CN107264303B - 将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法及*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法及***，其方法包括以下步骤，根据车辆的动力性参数和行驶工况计算出车辆的总功率Pe；将车辆充满电的动力电池根据车辆的行驶工况按照预设倍率恒流放电，计算出动力电池的平均电压U；根据车辆的总功率Pe和动力电池的平均电压U计算出动力电池的电流I，并根据动力电池的电流I确定动力电池的运行工况。本发明的方法根据车辆的总功率和动力电池的平均电压计算出动力电池的电流I，并根据动力电池的电流I确定动力电池的运行工况，可以为确定电池的能否满足动力性要求、确定一个或多个工况循环下电池消耗地SOC和能量，以及确定车辆的行驶里程提供可靠的依据。

Description

将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法及***
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，具体涉及将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法及***。
背景技术
进入二十一世纪后随着化石能源日益枯竭和生态环境逐渐恶化，主要发达国家和大型车辆公司积极推广和研发电动车辆，其销量近几年也呈快速增长趋势，逐渐被普通消费者所接受。目前，电池技术是制约电动车辆发展的关键所在。电动车辆的性能优劣主要取决于动力电池性能的好坏。纯电动车辆对动力电池的性能就有如下要求：(1)比能量、比容量高，电池的容量和能量大小决定了纯电动车辆的单次充电可以行驶的最大里程。目前，单次充电下电动车辆的最大行驶里程远远小于传统车辆在单次加油下达到的最大行驶里程，这在很大程度上限制了电动车辆的应用和普及；(2)充放电能力强。当车辆处于起步、加速、爬坡度等工况时，需要较高的动力，因此动力性是车辆的最基本的性能之一。而动力电池的大倍率放电能力是体现电池动力性最重要的指标。在充电时，动力电池也要有很强的充电接受能力才能缩短充电时间；(3)循环寿命长，较长的电池寿命很大程度上降低了整个电动车辆的使用成本，降低成本也是电动车辆走入大众生活的关键一步；(4)安全性高，动力电池在过充时电解液容易分解产生气体甚至发生***，不安全的电池可能会对驾乘人员造成人身伤害，妨碍了电动车辆的健康发展。目前，由于锂离子电池具有能承受较大的充放电倍率、比能量较高、安全性能较好和循环寿命相对长等优势，成为了动力电池的研究热点。
除了要满足以上性能要求外，在电动车辆设计环节上，动力电池必须满足车辆行驶工况要求。车辆行驶工况又称为车辆运转循环，是针对某一类型车辆(如乘用车、公交车、重型车辆等)在特定交通环境(如高速公路，城市道路)下用来描述车辆行驶特征的速度-时间曲线。不同国家或地区有针对性地制定了一些车辆行驶工况，例如欧洲的NEDC(NewEuropean Driving Cycle，新欧洲行驶工况)等。对于纯电动车辆，设计者或研究者所关心的是在车辆行驶工况下，电池是如何运行的。这就需要把车辆行驶工况转化为电池运行工况，用于确定电池的能否满足动力性要求，以及一个或多个工况循环下电池消耗地SOC和能量，并由此确定车辆的行驶里程。它是电动车辆行业一项共性核心技术。因此，有必要开发出一种把车辆行驶工况转化为电池运行工况的方法及***。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法及***，可以为确定电池的能否满足动力性要求、确定一个或多个工况循环下电池消耗地SOC和能量，以及确定车辆的行驶里程提供可靠的依据。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法，包括以下步骤，
根据车辆的动力性参数和行驶工况计算出车辆的总功率Pe；
将车辆充满电的动力电池根据车辆的行驶工况按照预设倍率恒流放电，计算出动力电池的平均电压U；
根据车辆的总功率Pe和动力电池的平均电压U计算出动力电池的电流I，并根据动力电池的电流I确定动力电池的运行工况。
本发明的有益效果是：本发明将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法根据车辆的总功率和动力电池的平均电压计算出动力电池的电流I，并根据动力电池的电流I确定动力电池的运行工况，可以为确定电池的能否满足动力性要求、确定一个或多个工况循环下电池消耗地SOC和能量，以及确定车辆的行驶里程提供可靠的依据。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，车辆的总功率Pe具体为车辆加速行驶使所需功率Pj、车辆克服滚动阻力所需功率Pf、车辆克服风阻力所需功率Pw和车辆克服坡度阻力所需功率Pi的总和再除以车辆的总效率。
进一步，车辆的动力性参数包括整车质量m、整车重量G＝mg、总效率ηT、滚动阻力系数f、风阻系数CD、迎风面积A和旋转质量换算系数δ。
进一步，车辆加速行驶使所需功率Pj＝(δmV)*dV/dt，其中dV/dt为车辆的加速度；计算车辆的加速度的方法具体为，以时间t为横轴，以速度V为纵轴，导入车辆行驶工况数据，绘制车辆的时间-速度曲线图；对车辆的时间-速度曲线图进行求导，得出车辆的加速度a＝dV/dt。
进一步，车辆克服滚动阻力所需功率Pf＝GfV。
进一步，车辆克服风阻力所需功率Pw＝CDAV^3。
进一步，车辆克服坡度阻力所需功率Pi＝GVsinα，其中α为车辆行驶路面的坡度。
进一步，车辆的总效率等于车辆传动系机械效率乘以车辆电机效率。
进一步，根据公式Pe＝UI计算出动力电池的电流I。
基于上述一种将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法，本发明还提供一种将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的***。
将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的***，包括车辆总功率计算模块、动力电池平均电压计算模块和动力电池运行工况确定模块，
车辆总功率计算模块，其用于根据车辆的动力性参数和行驶工况计算出车辆的总功率Pe；
动力电池平均电压计算模块，其用于将车辆充满电的动力电池根据车辆的行驶工况按照预设倍率恒流放电，计算出动力电池的平均电压U；
动力电池运行工况确定模块，其用于根据车辆的总功率Pe和动力电池的平均电压U计算出动力电池的电流I，并根据动力电池的电流I确定动力电池的运行工况。
本发明的有益效果是：本发明将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的***根据车辆的总功率和动力电池的平均电压计算出动力电池的电流I，并根据动力电池的电流I确定动力电池的运行工况，可以为确定电池的能否满足动力性要求、确定一个或多个工况循环下电池消耗地SOC和能量，以及确定车辆的行驶里程提供可靠的依据。
附图说明
图1为本发明将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法的整体框图；
图2为本发明将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法的具体流程图；
图3为本发明本发明将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法中车辆行驶工况的速度与时间关系曲线图；
图4为本发明将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法中车辆行驶工况的加速度与时间关系曲线图；
图5为本发明将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法中动力电池运行工况的总功率与时间关系曲线图；
图6为本发明将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法中动力电池运行工况的电流与时间关系曲线图；
图7为本发明将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的***的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法，包括以下步骤，
根据车辆的动力性参数和行驶工况计算出车辆的总功率Pe；
将车辆充满电的动力电池根据车辆的行驶工况按照预设倍率恒流放电，计算出动力电池的平均电压U；
根据车辆的总功率Pe和动力电池的平均电压U计算出动力电池的电流I，并根据动力电池的电流I确定动力电池的运行工况。
在本发明的方法中，车辆的总功率Pe具体为车辆加速行驶使所需功率Pj、车辆克服滚动阻力所需功率Pf、车辆克服风阻力所需功率Pw和车辆克服坡度阻力所需功率Pi的总和再除以车辆的总效率。车辆的动力性参数包括整车质量m、整车重量G＝mg、总效率ηT、滚动阻力系数f、风阻系数CD、迎风面积A和旋转质量换算系数δ。车辆加速行驶使所需功率Pj＝(δmV)*dV/dt，其中dV/dt为车辆的加速度；计算车辆的加速度的方法具体为，以时间t为横轴，以速度V为纵轴，导入车辆行驶工况数据，绘制车辆的时间-速度曲线图；对车辆的时间-速度曲线图进行求导，得出车辆的加速度a＝dV/dt。车辆克服滚动阻力所需功率Pf＝GfV。车辆克服风阻力所需功率Pw＝CDAV^3。车辆克服坡度阻力所需功率Pi＝GVsinα，其中α为车辆行驶路面的坡度。车辆的总效率等于车辆传动系机械效率乘以车辆电机效率。根据公式Pe＝UI计算出动力电池的电流I。
具体的，本发明的方法是将汽车的行驶工况转化成动力电池的运行工况，因此，要求车辆与动力电池必须匹配，也就车辆的参数是确定的，动力电池的个数、类型等参数也是确定的。下面以图2为例说明本发明将汽车的行驶工况转化成动力电池的运行工况的方法的具体流程。
如图2所示，
S1：对于给定的车辆，它的动力性参数都是确定的，这些动力性参数包括：整车质量m、整车重量G＝mg、总效率ηT、滚动阻力系数f、风阻系数CD、迎风面积A和旋转质量换算系数δ。
S2：对于车辆而言，行驶工况为车辆行驶的时间与速度关系曲线。美国工况的速度单位为miles/h，需要转化成km/h。
S3：以时间t为横轴，以速度V为纵轴，导入车辆行驶工况数据，绘制车辆的时间-速度曲线图具体的，Origin为常用的数据处理及作图软件，导入数据后把时间列设为x轴，把速度列设为y轴，此步骤也可通过其他数据处理软件完成如EXCEL。
S4：对车辆的时间-速度曲线图进行求导，得出车辆的加速度a＝dV/dt，具体的，在Origin中，将已作图的时间-速度曲线选择求导，即可做出时间-加速度曲线和相应的数据。
S5：车辆加速行驶时所需功率Pj，驱动工况时，加速阻力这一项要乘以一个旋转质量换算系数δ(大约1.1～1.4)。其中的3600数值为时间单位(秒与小时之间)换算的系数，即1S＝1/3600h。
S6：车辆滚动阻力系数f通常取取0.015到0.02之间。其中的3600数值为时间单位(秒与小时之间)换算的系数，即1S＝1/3600h。
S7：风阻系数的大小取决于车辆的外形，风阻系数愈大,则空气阻力愈大，现代汽车的风阻系数CD一般在0.2～0.5之间，迎风面积A，根据宽及高度决定。其中的76140数值为一个常数，具体的，76140＝3600*21.15，更具体的，3600为时间单位(秒与小时之间)换算的系数，21.15是将空气的密度通过数学变换得到的(其中，空气的密度为一个定值1.2258)。
S8：对于城市工况，其坡度通常可视为0，该项可忽略不计，其他特定工况，需要额外说明坡度值。其中的3600数值为时间单位(秒与小时之间)换算的系数，即1S＝1/3600h。
S9：总功率Pe为所有功率相加再除以总效率，总效率等于传动系机械效率乘以电机效率。对于纯电动汽车而言，Pe也就是动力电池所需要提供的功率。
S10：放电倍率大小与工况相关，若为加速行驶工况或高速工况可选用发电较大倍率如1C等，如城市道路行驶工况可选较低放电倍率如0.2C或0.33C等。
S11：之所以把功率转化为电流，是因为很多测电池试仪器并不具备按照功率大小来设置电池工作步骤，但都可以按电流大小来设置。
在本具体实施例中，某型电动汽车整车质量为940kg，传动系机械效率η1大约为89％，电机效率为η293％，滚动阻力系数f为0.02，风阻系数CD为0.35，迎风面积A为2.4m2，旋转质量换算系数δ为1.2，电池组额定电压为70V，额定容量为150A。
根据以上参数进一步计算整车重量G＝940*9.8＝9212kN，总效率ηT＝89％*93％＝82.7％
选择的形式工况为美国工况US06，该工况为加速工况，在Origin中作图后速度时间关系曲线如图3所示。将其求导，求得加速度a，其加速度时间关系曲线如图4所示。
根据S5-8，分别Pj，Pf，Pw，Pi的大小，根据S10计算出总功率Pe，总功率与时间关系曲线如图5所示。
由于选择行驶工况位加速工况，故将电池组充满电后按1C恒流放电，得到的平均电压为64V，所以得到电池电流大小为I＝Pe*1000/64，其电流与时间关系曲线如图6所示，即为电池运行工况。
本发明将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法根据车辆的总功率和动力电池的平均电压计算出动力电池的电流I，并根据动力电池的电流I确定动力电池的运行工况，可以为确定电池的能否满足动力性要求、确定一个或多个工况循环下电池消耗地SOC和能量，以及确定车辆的行驶里程提供可靠的依据。
如图7所示，将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的***，包括车辆总功率计算模块、动力电池平均电压计算模块和动力电池运行工况确定模块，车辆总功率计算模块，其用于根据车辆的动力性参数和行驶工况计算出车辆的总功率Pe；动力电池平均电压计算模块，其用于将车辆充满电的动力电池根据车辆的行驶工况按照预设倍率恒流放电，计算出动力电池的平均电压U；动力电池运行工况确定模块，其用于根据车辆的总功率Pe和动力电池的平均电压U计算出动力电池的电流I，并根据动力电池的电流I确定动力电池的运行工况。
本发明将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的***根据车辆的总功率和动力电池的平均电压计算出动力电池的电流I，并根据动力电池的电流I确定动力电池的运行工况，可以为确定电池的能否满足动力性要求、确定一个或多个工况循环下电池消耗地SOC和能量，以及确定车辆的行驶里程提供可靠的依据。
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 (10)

1.将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法，其特征在于：包括以下步骤，
根据车辆的动力性参数和行驶工况计算出车辆的总功率Pe；
将车辆充满电的动力电池根据车辆的行驶工况按照预设倍率恒流放电，计算出动力电池的平均电压U；
根据车辆的总功率Pe和动力电池的平均电压U计算出动力电池的电流I，并根据动力电池的电流I确定动力电池的运行工况。
2.根据权利要求1所述的将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法，其特征在于：车辆的总功率Pe具体为车辆加速行驶使所需功率Pj、车辆克服滚动阻力所需功率Pf、车辆克服风阻力所需功率Pw和车辆克服坡度阻力所需功率Pi的总和再除以车辆的总效率。
3.根据权利要求2所述的将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法，其特征在于：车辆的动力性参数包括整车质量m、整车重量G＝mg、总效率ηT、滚动阻力系数f、风阻系数CD、迎风面积A和旋转质量换算系数δ。
4.根据权利要求3所述的将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法，其特征在于：车辆加速行驶使所需功率Pj＝(δmV)*dV/dt，其中dV/dt为车辆的加速度；计算车辆的加速度的方法具体为，以时间t为横轴，以速度V为纵轴，导入车辆行驶工况数据，绘制车辆的时间-速度曲线图；对车辆的时间-速度曲线图进行求导，得出车辆的加速度a＝dV/dt。
5.根据权利要求4所述的将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法，其特征在于：车辆克服滚动阻力所需功率Pf＝GfV。
6.根据权利要求4所述的将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法，其特征在于：车辆克服风阻力所需功率Pw＝CDAV^3。
7.根据权利要求4所述的将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法，其特征在于：车辆克服坡度阻力所需功率Pi＝GVsinα，其中α为车辆行驶路面的坡度。
8.根据权利要求1至7任一项所述的将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法，其特征在于：车辆的总效率等于车辆传动系机械效率乘以车辆电机效率。
9.根据权利要求1至7任一项所述的将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的方法，其特征在于：根据公式Pe＝UI计算出动力电池的电流I。
10.将车辆行驶工况转化成动力电池运行工况的***，其特征在于：包括车辆总功率计算模块、动力电池平均电压计算模块和动力电池运行工况确定模块，
车辆总功率计算模块，其用于根据车辆的动力性参数和行驶工况计算出车辆的总功率Pe；
动力电池平均电压计算模块，其用于将车辆充满电的动力电池根据车辆的行驶工况按照预设倍率恒流放电，计算出动力电池的平均电压U；
动力电池运行工况确定模块，其用于根据车辆的总功率Pe和动力电池的平均电压U计算出动力电池的电流I，并根据动力电池的电流I确定动力电池的运行工况。
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