CN103870637B - 汽车电源***仿真方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车电源***仿真方法和装置，属于汽车技术领域。所述方法包括：根据汽车电源***的仿真模式判定规则和各仿真模式对应的数学模型，采用实验室虚拟仪器工程平台建立汽车电源***的仿真模型；接收输入参数，输入参数包括仿真时间、发电机参数、蓄电池参数、负载参数、恒压模式时负载两端的电压、恒流模式时流经负载的电流；采用仿真模型，根据输入参数进行仿真，得到仿真结果，仿真结果包括仿真时间内，电池状态、蓄电池两端的电压、以及流经蓄电池的电流随时间变化的曲线。本发明在零部件工装化之前，即可进行汽车电量平衡的判定，及早发现问题，也可以在设计前期及早进行零部件的选型匹配，极大地降低了研发周期和费用。

Description

汽车电源***仿真方法和装置

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种汽车电源***仿真方法和装置。

背景技术

随着消费者对通信、娱乐等日趋多样化的需求，汽车电气***的电能消耗越来越高，整车发电机供给与电气负载消耗之间的电量平衡越来越重要。

现在通常是在实车的基础上，进行路试，得到关于验证汽车电量平衡的发动机、蓄电池、以及负载的参数，进而根据得到的关于验证汽车电量平衡的参数，进行电量平衡的判定。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

由于得到进行路试的实车时，零部件已经工装化，如果在判定汽车电量平衡时发现问题，则需要重新匹配零部件并再次进行路试，更改费用高、周期长。

发明内容

为了解决现有技术中更改费用高、周期长的问题，本发明实施例提供了一种测量验证汽车电量平衡参数的方法和装置。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种汽车电源***仿真方法，汽车电源***的电路模型包括并联的发电机、蓄电池和负载，所述方法包括：

根据汽车电源***的仿真模式判定规则和各仿真模式对应的数学模型，采用实验室虚拟仪器工程平台建立所述汽车电源***的仿真模型，所述仿真模式判定规则和所述数学模型是根据所述汽车电源***的电路模型确定的，所述仿真模式包括电池放电模式、恒压模式、恒流且电池放电模式、恒流且电池充电模式，所述数学模型包括电池放电模式数学模型、恒压模式数学模型、恒流且电池放电模式数学模型、恒流且电池充电模式数学模型；

接收输入参数，所述输入参数包括仿真时间、发电机参数、蓄电池参数、负载参数、恒压模式时负载两端的电压、恒流模式时流经负载的电流；

采用所述仿真模型，根据所述输入参数进行仿真，得到仿真结果，所述仿真结果包括所述仿真时间内，电池状态、蓄电池两端的电压、以及流经蓄电池的电流随时间变化的曲线；

所述发电机参数包括发电机开关状态、发电机转速、以及发电机温度状态，其中，所述发电机转速和所述发电机温度状态与流经发电机的电流之间具有固定的对应关系；

所述蓄电池参数包括第一经验系数a、第二经验系数b、电池容量Q、以及电池状态的初始值SOC₀，其中，所述第一经验系数、所述第二经验系数、所述电池容量、所述电池状态之间满足如下公式：

E＝a+b*SOC，

$SOC={\mathrm{SOC}}_0-\frac{1}{Q}*{\∫}_0^t{I}_{b}dt,$

E为蓄电池电压，SOC为所述电池状态，t为已经仿真的时间，I_b为所述流经蓄电池的电流；

所述负载参数包括负载的电阻；

所述仿真模式判定规则包括：

当所述发电机开关状态为关闭时，所述仿真模式为所述电池放电模式；

当所述发电机开关状态为打开时，判断在初始时刻的所述流经发电机的电流与在初始时刻的所述流经蓄电池的电流和在初始时刻的所述流经负载的电流之和的大小关系；

当在初始时刻的所述流经发电机的电流大于在初始时刻的所述流经蓄电池的电流和在初始时刻的所述流经负载的电流之和时，所述仿真模式为所述恒压模式；

当在初始时刻的所述流经发电机的电流小于或等于在初始时刻的所述流经蓄电池的电流和在初始时刻的所述流经负载的电流之和时，判断在初始时刻的所述流经发电机的电流与在初始时刻的所述蓄电池电压和所述负载的电阻之商的大小关系；

当在初始时刻的所述流经发电机的电流大于在初始时刻的所述蓄电池电压和所述负载的电阻之商时，所述仿真模式为所述恒流且电池放电模式；

当在初始时刻的所述流经发电机的电流小于或等于在初始时刻的所述蓄电池电压和所述负载的电阻之商时，所述仿真模式为所述恒流且电池充电模式。

进一步地，所述电池放电模式数学模型包括：

E＝a+b*SOC，

$SOC={\mathrm{SOC}}_0-\frac{1}{Q}*{\∫}_0^t{I}_{b}dt,$

E＝I_b*(R_d+R_L)，

U_b＝I_b*R_L，

其中，E为所述蓄电池电压，a为所述第一经验系数，b为所述第二经验系数，SOC为所述电池状态，SOC₀为所述电池状态的初始值，Q为电池容量，t为所述已经仿真的时间，I_b为所述流经蓄电池的电流，R_d为蓄电池的放电电阻，R_L为所述负载的电阻，U_b为所述蓄电池两端的电压；

所述恒压模式数学模型包括：

E＝a+b*SOC，

$SOC={\mathrm{SOC}}_0-\frac{1}{Q}*{\∫}_0^t{I}_{b}dt,$

U_b＝U_恒，

I_b＝(U_b-E)/R_c，

其中，E为所述蓄电池电压，a为所述第一经验系数，b为所述第二经验系数，SOC为所述电池状态，SOC₀为所述电池状态的初始值，Q为电池容量，t为所述已经仿真的时间，I_b为所述流经蓄电池的电流，U_b为所述蓄电池两端的电压，U_恒为所述恒压模式时负载两端的电压，R_c为蓄电池的充电电阻；

所述恒流且电池放电模式数学模型和所述恒流且电池充电模式数学模型包括：

$SOC={\mathrm{SOC}}_0-\frac{1}{Q}*{\∫}_0^t{I}_{b}dt,$

I_b＝I_gen-I_恒，

U_b＝I_恒*R_L，

其中，SOC为所述电池状态，SOC₀为所述电池状态的初始值，Q为电池容量，t为所述已经仿真的时间，I_b为所述流经蓄电池的电流，I_gen为所述流经发电机的电流，I_恒为所述恒流模式时流经负载的电流，U_b为所述蓄电池两端的电压，R_L为所述负载的电阻。

在本发明的另一种可能的实现方式中，在所述仿真时间达到之前，所述方法还包括：

接收停止指令；

根据所述停止指令，停止采用所述仿真模型，根据所述输入参数进行仿真。

另一方面，本发明实施例提供了一种汽车电源***仿真装置，所述装置包括：

输入模块，用于接收输入参数，所述输入参数包括仿真时间、发电机参数、蓄电池参数、负载参数、恒压模式时负载两端的电压、恒流模式时流经负载的电流；

仿真模块，用于根据所述输入参数进行仿真，得到仿真结果，所述仿真结果包括所述仿真时间内，电池状态、蓄电池两端的电压、以及流经蓄电池的电流随时间变化的曲线；

输出模块，用于输出所述仿真结果；

所述发电机参数包括发电机开关状态、发电机转速、以及发电机温度状态，其中，所述发电机转速和所述发电机温度状态与流经发电机的电流之间具有固定的对应关系；

所述蓄电池参数包括第一经验系数a、第二经验系数b、电池容量Q、以及电池状态的初始值SOC₀，其中，所述第一经验系数、所述第二经验系数、所述电池容量、所述电池状态之间满足如下公式：

E＝a+b*SOC，

$SOC={\mathrm{SOC}}_0-\frac{1}{Q}*{\∫}_0^t{I}_{b}dt,$

E为蓄电池电压，SOC为所述电池状态，t为已经仿真的时间，I_b为所述流经蓄电池的电流；

所述负载参数包括负载的电阻；

所述仿真模块还用于，

在所述根据所述输入参数进行仿真之前，采用所述汽车电源***的仿真模式判定规则确定仿真模式，所述仿真模式包括电池放电模式、恒压模式、恒流且电池放电模式、恒流且电池充电模式，所述仿真模式判定规则包括：

当所述发电机开关状态为关闭时，所述仿真模式为所述电池放电模式；

当所述发电机开关状态为打开时，判断在初始时刻的所述流经发电机的电流与在初始时刻的所述流经蓄电池的电流和在初始时刻的所述流经负载的电流之和的大小关系；

当在初始时刻的所述流经发电机的电流大于在初始时刻的所述流经蓄电池的电流和在初始时刻的所述流经负载的电流之和时，所述仿真模式为所述恒压模式；

当在初始时刻的所述流经发电机的电流小于或等于在初始时刻的所述流经蓄电池的电流和在初始时刻的所述流经负载的电流之和时，判断在初始时刻的所述流经发电机的电流与在初始时刻的所述蓄电池电压和所述负载的电阻之商的大小关系；

当在初始时刻的所述流经发电机的电流大于在初始时刻的所述蓄电池电压和所述负载的电阻之商时，所述仿真模式为所述恒流且电池放电模式；

当在初始时刻的所述流经发电机的电流小于或等于在初始时刻的所述蓄电池电压和所述负载的电阻之商时，所述仿真模式为所述恒流且电池充电模式。

进一步地，所述仿真模块用于，

当所述仿真模式为所述电池放电模式时，采用如下公式根据所述输入参数进行仿真，得到仿真结果：

E＝a+b*SOC，

$SOC={\mathrm{SOC}}_0-\frac{1}{Q}*{\∫}_0^t{I}_{b}dt,$

E＝I_b*(R_d+R_L)，

U_b＝I_b*R_L，

其中，E为所述蓄电池电压，a为所述第一经验系数，b为所述第二经验系数，SOC为所述电池状态，SOC₀为所述电池状态的初始值，Q为电池容量，t为所述已经仿真的时间，I_b为所述流经蓄电池的电流，R_d为蓄电池的放电电阻，R_L为所述负载的电阻，U_b为所述蓄电池两端的电压；

当所述仿真模式为所述恒压模式时，采用如下公式根据所述输入参数进行仿真，得到仿真结果：

E＝a+b*SOC，

$SOC={\mathrm{SOC}}_0-\frac{1}{Q}*{\∫}_0^t{I}_{b}dt,$

U_b＝U_恒，

I_b＝(U_b-E)/R_c，

其中，E为所述蓄电池电压，a为所述第一经验系数，b为所述第二经验系数，SOC为所述电池状态，SOC₀为所述电池状态的初始值，Q为电池容量，t为所述已经仿真的时间，I_b为所述流经蓄电池的电流，U_b为所述蓄电池两端的电压，U_恒为所述恒压模式时负载两端的电压，R_c为蓄电池的充电电阻；

当所述仿真模式为所述恒流且电池放电模式或所述恒流且电池充电模式时，采用如下公式根据所述输入参数进行仿真，得到仿真结果：

$SOC={\mathrm{SOC}}_0-\frac{1}{Q}*{\∫}_0^t{I}_{b}dt,$

I_b＝I_gen-I_恒，

U_b＝I_恒*R_L，

其中，SOC为所述电池状态，SOC₀为所述电池状态的初始值，Q为电池容量，t为所述已经仿真的时间，I_b为所述流经蓄电池的电流，I_gen为所述流经发电机的电流，I_恒为所述恒流模式时流经负载的电流，U_b为所述蓄电池两端的电压，R_L为所述负载的电阻。

在本发明的另一种可能的实现方式中，所述输入模块还用于，

在所述仿真时间达到之前，接收停止指令；

所述仿真模块还用于，

根据所述停止指令，停止根据所述输入参数进行仿真。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过根据汽车电源***的仿真模式判定规则和各仿真模式对应的数学模型，采用实验室虚拟仪器工程平台建立汽车电源***的仿真模型，并采用仿真模型，根据输入参数进行仿真，得到仿真结果，因此在零部件工装化之前，即可进行汽车电量平衡的判定，及早发现问题，也可以在设计前期及早进行零部件的选型匹配，极大地降低了研发周期和费用。而且，输入参数是可更改的，可以适用于不同的车型，应用广泛。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的汽车电源***仿真方法适用的汽车电源***的电路模型的结构图；

图2是本发明实施例一提供的一种汽车电源***仿真方法的流程图；

图3是本发明实施例二提供的一种汽车电源***仿真方法的流程图；

图4是本发明实施例二提供的接收输入参数的界面图；

图5是本发明实施例二提供的电池状态随时间变化的曲线图；

图6是本发明实施例二提供的蓄电池两端的电压随时间变化的曲线图；

图7是本发明实施例二提供的流经蓄电池的电流随时间变化的曲线图；

图8是本发明实施例三提供的一种汽车电源***仿真装置的结构示意图；

图9是本发明实施例四提供的一种汽车电源***仿真装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

下面先结合图1简单介绍一下本发明实施例提供的汽车电源***仿真方法适用的汽车电源***的电路模型。如图1所示，该电源***的电路模型包括发电机1、蓄电池2、蓄电池的充电电阻R_c、第一二极管D1、蓄电池的放电电阻R_d、第二二极管D2、以及负载R_L。

蓄电池2的负极与发电机1的负极连接，蓄电池2的正极与蓄电池的充电电阻R_c的一端连接，蓄电池的充电电阻R_c的另一端与第一二极管D1的正极连接，第一二极管D1的负极与发电机1的正极连接。第二二极管D2的负极与蓄电池2的正极连接，第二二极管D2的正极与蓄电池的放电电阻R_d的一端连接，蓄电池的放电电阻R_d的另一端与发电机1的正极连接。负载R_L的一端与发电机1的负极连接，负载R_L的另一端与发电机1的正极连接。

需要说明的是，图1仅为本发明实施例提供的汽车电源***仿真方法适用的汽车电源***的电路模型的示意图，本发明并不限制于此。

实施例一

本发明实施例提供了一种汽车电源***仿真方法，参见图2，该方法包括：

步骤101：根据汽车电源***的仿真模式判定规则和各仿真模式对应的数学模型，采用labview(laboratory virtual instrument engineering workbench，实验室虚拟仪器工程平台)建立汽车电源***的仿真模型。

在本实施例中，仿真模式判定规则和数学模型是根据汽车电源***的电路模型确定的。仿真模式包括电池放电模式、恒压模式、恒流且电池放电模式、恒流且电池充电模式。数学模型包括电池放电模式数学模型、恒压模式数学模型、恒流且电池放电模式数学模型、恒流且电池充电模式数学模型。

由于labview通过图形化G语言编程，因此采用labview建立汽车电源***的仿真模型，基本上不需要写程序代码，直接采用流程图或图框完成，简单快捷。而且，labview尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，使用广泛。另外，采用labview建立的模型与其它软硬件的兼容性好，还支持后续半实物仿真模型的转化，可以适用于不同的车型。

步骤102：接收输入参数。

在本实施例中，输入参数包括仿真时间、发电机参数、蓄电池参数、负载参数、恒压模式时等效负载两端的电压、恒流模式时流经等效负载的电流。

具体地，发电机参数包括发电机开关状态、发电机转速、以及发电机温度状态。蓄电池参数包括第一经验系数、第二经验系数、电池容量、以及电池状态的初始值。负载参数包括负载的电阻。

步骤103：采用仿真模型，根据输入参数进行仿真，得到仿真结果。

在本实施例中，仿真结果包括仿真时间内，电池状态、蓄电池两端的电压、以及流经蓄电池的电流随时间变化的曲线。

需要说明的是，电池状态、蓄电池两端的电压、以及流经蓄电池的电流随时间变化的曲线是验证汽车电量平衡的参数，用户得到电池状态、蓄电池两端的电压、以及流经蓄电池的电流随时间变化的曲线之后，即可根据电池状态、蓄电池两端的电压、以及流经蓄电池的电流随时间变化的曲线，进行汽车电量平衡的判定。

本发明实施例通过根据汽车电源***的仿真模式判定规则和各仿真模式对应的数学模型，采用实验室虚拟仪器工程平台建立汽车电源***的仿真模型，并采用仿真模型，根据输入参数进行仿真，得到仿真结果，因此在零部件工装化之前，即可进行汽车电量平衡的判定，及早发现问题，也可以在设计前期及早进行零部件的选型匹配，极大地降低了研发周期和费用。而且，输入参数是可更改的，可以适用于不同的车型，应用广泛。

实施例二

本发明实施例提供了一种汽车电源***仿真方法，参见图3，该方法包括：

步骤201：根据汽车电源***的仿真模式判定规则和各仿真模式对应的数学模型，采用labview建立汽车电源***的仿真模型。

在本实施例中，仿真模式判定规则和数学模型是根据汽车电源***的电路模型确定的。仿真模式包括电池放电模式、恒压模式、恒流且电池放电模式、恒流且电池充电模式。数学模型包括电池放电模式数学模型、恒压模式数学模型、恒流且电池放电模式数学模型、恒流且电池充电模式数学模型。

由于labview通过图形化G语言编程，因此采用labview建立汽车电源***的仿真模型，基本上不需要写程序代码，直接采用流程图或图框完成，简单快捷。而且，labview尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，使用广泛。另外，采用labview建立的模型与其它软硬件的兼容性好，还支持后续半实物仿真模型的转化，可以适用于不同的车型。

可选地，仿真模式判定规则可以包括：

当发电机开关状态为关闭时，仿真模式为电池放电模式；

当发电机开关状态为打开时，判断在初始时刻的流经发电机的电流与在初始时刻的流经蓄电池的电流和在初始时刻的流经负载的电流之和的大小关系；

当在初始时刻的流经发电机的电流大于在初始时刻的流经蓄电池的电流和在初始时刻的流经负载的电流之和时，仿真模式为恒压模式；

当在初始时刻的流经发电机的电流小于或等于在初始时刻的流经蓄电池的电流和在初始时刻的流经负载的电流之和时，判断在初始时刻的流经发电机的电流与在初始时刻的蓄电池电压和负载的电阻之商的大小关系；

当在初始时刻的流经发电机的电流大于在初始时刻的蓄电池电压和负载的电阻之商时，仿真模式为恒流且电池放电模式；

当在初始时刻的流经发电机的电流小于或等于在初始时刻的蓄电池电压和负载的电阻之商时，仿真模式为恒流且电池充电模式。

可选地，电池放电模式数学模型可以包括公式(1)、公式(2)、公式(3)和公式(4)：

E＝a+b*SOC， (1)

$SOC={\mathrm{SOC}}_0-\frac{1}{Q}*{\∫}_0^t{I}_{b}dt,---\left(2\right)$

E＝I_b*(R_d+R_L)， (3)

U_b＝I_b*R_L， (4)

其中，E为所述蓄电池电压，a为所述第一经验系数，b为所述第二经验系数，SOC为所述电池状态，SOC₀为所述电池状态的初始值，Q为电池容量，t为所述已经仿真的时间，I_b为所述流经蓄电池的电流，R_d为蓄电池的放电电阻，R_L为所述负载的电阻，U_b为所述蓄电池两端的电压；

恒压模式数学模型可以包括公式(1)、公式(2)、公式(5)和公式(6)：

U_b＝U_恒， (5)

I_b＝(U_b-E)/R_c， (6)

其中，U_b为所述蓄电池两端的电压，U_恒为所述恒压模式时负载两端的电压，I_b为所述流经蓄电池的电流，E为所述蓄电池电压，R_c为蓄电池的充电电阻；

恒流且电池放电模式数学模型和恒流且电池充电模式数学模型可以包括公式(2)、公式(7)和公式(8)：

I_b＝I_gen-I_恒， (7)

U_b＝I_恒*R_L， (8)

其中，I_b为所述流经蓄电池的电流，I_gen为所述流经发电机的电流，I_恒为所述恒流模式时流经负载的电流，U_b为所述蓄电池两端的电压，R_L为所述负载的电阻。

步骤202：接收输入参数。

在本实施例中，输入参数包括仿真时间、发电机参数、蓄电池参数、负载参数、恒压模式时等效负载两端的电压、恒流模式时流经等效负载的电流。

具体地，发电机参数包括发电机开关状态、发电机转速、以及发电机温度状态。蓄电池参数包括第一经验系数、第二经验系数、电池容量、以及电池状态的初始值。负载参数包括负载的电阻。

更具体地，发电机转速和发电机温度状态与流经发电机的电流之间具有固定的对应关系，因此可以根据发电机转速、发电机温度状态、以及该对应关系，确定流经发电机的电流。

第一经验系数a、第二经验系数b、电池容量Q、电池状态的初始值SOC₀之间满足公式(1)和公式(2)。

图4为接收输入参数的界面图，在图4中，部分参数是直接输入的数值(如仿真时间)，部分参数是选定的数值(如发电机转速)，部分参数可以直接输入数值，也可以选定数值(如负载的电阻)。图4中的“仿真模式”是根据接收到的输入参数确定的，“停止”选项可用于在仿真时间达到前，提前中止仿真，提高仿真的灵活性。

需要说明的是，图4仅为接收输入参数界面的示意图，本发明对接收输入参数的方式不作限制。

步骤203：采用仿真模型，根据输入参数进行仿真，得到仿真结果。

在本实施例中，仿真结果包括仿真时间内，电池状态、蓄电池两端的电压、以及流经蓄电池的电流随时间变化的曲线。

可以理解地，在执行步骤203之后，可以得到如图5、如图6和图7的曲线图。其中，图5为电池状态随时间变化的曲线图，图6为蓄电池两端的电压随时间变化的曲线图，图7为流经蓄电池的电流随时间变化的曲线图。需要说明的是，图5、图6、以及图7仅为示意图，本发明并不限制于此。

步骤204：在仿真时间达到之前，接收停止指令，并根据停止指令，停止采用仿真模型，根据输入参数进行仿真。该步骤204为可选步骤。

容易知道，图4中的“停止”选项用于接收停止指令。当根据当前时间得到的电池状态、蓄电池两端的电压、以及流经蓄电池的电流随时间变化的曲线能进行汽车电量平衡的判定时，用户可以选择输入停止指令，在仿真时间到达之前，停止电池状态、蓄电池两端的电压、以及流经蓄电池的电流随时间变化的曲线的计算，避免了不必要的计算，降低了仿真的开销。

需要说明的是，电池状态、蓄电池两端的电压、以及流经蓄电池的电流随时间变化的曲线是验证汽车电量平衡的参数，用户得到电池状态、蓄电池两端的电压、以及流经蓄电池的电流随时间变化的曲线之后，即可根据电池状态、蓄电池两端的电压、以及流经蓄电池的电流随时间变化的曲线，进行汽车电量平衡的判定。

本发明实施例通过根据汽车电源***的仿真模式判定规则和各仿真模式对应的数学模型，采用实验室虚拟仪器工程平台建立汽车电源***的仿真模型，并采用仿真模型，根据输入参数进行仿真，得到仿真结果，因此在零部件工装化之前，即可进行汽车电量平衡的判定，及早发现问题，也可以在设计前期及早进行零部件的选型匹配，极大地降低了研发周期和费用。而且，输入参数是可更改的，可以适用于不同的车型，应用广泛。

实施例三

本发明实施例提供了一种汽车电源***仿真装置，适用于实施例一提供的汽车电源***仿真方法，参见图8，该装置包括：

输入模块301，用于接收输入参数，输入参数包括仿真时间、发电机参数、蓄电池参数、负载参数、恒压模式时负载两端的电压、恒流模式时流经负载的电流；

仿真模块302，用于根据输入参数进行仿真，得到仿真结果，仿真结果包括仿真时间内，电池状态、蓄电池两端的电压、以及流经蓄电池的电流随时间变化的曲线；

输出模块303，用于输出仿真结果。

具体地，发电机参数包括发电机开关状态、发电机转速、以及发电机温度状态。蓄电池参数包括第一经验系数、第二经验系数、电池容量、以及电池状态的初始值。负载参数包括负载的电阻。

本发明实施例通过根据汽车电源***的仿真模式判定规则和各仿真模式对应的数学模型，采用实验室虚拟仪器工程平台建立汽车电源***的仿真模型，并采用仿真模型，根据输入参数进行仿真，得到仿真结果，因此在零部件工装化之前，即可进行汽车电量平衡的判定，及早发现问题，也可以在设计前期及早进行零部件的选型匹配，极大地降低了研发周期和费用。而且，输入参数是可更改的，可以适用于不同的车型，应用广泛。

实施例四

本发明实施例提供了一种汽车电源***仿真装置，适用于实施例二提供的汽车电源***仿真方法，参见图9，该装置包括：

输入模块401，用于接收输入参数，输入参数包括仿真时间、发电机参数、蓄电池参数、负载参数、恒压模式时负载两端的电压、恒流模式时流经负载的电流；

仿真模块402，用于根据输入参数进行仿真，得到仿真结果，仿真结果包括仿真时间内，电池状态、蓄电池两端的电压、以及流经蓄电池的电流随时间变化的曲线；

输出模块403，用于输出仿真结果。

具体地，发电机参数包括发电机开关状态、发电机转速、以及发电机温度状态。蓄电池参数包括第一经验系数、第二经验系数、电池容量、以及电池状态的初始值。负载参数包括负载的电阻。

更具体地，发电机转速和发电机温度状态与流经发电机的电流之间具有固定的对应关系，因此可以根据发电机转速、发电机温度状态、以及该对应关系，确定流经发电机的电流。

第一经验系数a、第二经验系数b、电池容量Q、电池状态的初始值SOC₀之间满足公式(1)和公式(2)。

在本实施例的一种实现方式中，仿真模块402还可以用于，

在根据输入参数进行仿真之前，采用汽车电源***的仿真模式判定规则确定仿真模式，仿真模式包括电池放电模式、恒压模式、恒流且电池放电模式、恒流且电池充电模式，仿真模式判定规则包括：

当发电机开关状态为关闭时，仿真模式为电池放电模式；

当发电机开关状态为打开时，判断在初始时刻的流经发电机的电流与在初始时刻的流经蓄电池的电流和在初始时刻的流经负载的电流之和的大小关系；

当在初始时刻的流经发电机的电流大于在初始时刻的流经蓄电池的电流和在初始时刻的流经负载的电流之和时，仿真模式为恒压模式；

当在初始时刻的流经发电机的电流小于或等于在初始时刻的流经蓄电池的电流和在初始时刻的流经负载的电流之和时，判断在初始时刻的流经发电机的电流与在初始时刻的蓄电池电压和负载的电阻之商的大小关系；

当在初始时刻的流经发电机的电流大于在初始时刻的蓄电池电压和负载的电阻之商时，仿真模式为恒流且电池放电模式；

当在初始时刻的流经发电机的电流小于或等于在初始时刻的蓄电池电压和负载的电阻之商时，仿真模式为恒流且电池充电模式。

可选地，仿真模块402可以用于，

当仿真模式为电池放电模式时，采用公式(1)、公式(2)、公式(3)和公式(4)根据输入参数进行仿真，得到仿真结果；

当仿真模式为恒压模式时，采用公式(1)、公式(2)、公式(5)和公式(6)根据输入参数进行仿真，得到仿真结果；

当仿真模式为恒流且电池放电模式或恒流且电池充电模式时，采用公式(2)、公式(7)和公式(8)根据输入参数进行仿真，得到仿真结果。

在本实施例的另一种实现方式中，输入模块401还可以用于，在仿真时间达到之前，接收停止指令。

仿真模块402还可以用于，根据停止指令，停止根据输入参数进行仿真。

本发明实施例通过根据汽车电源***的仿真模式判定规则和各仿真模式对应的数学模型，采用实验室虚拟仪器工程平台建立汽车电源***的仿真模型，并采用仿真模型，根据输入参数进行仿真，得到仿真结果，因此在零部件工装化之前，即可进行汽车电量平衡的判定，及早发现问题，也可以在设计前期及早进行零部件的选型匹配，极大地降低了研发周期和费用。而且，输入参数是可更改的，可以适用于不同的车型，应用广泛。

需要说明的是：上述实施例提供的汽车电源***仿真装置在仿真汽车电源***时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的汽车电源***仿真装置与汽车电源***仿真方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种汽车电源***仿真方法，汽车电源***的电路模型包括并联的发电机、蓄电池和负载，其特征在于，所述方法包括：

根据汽车电源***的仿真模式判定规则和各仿真模式对应的数学模型，采用实验室虚拟仪器工程平台建立所述汽车电源***的仿真模型，所述仿真模式判定规则和所述数学模型是根据所述汽车电源***的电路模型确定的，所述仿真模式包括电池放电模式、恒压模式、恒流且电池放电模式、恒流且电池充电模式，所述数学模型包括电池放电模式数学模型、恒压模式数学模型、恒流且电池放电模式数学模型、恒流且电池充电模式数学模型；

接收输入参数，所述输入参数包括仿真时间、发电机参数、蓄电池参数、负载参数、恒压模式时负载两端的电压、恒流模式时流经负载的电流；

采用所述仿真模型，根据所述输入参数进行仿真，得到仿真结果，所述仿真结果包括所述仿真时间内，电池状态、蓄电池两端的电压、以及流经蓄电池的电流随时间变化的曲线；

所述发电机参数包括发电机开关状态、发电机转速、以及发电机温度状态，其中，所述发电机转速和所述发电机温度状态与流经发电机的电流之间具有固定的对应关系；

所述蓄电池参数包括第一经验系数a、第二经验系数b、电池容量Q、以及电池状态的初始值SOC₀，其中，所述第一经验系数、所述第二经验系数、所述电池容量、所述电池状态之间满足如下公式：

E＝a+b*SOC，

$SOC={\mathrm{SOC}}_0-\frac{1}{Q}*{\∫}_0^t{I}_{b}dt,$

E为蓄电池电压，SOC为所述电池状态，t为已经仿真的时间，I_b为所述流经蓄电池的电流；

所述负载参数包括负载的电阻；

所述仿真模式判定规则包括：

当所述发电机开关状态为关闭时，所述仿真模式为所述电池放电模式；

当所述发电机开关状态为打开时，判断在初始时刻的所述流经发电机的电流与在初始时刻的所述流经蓄电池的电流和在初始时刻的所述流经负载的电流之和的大小关系；

当在初始时刻的所述流经发电机的电流大于在初始时刻的所述流经蓄电池的电流和在初始时刻的所述流经负载的电流之和时，所述仿真模式为所述恒压模式；

当在初始时刻的所述流经发电机的电流小于或等于在初始时刻的所述流经蓄电池的电流和在初始时刻的所述流经负载的电流之和时，判断在初始时刻的所述流经发电机的电流与在初始时刻的所述蓄电池电压和所述负载的电阻之商的大小关系；

当在初始时刻的所述流经发电机的电流大于在初始时刻的所述蓄电池电压和所述负载的电阻之商时，所述仿真模式为所述恒流且电池放电模式；

当在初始时刻的所述流经发电机的电流小于或等于在初始时刻的所述蓄电池电压和所述负载的电阻之商时，所述仿真模式为所述恒流且电池充电模式。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电池放电模式数学模型包括：

E＝a+b*SOC，

$SOC={\mathrm{SOC}}_0-\frac{1}{Q}*{\∫}_0^t{I}_{b}dt,$

E＝I_b*(R_d+R_L)，

U_b＝I_b*R_L，

其中，E为所述蓄电池电压，a为所述第一经验系数，b为所述第二经验系数，SOC为所述电池状态，SOC₀为所述电池状态的初始值，Q为电池容量，t为所述已经仿真的时间，I_b为所述流经蓄电池的电流，R_d为蓄电池的放电电阻，R_L为所述负载的电阻，U_b为所述蓄电池两端的电压；

所述恒压模式数学模型包括：

E＝a+b*SOC，

$SOC={\mathrm{SOC}}_0-\frac{1}{Q}*{\∫}_0^t{I}_{b}dt,$

U_b＝U_恒，

I_b＝(U_b-E)/R_c，

其中，E为所述蓄电池电压，a为所述第一经验系数，b为所述第二经验系数，SOC为所述电池状态，SOC₀为所述电池状态的初始值，Q为电池容量，t为所述已经仿真的时间，I_b为所述流经蓄电池的电流，U_b为所述蓄电池两端的电压，U_恒为所述恒压模式时负载两端的电压，R_c为蓄电池的充电电阻；

所述恒流且电池放电模式数学模型和所述恒流且电池充电模式数学模型包括：

$SOC={\mathrm{SOC}}_0-\frac{1}{Q}*{\∫}_0^t{I}_{b}dt,$

I_b＝I_gen-I_恒，

U_b＝I_恒*R_L，

其中，SOC为所述电池状态，SOC₀为所述电池状态的初始值，Q为电池容量，t为所述已经仿真的时间，I_b为所述流经蓄电池的电流，I_gen为所述流经发电机的电流，I_恒为所述恒流模式时流经负载的电流，U_b为所述蓄电池两端的电压，R_L为所述负载的电阻。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述仿真时间达到之前，所述方法还包括：

接收停止指令；

根据所述停止指令，停止采用所述仿真模型，根据所述输入参数进行仿真。

4.一种汽车电源***仿真装置，汽车电源***的电路模型包括并联的发电机、蓄电池和负载，其特征在于，所述装置包括：

输入模块，用于接收输入参数，所述输入参数包括仿真时间、发电机参数、蓄电池参数、负载参数、恒压模式时负载两端的电压、恒流模式时流经负载的电流；

仿真模块，用于根据所述输入参数进行仿真，得到仿真结果，所述仿真结果包括所述仿真时间内，电池状态、蓄电池两端的电压、以及流经蓄电池的电流随时间变化的曲线；

输出模块，用于输出所述仿真结果；

所述发电机参数包括发电机开关状态、发电机转速、以及发电机温度状态，其中，所述发电机转速和所述发电机温度状态与流经发电机的电流之间具有固定的对应关系；

所述蓄电池参数包括第一经验系数a、第二经验系数b、电池容量Q、以及电池状态的初始值SOC₀，其中，所述第一经验系数、所述第二经验系数、所述电池容量、所述电池状态之间满足如下公式：

E＝a+b*SOC，

$SOC={\mathrm{SOC}}_0-\frac{1}{Q}*{\∫}_0^t{I}_{b}dt,$

E为蓄电池电压，SOC为所述电池状态，t为已经仿真的时间，I_b为所述流经蓄电池的电流；

所述负载参数包括负载的电阻；

所述仿真模块还用于，

在所述根据所述输入参数进行仿真之前，采用所述汽车电源***的仿真模式判定规则确定仿真模式，所述仿真模式包括电池放电模式、恒压模式、恒流且电池放电模式、恒流且电池充电模式，所述仿真模式判定规则包括：

当所述发电机开关状态为关闭时，所述仿真模式为所述电池放电模式；

当所述发电机开关状态为打开时，判断在初始时刻的所述流经发电机的电流与在初始时刻的所述流经蓄电池的电流和在初始时刻的所述流经负载的电流之和的大小关系；

当在初始时刻的所述流经发电机的电流大于在初始时刻的所述流经蓄电池的电流和在初始时刻的所述流经负载的电流之和时，所述仿真模式为所述恒压模式；

当在初始时刻的所述流经发电机的电流小于或等于在初始时刻的所述流经蓄电池的电流和在初始时刻的所述流经负载的电流之和时，判断在初始时刻的所述流经发电机的电流与在初始时刻的所述蓄电池电压和所述负载的电阻之商的大小关系；

当在初始时刻的所述流经发电机的电流大于在初始时刻的所述蓄电池电压和所述负载的电阻之商时，所述仿真模式为所述恒流且电池放电模式；

当在初始时刻的所述流经发电机的电流小于或等于在初始时刻的所述蓄电池电压和所述负载的电阻之商时，所述仿真模式为所述恒流且电池充电模式。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述仿真模块用于，

当所述仿真模式为所述电池放电模式时，采用如下公式根据所述输入参数进行仿真，得到仿真结果：

E＝a+b*SOC，

$SOC={\mathrm{SOC}}_0-\frac{1}{Q}*{\∫}_0^t{I}_{b}dt,$

E＝I_b*(R_d+R_L)，

U_b＝I_b*R_L，

其中，E为所述蓄电池电压，a为所述第一经验系数，b为所述第二经验系数，SOC为所述电池状态，SOC₀为所述电池状态的初始值，Q为电池容量，t为所述已经仿真的时间，I_b为所述流经蓄电池的电流，R_d为蓄电池的放电电阻，R_L为所述负载的电阻，U_b为所述蓄电池两端的电压；

当所述仿真模式为所述恒压模式时，采用如下公式根据所述输入参数进行仿真，得到仿真结果：

E＝a+b*SOC，

$SOC={\mathrm{SOC}}_0-\frac{1}{Q}*{\∫}_0^t{I}_{b}dt,$

U_b＝U_恒，

I_b＝(U_b-E)/R_c，

其中，E为所述蓄电池电压，a为所述第一经验系数，b为所述第二经验系数，SOC为所述电池状态，SOC₀为所述电池状态的初始值，Q为电池容量，t为所述已经仿真的时间，I_b为所述流经蓄电池的电流，U_b为所述蓄电池两端的电压，U_恒为所述恒压模式时负载两端的电压，R_c为蓄电池的充电电阻；

当所述仿真模式为所述恒流且电池放电模式或所述恒流且电池充电模式时，采用如下公式根据所述输入参数进行仿真，得到仿真结果：

$SOC={\mathrm{SOC}}_0-\frac{1}{Q}*{\∫}_0^t{I}_{b}dt,$

I_b＝I_gen-I_恒，

U_b＝I_恒*R_L，

其中，SOC为所述电池状态，SOC₀为所述电池状态的初始值，Q为电池容量，t为所述已经仿真的时间，I_b为所述流经蓄电池的电流，I_gen为所述流经发电机的电流，I_恒为所述恒流模式时流经负载的电流，U_b为所述蓄电池两端的电压，R_L为所述负载的电阻。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述输入模块还用于，

在所述仿真时间达到之前，接收停止指令；

所述仿真模块还用于，

根据所述停止指令，停止根据所述输入参数进行仿真。