一种电动工业车辆制动能量回馈抑制方法与流程

1.本发明涉及电动工业车辆技术领域，尤其涉及一种电动工业车辆制动能量回馈抑制方法。


背景技术：

2.电动工业车辆具有能量转换效率高的优点，无污染、噪音低、振动弱等优点，被广泛应用于仓库、医药、烟草以及食品等行业。电动工业车辆在货物装卸、堆垛、短距离运输等生产作业方面具有灵活、高效、方便、快捷的优点。由于受蓄电池技术及容量的限制，电动工业车辆一次充电的工作时间受到很大的限制，而采用制动能量回收装置可以减少能量损失，延长电动叉车工作时间。
3.能量回收装置能够在电动工业车辆减速、制动或下坡时把驱动电机产生的再生制动能量转换为电能进行储存，实现制动能量的有效回收，延长电动工业车辆作业时间；当电动叉车起步或加速时，电池储存的电能可以提供负载所需的短时大功率能量，以实现能量的利用。
4.cn 112498115 a公开了一种制动能量回收方法、制动能量回收装置及车辆，其中，制动能量回收方法包括：获取车辆前方的障碍物信息和车辆状态信息，车辆状态信息包括油门踏板状态和车辆的速度；根据障碍物信息和油门踏板状态确定驾驶员的制动意图；根据制动意图、障碍物信息和车辆的速度分配液压制动力和/或电机制动力；获取电池当前的剩余电量信息，并根据剩余电量信息以及液压制动力和电机制动力的分配结果进行制动能量回收。该发明提供的制动能量回收方法、制动能量回收装置及车辆，提高了制动能量回收效率。
5.cn 107187330 b公开了一种纯电动汽车动力电池保护方法及系统，通过电池管理系统的电池电量采集单元采集动力电池剩余电量并发送至整车控制器，形成剩余电量与额定电量比值(soc)；当soc等于100％时，整车控制器形成禁止能量回收的指令信息；当soc低于100％时，整车控制器形成允许能量回收的指令信息；将禁止能量回收的指令信息或允许能量回收的指令信息发送至电机控制器；当电机控制器接收到的是禁止能量回收的指令信息时，电机控制器不再响应整车控制器的请求，不再回收能量。该发明通过上述技术方案可以实现能量回收和不回收两种状态的切换，当剩余电量与额定电量比值soc为100％时，可以在不切断主继电器的情况下实现不回收能量，从而保护动力电池。
6.现有技术中对于大多数车辆，通过电池管理系统估算动力电池剩余电量，并把soc信息发送至牵引控制器,当soc较高、接近100％时,牵引控制器会形成禁止制动能量回收的指令信息；当牵引电机控制器接收到禁止制动能量回收的指令信息时,不再回收制动能量，此时电机电磁制动是失效的。
7.还有一部分电动车辆对冲坡制动能量回馈的抑制方法是通过在直流母线上增加制动单元，利用制动电阻来消耗制动能量，这样可以保证电机处于发电模式、产生所需的电磁制动转矩，但是这样做会增加车辆成本。
8.此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。


技术实现要素：

9.针对现有技术之不足，本发明提供了一种电动工业车辆制动能量回馈抑制方法，用于解决牵引电机电磁制动转矩按需产生、电磁制动能量消耗和维护电池系统安全等问题。
10.本发明公开了一种电动工业车辆制动能量回馈抑制方法，该制动能量回馈抑制方法至少包括如下步骤：
11.s1.监测电动工业车辆在行驶过程中的制动能量与动力电池的剩余电量，以确定制动能量的传输途经，其中，传输途经至少包括传输至动力电池和传输至油泵动力模块；
12.s2.在动力电池处于可充电状态的情况下，制动能量能够以优先传输至动力电池的方式通过转化成电能以完成对动力电池的充电；
13.s3.在动力电池处于不可充电状态的情况下，油泵动力模块能够基于多余制动能量消耗的急迫性通过油泵控制器对油泵电机进行多方式的调节，其中，调节方式至少包括通过调整油泵电机d轴与q轴电流的分配来改变油泵动力模块的效率工作点，从而以适配于多余制动能量消耗的急迫性的方式使油泵电机对多余制动能量进行消耗。
14.根据一种优选实施方式，多余制动能量消耗的急迫性由制动能量的产生量与产生速率的结合而确定，油泵控制器能够基于多余制动能量消耗的急迫性而在动力电池不进行充电的情况下以若干种调节方式和调节档次对油泵电机进行调节。
15.根据一种优选实施方式，制动能量的产生量与产生速率能够受至少包括电动工业车辆的车速、车身重量、车辆所处路段坡度中的一种或多种参数的影响而变化，进而通过对多余制动能量消耗的急迫性的影响来改变油泵控制器对油泵电机的调节方式和/或调节档次。
16.根据一种优选实施方式，油泵控制器在驱动油泵电机对d轴和q轴电流进行分配时，是基于d、q轴电流和效率的关系表及多余制动能量消耗的急迫性而确定的。
17.根据一种优选实施方式，d、q轴电流和效率的关系表能够根据实验室电机台架先离线标定获得，和/或用电机电磁计算方式获得，其中，d、q轴电流和效率的关系表能够包含油泵电机对应的若干种工况。
18.根据一种优选实施方式，油泵电机能够至少在不处于举升和/或转向工作模式下以纯电阻的方式消耗多余制动能量。
19.根据一种优选实施方式，电动工业车辆行驶过程中牵引动力模块所产生的制动能量和动力电池的剩余电量能够由监测单元进行获取，其中，监测单元能够基于预设阈值对动力电池使用电量划分的若干区域进行不同记录密度的数据监测。
20.根据一种优选实施方式，动力电池使用电量至少能够被划分成低电量区域、中电量区域和高电量区域，以使得监测单元)至少在低电量区域和高电量区域中以相比于中电量区域更高的记录密度的方式进行剩余电量的数据监测。
21.根据一种优选实施方式，监测单元对动力电池剩余电量的监测至少能够基于制动能量的产生量与产生速率而适应性调节记录密度或记录频率。
22.根据一种优选实施方式，监测单元获取的监测数据能够以设定的记录周期发送至运算单元以进行数据处理，从而至少用于判断制动能量的传输途经和多余制动能量消耗的急迫性。
附图说明
23.图1是本发明电动工业车辆基于制动能量回馈抑制方法的能量回收系统的结构示意图。
24.附图标记列表
25.110：监测单元；120：运算单元；200：牵引动力模块；210：牵引电机；220：牵引控制器；300：油泵动力模块；310：油泵电机；320：油泵控制器；400：动力电池。
具体实施方式
26.下面结合附图进行详细说明。
27.如图1所示为本发明电动工业车辆基于制动能量回馈抑制方法的能量回收系统的结构示意图。
28.本发明公开了一种电动工业车辆制动能量回馈抑制方法，还可以是一种基于行走和液压独立的双电机车辆冲坡能量回馈抑制方法。
29.在对仓储大型物件进行运输通常会使用对成件托盘货物进行装卸、堆垛和短距离运输作业的各种轮式搬运车辆(例如属于工业车辆的叉车)，其中，工业车辆基于驱动动力可大致分为燃油工业车辆和电动工业车辆，相对于噪音大、尾气污染大、维护成本高的燃油工业车辆，以电池系统与电动机作为驱动动力的电动工业车辆能够以更简单灵活的操控实现节能环保的运输工作。
30.电动工业车辆能够以电动机为动力，动力电池400为能源以实现运输，其中，动力电池400可以是蓄电池，以使得动力电池400能够以多次充放电的方式重复使用，从而节省成本。
31.优选地，电动工业车辆至少能够配置有两套动力模块，其包括牵引动力模块200和油泵动力模块300，其中，牵引动力模块200主要用于驱动电动工业车辆的移动，油泵动力模块300主要用于电动工业车辆的举升和/或转向。进一步地，动力模块均可至少由电机和控制器构成，其中，牵引动力模块200可包括牵引电机210和牵引控制器220，油泵动力模块300可包括油泵电机310和油泵控制器320。
32.由于受蓄电池技术及容量的限制，电动工业车辆一次充电的工作时间受到很大的限制，而采用能量回收系统可以减少能量损失，延长电动叉车工作时间。一次充电的工作时间受到很大的限制是指电动工业车辆充一次电可进行作业时间比较短，且充满电时间较长，其中，充满电时间可长达6～10个小时。
33.优选地，能量回收系统能够回收电动工业车辆在制动或惯性滑行中释放出的多余能量，以通过发电机将多余能量转换为能够储存于动力电池400中的电能，使得动力电池400能够在后续运输过程中将储存的电能进行释放，以保证电动工业车辆的运输动力，其
中，动力电池400储存的电能至少可用于电动工业车辆的加速行驶。
34.优选地，能量回收系统能够配置有监测单元110以至少用于实时监测动力电池400的剩余电量，以基于动力电池400的剩余电量确定能量回收系统的能量流向，其中，动力电池400能够预设有充电最大阈值，以使得监测单元110在采集到动力电池400的实时剩余电量达到最大阈值时，制动或惯性滑行中产生的多余能量能够由油泵动力模块300进行消耗。
35.换言之，能量回收系统能够使牵引动力模块200在电动工业车辆制动或惯性滑行中产生的多余能量以转换和/或传递的方式由动力电池400储存和/或由油泵动力模块300消耗，其中，将电动工业车辆制动或惯性滑行中产生的多余能量称为制动能量，能量回收系统对制动能量的利用方式至少是基于动力电池400的剩余电量而确定的。
36.根据一种优选实施方式，动力电池400以预设最大阈值和最小阈值的方式限制充/放电过程的电量输入或输出，当动力电池400达到预设最大阈值时停止动力电池400的充电，当动力电池400达到预设最小阈值时停止动力电池400的放电。进一步地，动力电池400还能够预设临界最大阈值和临界最小阈值以用于辅助判断动力电池400的电量，其中，临界最大阈值和临界最小阈值均处于最大阈值和最小阈值之间的使用电量范围内，且以临界最大阈值更贴近于最大阈值、临界最小阈值更贴近于最小阈值的方式设置，使得在使用电量范围内至少划分为高电量、中电量和低电量三个区域，即最大阈值至临界最大阈值的区间为高电量区域，临界最大阈值至临界最小阈值的区间为中电量区域，临界最小阈值至最小阈值的区间为低电量区域。因此，至少在动力电池400剩余电量处于低电量区域时需对放电过程进行重点监测，和/或在动力电池400剩余电量处于高电量区域时需对充电过程进行重点监测。
37.优选地，监测单元110对动力电池400剩余电量的监测是以动力电池400发生预设单位电量变化值为驱动事件来记录的，其中，预设单位电量变化值为一个记录周期中动力电池400剩余电量变化的绝对值。由于驱动事件以每发生一次预设单位电量变化值而记录的，记录周期并未固定时间，而受限于当前序列记录节点至下一序列记录节点之间所用的时间，其中，两个相邻序列的记录节点之间剩余电量的变化值则正好等于预设单位电量变化值。换言之，监测单元110可基于当前序列记录节点的剩余电量而捕捉相对于当前剩余电量变化一个预设单位电量变化值所在的节点进行记录，前后序列记录节点之间所用的时间即为记录周期。记录周期能够随剩余电量变化的快慢而实时变动，即用户在驾驶电动工业车辆进行搬运工作时基于使用模式、操作方法、运行情况等的不同，而使得动力电池400剩余电量的变化速度处于时刻波动状态，尤其是基于能量回收系统的充电功能，使得至少在电动工业车辆制动或惯性滑行时动力电池400既能够通过能量的转换以实现充电，又能够响应于电动工业车辆上其他用电设备的用电需求而实现放电，致使动力电池400的剩余电量不一定处于单一变化状态，需基于充电过程与放电过程之间的实时收支差异而判断。
38.优选地，监测单元110能够在使用电量范围内至少基于高电量、中电量和低电量三个区域的划分方式分别设定有不同的预设单位变化值以实现分区域的管控，其中，高电量区域和低电量区域内的预设单位电量变化值以小于中电量区域预设单位电量变化值的方式设置，以提高高电量区域和低电量区域内剩余电量的记录频率，从而避免剩余电量突发地超过最大阈值或最小阈值而引发动力电池400的损坏甚至造成安全事故的发生。
39.优选地，监测单元110能够基于预设单位变化值而在任一时刻达到记录节点时对
带有时间参数的监测数据进行记录，并发送至运算单元120以完成数据处理。运算单元120基于使用模式、操作方法、运行情况等参数动态模拟预测动力电池400在未来一段时间内的剩余电量变化情况，以通过预测数据对监测数据进行比较后判断动力电池400的运行状态。
40.现有技术中，通常采用固定的时间周期来对剩余电量进行监测，若监测频率过低，可能不能够及时掌握动力电池400的实时剩余电量，使得风险数据的获取出现延迟，从而可能危及控制器和动力电池400的安全，甚至对行驶过程造成严重的影响；若监测频率过高，在动力电池400处于中电量区域等相对安全的范围内时，此阶段对动力电池400的充电过程风险较低，安全程度较高，监测单元110频繁采集的监测数据作用有限，并且频繁采集的监测数据在记录后向运算模块发送数据不仅增加了数据的传输量、计算量和储存量，还会加剧数据的延迟效应，使得成本增加的同时还提高的风险产生的可能。
41.本发明通过将发生预设单位电量变化值的时间作为记录周期来对动力电池400剩余电量进行监测，有利于更及时地监测到电量变化速度的情况。在电量变化速度缓慢时，监测单元110能够减少发送数据的频率以及数据量；反之，在电量变化速度较快时，监测单元110能够以更高的记录频率发送更多的监测数据。在预设单位电量变化值确定的情况下，监测单元110仅需要将发生预设单位电量变化值所用的时间数据发送至处理模块即可，以更少的数据传输量降低数据在传输过程中的数据延迟现象，使得分析模块能够对监测数据进行快速响应。
42.进一步地，电动工业车辆至少在下坡的惯性滑行过程中，使得处于发电机模式的牵引动力模块200能够将机械能通过电机、逆变器回馈到动力电池400，以至少在动力电池400剩余电量处于使用电量范围中时对动力电池400进行充电。优选地，监测单元110能够对电动工业车辆运行状态进行实时监测，以使得至少在下坡运动过程中监测单元110记录用的预设单位电量变化值是以随电动工业车辆运行状态而改变记录周期的方式来设定的，其中，电动工业车辆运行状态可包括车速、车身重量、车辆所处路段坡度等参数中的一种或多种。换言之，基于电动工业车辆的实时运行状态对预设单位电量变化值进行调节，以使得监测单元110能够基于外部因素对剩余电量的影响程度而适应性调节记录频率，从而既可以在动力电池400处于低风险时减少数据的记录、储存和传输来减少运算单元120的算力成本和运行负荷，也可以在动力电池400处于高风险时以提高记录频率的方式避免突发性地充电而造成过充等损害动力电池400的事故发生。例如，监测单元110设置的预设单位电量变化值是以随车速变大、车身重量变大和/或下坡坡度变大而缩短记录周期的方式来设定的，在车速变大、车身重量变大和/或下坡坡度变大的过程中，能量回收系统所能够回馈于动力电池400的能量增多，监测单元110能够通过减小设定的预设单位电量变化值来缩短记录周期，从而以提高监测单元110传输于运算单元120记录频率的方式保证剩余电量处于高精度的控制下，尤其是针对剩余电量处于高电量区域的动力电池400，在原本相比于中电量区域具有更高记录频率的情况下，基于车速变大、车身重量变大和/或下坡坡度变大而进一步地以减少预设单位电量变化值的方式来保证高电量区域的剩余电量监测水平，从而避免剩余电量已处于高电量区域的动力电池400超出最大阈值的情况发生。
43.优选地，剩余电量已处于高电量区域的动力电池400在充电达到最大阈值时能够以阻断电流输入的方式防止过充，使得可在剩余电量降低至临界最大阈值或其他预设电量值时重新接收能量以进行充电。
44.根据一种优选实施方式，在受限于动力电池400或其他因素而导致回收的制动能量不能回馈到动力电池400时，能量回收系统能够将多余的制动能量传递至油泵动力模块300以进行消耗。
45.优选地，为保证电动工业车辆在举升和/或转向运动不受影响，将通过油泵控制器320调节油泵电机310效率工作点，以改变油泵电机310的d轴电流的方式调整同样转矩下的油泵电机310d轴和q轴电流的分配，进而改变油泵电机310的效率工作点，使得油泵电机310损耗增加以消耗多余的制动能量。可选地，油泵电机310可以是交流异步电机、永磁同步电机或其他任何电机类型。
46.进一步地，电机的电磁转矩为d轴电流与q轴电流的函数，且q轴超前于d轴90度，使得在电磁转矩相同的情况下，d轴电流和q轴电流可以有不同的组合值。不同的d轴和q轴组合值可对应于不同的定子电流以及不同的电极损耗和效率，以使得通过改变油泵电机310d轴和q轴电流的分配的方式来改变油泵电机310的效率工作点，从而可以使得油泵电机310以较低的效率工作以消耗多余的制动能量。
47.具体地，可以根据实验室电机台架先离线标定出油泵电机310同一工况下d、q轴电流和效率的关系表，和/或用电机电磁计算方式获得油泵电机310同一工况下d、q轴电流和效率的关系表，d、q轴电流和效率的关系表能够基于上述任一方式获取或经多种方式获取后校准得到，其中，工况点可包括转矩和转速等参数。在实际运行过程中，若多余的制动能量不能由动力电池400接收而需要油泵动力模块300进行消耗时，油泵动力模块300可基于当前油泵电机310的转矩和转速来确定所处工况点，再根据上述关系表确定油泵电机310在相对较低效率工作时的d、q轴电流分配值，从而改变油泵控制器320的指令值，以提高油泵电机310损耗的方式来消耗多余制动能量。
48.根据一种优选实施方式，以永磁同步电机作为油泵电机310能够将等效于转子坐标系下的d轴电流和q轴电流进行解耦，通过pi调节获得d轴电压和q轴电压，然后进行空间矢量脉宽调制，使用调制后的pwm信号控制牵引逆变器以驱动永磁同步电机运行，以达到对永磁同步电机的有效控制，从而保证油泵电机310以指令值进行调节和稳定运行。
49.优选地，监测单元110能够对油泵电机310的工况进行实时监测，以基于预设单位转矩变化值和/或预设单位转速变化值进行监测数据的记录，使得运算单元120对于油泵电机310工况的处理能够基于记录周期而间歇性进行。由于多余制动能量的利用或消耗是基于动力电池400和油泵动力模块300二选其一的方式进行的，且优先进行动力电池400的利用，因此至少在产生制动能量的过程中(例如电动工业车辆的下坡惯性滑行过程)，监测单元110能够以切换监测重心的方式保证对能量回收过程的监测效率，其中，切换监测重心即多余制动能量对动力电池400进行充电时能够以减小预设单位电量变化值的方式提高对动力电池400剩余电量的监测频率而以适当增大预设单位转矩变化值和/或预设单位转速变化值的方式减少无用数据的记录、储存和传输；反之，在动力电池400无需进行充电时多余制动能量由油泵动力模块300消耗，监测单元110相反地以减小预设单位转矩变化值和/或预设单位转速变化值并适当增大预设单位电量变化值的方式保证对油泵电机310工况的高精度监测，因此，监测重心可基于多余制动能量的传输途经的改变而适应性切换。换言之，预设单位转矩变化值和/或预设单位转速变化值的调节趋势通常情况下与预设单位电量变化值的调节趋势以相反方向变化。
50.根据一种优选实施方式，在某些特殊情况下(比如油泵电机310不工作时)，油泵电机310也可以作为一个纯电阻来消耗多余制动能量，此时油泵控制器320导通特定的功率器件使得电机绕组作为制动电阻并到直流母线上，进行制动能量消耗。例如，油泵控制器320是三相两电平逆变器拓扑，当需要油泵电机310消耗多余制动能量时，通过发送(100)矢量，导通a相桥臂上管和b、c相桥臂下管，可让电机a相端子连接到直流母线正端，b相和c相端子连接到直流母线负端；或是仅导通a相桥臂上管和b相桥臂下管，让电机a相端子连接到直流母线正端，b相端子连接到直流母线负端，c相悬空。此时油泵电机310消耗直流母线的能量，如果绕组电流过大，可以以功率管开关斩波方式调节流经油泵电机310绕组的电流值。采用这种方式消耗多余制动能量时，油泵电机310不能处于举升和/或转向工作模式。
51.进一步地，运算单元120可基于由检测单元采集的牵引动力模块200产生的制动能量与动力电池400的剩余电量之间的关系，确定油泵动力模块300所需消耗的多余制动能量，其中，油泵控制器320能够响应于监测单元110发送的消耗指令以驱动油泵电机310以相应的工作状态完成多余制动能量的消耗。基于多余制动能量的产生量与产生速率，油泵控制器320能够通过多种控制指令对油泵电机310进行调节以实现不同程度的能量消耗，其中，受限于多余制动能量消耗的急迫性而至少可分为快速消耗和慢速消耗等多个档次。多余制动能量消耗的急迫性是指在动力电池400不进行充电的情况下牵引动力模块200产生的制动能量多余的部分需要由油泵动力模块300进行消耗的快慢，其是由制动能量的产生量结合其产生速率而确定，其中，尤其是在电动工业车辆沿下坡惯性滑行时，电动工业车辆的车速、车身重量、车辆所处路段坡度等参数能够很大程度地影响多余制动能量消耗的急迫性。油泵控制器320基于多余制动能量消耗的急迫性而划分的多个消耗档次能够通过调节油泵电机310以进行匹配，其中，至少在位于高速消耗档次时能够利用油泵电机310的做功进行消耗，而至少在位于低速消耗档次时能够将油泵电机310作为纯电阻来消耗。高速消耗档次和/或低速消耗档次还能够进一步地划分出若干下一层级的档次，以实现更精准的能量消耗，从而避免能量的过多消耗。例如，高速消耗档次可进一步分为超高消耗档次、准高消耗档次、次高消耗档次、中高消耗档次等，以使得油泵电机310的d轴电流和q轴电流能够在相应工况下调节至对应档次所需的消耗功率；低速消耗档次可进一步分为超低消耗档次、准低消耗档次、次低消耗档次、中低消耗档次等，以使得油泵电机310能够基于绕组的线圈缠绕方式及可串并联的其他电阻进行对应档次的匹配。通过油泵控制器320对油泵电机310更加精准的调节，以适应于多余制动能量消耗的急迫性，从而实现以对应的消耗效率保证能量回收系统的正常运行。
52.根据一种优选实施方式，本发明公开了一种电动工业车辆制动能量回馈抑制方法，该方法至少包括如下步骤：
53.s1.监测电动工业车辆在行驶过程中的制动能量与动力电池400的剩余电量，以确定制动能量的传输途经，其中，传输途经至少包括传输至动力电池400和传输至油泵动力模块300；
54.s2.在动力电池400处于可充电状态的情况下，制动能量能够以优先传输至动力电池400的方式通过转化成电能以完成对动力电池400的充电；
55.s3.在动力电池400处于不可充电状态的情况下，油泵动力模块300能够基于多余制动能量消耗的急迫性通过油泵控制器320对油泵电机310进行多方式的调节，其中，调节
方式至少包括通过调整油泵电机310d轴与q轴电流的分配来改变油泵动力模块300的效率工作点，从而以适配于多余制动能量消耗的急迫性的方式使油泵电机310对多余制动能量进行消耗。
56.需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。