行步骤十；

步骤五、判断电动汽车所需要的驱动功率P_e是否大于铝空气电池的平均功率的值P₁；若P_e大于P₁，则整车控制器(4)控制DC/DC转换器(7)开启，铝空气电池输出功率P₁，同时，超级电容同时向驱动器(9)输出功率P₂＝P_e-P₁；返回步骤一，若P_e小于P₁，执行步骤六；

步骤六、判断超级电容的剩余电量SOC₂否小于超级电容荷电状态的最小阀值g，若是，则执行步骤七，否则，执行步骤八；

步骤七、整车控制器(4)控制DC/DC变换器(7)开启，铝空气电池输出功率P₁，令铝空气电池为电动车提供驱动功率，同时为超级电容充电；返回步骤一；

步骤八、整车控制器(4)通过关闭DC/DC变换器(7)关闭铝空气电池的功率输出，超级电容单独为电动车提供驱动功率，超级电容输出功率P₂＝P_e；返回步骤一；

步骤九、判断制动踏板传感器(3)采集的制动踏板开度是否大于0，若不是，则执行步骤十；若是，则执行步骤十一；

步骤十、整判断超级电容的剩余电量SOC₂是否大于超级电容荷电状态的最大阀值γ；若SOC₂大于γ，则返回步骤一；若SOC₂小于γ，整车控制器(4)控制DC/DC变换器(7)开启，铝空气电池输出功率为超级电容(8)充电，充电结束后返回步骤一；

步骤十一、整车控制器(4)计算电动车的制动功率P_b，判断超级电容的剩余电量SOC₂是否大于超级电容荷电状态的最大阀值γ；若SOC₂大于γ，则通过泄流装置进行泄流，返回执行步骤一；若SOC₂小于γ，整车控制器(4)通过驱动器(9)回收电动汽车的制动能量为超级电容(8)充电，充电结束后返回步骤一。

2.根据权利要求1所述的一种城市电动公交车复合能源的能量分配装置的能量分配方法，其特征在于，铝空气电池荷电状态的最小阀值h为铝空气电池满电量的20％。

3.根据权利要求1所述的一种城市电动公交车复合能源的能量分配装置的能量分配方法，超级电容荷电状态的最小阀值g为超级电容满荷电状态的10％。

4.根据权利要求1所述的一种城市电动公交车复合能源的能量分配装置的能量分配方法，超级电容荷电状态的最大阀值γ为超级电容满荷电状态的90％。

5.根据权利要求1所述的一种城市电动公交车复合能源的能量分配装置的能量分配方法，步骤四中当油门踏板的开度信号大于0时，采用根据油门踏板开度和电动汽车的速度计算整车驱动功率P_e通过公式：

T_qd＝T_qdmaxα

p_e＝T_qdω

式中，T_qd为电机目标驱动转矩，T_qdmax为电机最大驱动转矩，α为油门踏板开度，ω为电机实际转速即车速值。

6.根据权利要求1所述的一种城市电动公交车复合能源的能量分配装置的能量分配方法，步骤十一中整车控制器(4)计算电动车的制动功率P_b通过公式：

T_qb＝T_qbmaxf_brk(β)

$f_{brk}=\left\{\begin{array}{c}0,\mathrm{\&beta;}<{\mathrm{\&beta;}}_2\\ \frac{\mathrm{\&beta;}-{\mathrm{\&beta;}}_1}{{\mathrm{\&beta;}}_2-{\mathrm{\&beta;}}_1},{\mathrm{\&beta;}}_1<\mathrm{\&beta;}<{\mathrm{\&beta;}}_2\\ 1,{\mathrm{\&beta;}}_2<\mathrm{\&beta;}<{\mathrm{\&beta;}}_3\end{array}\right.$

p_b＝T_qbω

实现，式中，T_qb为电机目标制动转矩，T_qbmax为电机最大制动转矩，β为制动踏板开度，0<β₁≤0.05，0.05<β₂≤0.3，0.3<β₃≤1，ω为电机实际转速即车速值。