CN102129487B - 电动汽车工况曲线的模拟生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车工况曲线的模拟生成方法，包括下述步骤：设置电动汽车的车辆基本信息和一个以上的工况动作：所述车辆基本信息包括车辆形状、汽车类型、整备质量、轮胎花纹和轮胎宽度，所述工况动作包括工况动作类型及工况动作参数；计算电动汽车电动电池组输出功率与运行时间的定量关系；以t₂-t₁＝1s的时间间隔，求得时间间隔内的电动汽车电动电池组平均输出功率，从而得到电动汽车动力电池组输出功率与时间的关系曲线。本专利的电动汽车工况曲线的模拟生成方法有很大的灵活性，同时高度吻合现实中的工况，这大大地降低了生成工况模拟曲线的时间以及能耗。

Description

电动汽车工况曲线的模拟生成方法

(一)技术领域

本发明涉及一种电动汽车工况曲线的模拟生成方法。

(二)背景技术

近年来电动汽车技术不断成熟，但是动力电池及其成组应用技术仍然是电动汽车发展的技术瓶颈。在实际应用中，电动汽车对电机提出的功率需求是动态变化的，瞬间的大电流冲击以及充放电之间的瞬间切换，对动力电池动态性能提出了要求。制定适合的动力电池工况曲线对于动力电池的各种动态性能的预测与评价具有重要意义，也是测试电动汽车电池动态工况寿命的基础。

《USABC电动汽车电池试验手册》中对美国联邦城市运行工况FUDS(federal urban driving schedule)进行简化后，得到了动态应力测试工况DST(dynamic stress test)。同时也有针对混合动力电动汽车的动力电池测试提出了复合脉冲功率特性测试工况(hybrid pulse powercharacterization test，HPPC)。我国《电动汽车用锂离子蓄电池》中规定了锂离子电池模块的简单模拟工况测试标准，但它只是一个通过性的测试标准，对于具体车型和运行工况并不完全适合。

在现实应用中，一般都采用以下方法绘制电动汽车的工况曲线，针对不同路况，电动汽车进行实地行驶，并实时采集相关的工况数据，再利用该工况数据生成电动汽车工况曲线，再做进一步的各种试验，最终可得到电池组在该工况下的电池性能等信息。这种方法缺少灵活性，对于每一种工况都要电动汽车实地行驶，这样致使电动汽车耗能大，整个实验的时间也很长。另外，由于电动汽车不能采集到所有工况的数据，致使这种方法有很大的局限性同时缺少灵活性。

还有一种基于实车运行数据的动力电池动态测试工况的统计方法，该方法应用于纯电动汽车动力电池动态测试工况，可以反映动力电池的动态性能。该方法需要统计大量的现实数据，费时费力。

(三)发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种应用范围广、灵活性大，可以高度吻合现实中的工况，并且大大地降低了生成工况模拟曲线的时间及能耗的电动汽车工况曲线的模拟生成方法。

一种电动汽车工况曲线的模拟生成方法，包括下述步骤：

(一)设置电动汽车的车辆基本信息和一个以上的工况动作：

所述车辆基本信息包括车辆形状、汽车类型、整备质量、轮胎花纹和轮胎宽度；

所述工况动作包括工况动作类型及工况动作参数，所述工况动作类型选自启动、匀速、减速、加速、滑坡、上坡、怠速，停车或熄火，所述工况动作参数包括运行信息、行驶信息和外界环境状况，所述运行信息包括载重量、轮胎气压和车内辅助设施用电状况，所述行驶信息包括初速度、末速度和行驶时间；所述外界环境状况包括路面状况、路面坡角、风向、风速、气温和大气压力；

(二)计算电动汽车电动电池组输出功率与运行时间的定量关系：

动力电池组输出功率为 $P=\frac{W_e}{t_2-t_1}=\frac{{\mathrm{\λW}}_{t_1{t}_2}}{t_2-t_1}+P_f=\frac{\mathrm{\λ}\underset{t_1}{\overset{t_2}{\∫}}\mathrm{v\ΣFdt}}{t_2-t_1}+P_f;$

其中，W_e为t₁，t₂时间间隔内动力电池组所消耗的总功；

为t₁，t₂时间间隔内用于汽车行驶所需的功；t₁，t₂为开始时间，结束时间；v为运动过程的瞬时速度；λ为电能转化为动能的转换参数，当

为正值时，λ取1.1，当

为负值时，λ取0.5；P_f为t₁，t₂时间间隔内车内辅助设施所需的功率；

F为动力汽车在行驶过程中受到的各种阻力，该阻力包括滚动阻力、空气阻力、爬坡阻力和加速阻力，汽车行驶的总阻力可表达为∑F＝F_r+F_w+F_g+F_j，其中，F_r为滚动阻力，F_w为空气阻力，F_g为爬坡阻力，F_j为加速阻力；

1、轮胎的滚动阻力F_r＝Gf_rcosα，其中G为汽车的总重力，α为路面的倾斜角度，f_r为滚动阻力系数；

$f_r=(1+{\mathrm{\η}}_h)\frac{1}{185\left(\mathrm{mm}\right)}(f_{R_0}{+f}_{R_1}\frac{v}{100(\mathrm{km}/h)}+f_{R_2}{\left(\frac{v}{100(\mathrm{km}/h)}\right)}^4)$

其中，ηh为车的花纹系数，其取值见表1；l为轮胎宽度，单位为mm；

是与道路情况和轮胎气压相关的系数，对应的数据表分别如表2，表3，表4；v为车辆的速度，单位为km/h；

表1车的轮胎花纹系数表

车轮花纹	花纹系数
		纵向	0.0015
横向	0.004
		混合	0.0028
泥雪地	0.0045
		越野	0.0051
定向	0.001

表2滚动阻力相关系数

的取值表

表3滚动阻力相关系数

的取值表

表4滚动阻力相关系数的取值表

2、空气阻力 $F_w=\frac{1}{2}{\mathrm{\ρA}}_f{C}_d{(v+v_w)}^2;$

其中，v电动汽车的行驶速度；A_f为车辆迎风的正面面积，其取值见表5；C_d为车辆形状特征的空气阻力系数，见表6；v_w为车辆运行方向上的风速分量，当其取向与车速方向相反时为正值，反之取负值；ρ为空气密度，

P为大气压，单位为kP_a；θ为气温，单位为℃；

表5车辆迎风的正面面积表

车型	迎风面积(m2)
		轿车	1.87
帆布篷货车	8.8
		平板车	6.9
厢式车	9.05

表6空气阻力系数表

3、爬坡阻力F_g＝Mgsinα；

其中，M为车辆的总质量；g为重力加速度，9.8m/s²；α为路面的倾斜角度；

4、加速阻力 $F_j=\mathrm{\δM}\frac{\mathrm{dv}}{\mathrm{dt}};$

其中，δ为汽车旋转质量换算系数，δ＝1+δ₁，δ₁取值见表7；M为车辆的总质量；

为车辆的行驶加速度；

表7δ₁的一般取值表

电动汽车类型	δ1
		轿车等电动汽车	0.06
货车等电动汽车	0.045

从而，电动汽车电动电池组输出功率：

$P=\frac{\mathrm{\λ}\underset{t_1}{\overset{t_2}{\∫}}v({\mathrm{Gf}}_r\cos \mathrm{\α}+\frac{1}{2}{\mathrm{\ρA}}_f{C}_d{(v+v_w)}^2+\mathrm{Mg}\sin \mathrm{\α}+\mathrm{\δM}\frac{\mathrm{dv}}{\mathrm{dt}})\mathrm{dt}}{t_2-t_1}+P_f;$

(三)以t₂-t₁＝1s的时间间隔，求得时间间隔内的电动汽车电动电池组平均输出功率，从而得到电动汽车动力电池组输出功率与时间的关系曲线。

本专利的模拟电动汽车各类工况的曲线生成方法既可以根据电动汽车采集得到工况数据进行电动汽车工况曲线的模拟，同时用户也可以通过对各种工况特定动作进行选择，并设定各个动作的执行次序，同时还可以对各种动作的各种参数进行设置，最终模拟生成电动汽车的工况曲线，再进行各类相关测试。这种方法有很大的灵活性，同时高度吻合现实中的工况，这大大地降低了生成工况模拟曲线的时间以及能耗。

(四)附图说明

图1是本专利实施例1的流程框图。

图2是本专利实施例1的模拟生成方法得到的电动汽车工况曲线。

图3是本专利实施例2的流程框图。

图4是本专利实施例2的模拟生成方法得到的电动汽车工况曲线。

图5是本专利电动汽车工况曲线的模拟生成方法的流程图。

(五)具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例1

见图5，一种电动汽车工况曲线的模拟生成方法，该实施例的流程框图如图1，具体包括下述步骤：

(一)对电动汽车车辆基本信息进行设置，包括：车辆形状(可选，分为敞篷汽车、厢车车身、折背式车身、楔形车身、K形车身、最佳流线形设计)、汽车类型(可选，分为轿车、帆布篷货车、平板车、厢式车)、车辆整备质量、轮胎花纹(可选，分为纵向、横向、混合、泥雪地、越野、定向)、轮胎宽度；

具体的示例如下：车整备质量：1100kg，车辆形状：流线形设计，电动汽车类型：轿车；轮胎花纹：纵向，轮胎宽度：185mm。

对工况动作类型进行设置，从启动、匀速、减速、加速、滑坡、上坡、怠速，停车或熄火中选择；

对运行信息进行设置：载重量(100Kg)、轮胎气压(可选，分三档：低、正常、高)、车内辅助设施用电状况：空调，音响，照明，刮水器，收音机，导航系统等其它车内辅助设施功率(可选，分三档：大功率2000W，正常功率300W，小功率0W，均设为定值)；

对行驶信息进行设置：初速度(m/s)，末速度(m/s)，行驶时间(s)；

对外界环境状况进行设置：包括路面状况(可选，分为：干燥的柏油路或水泥路、雨水或积雪的柏油路或水泥路、、干燥的碎石路、雨水或积雪的碎石路、干燥的土路、雨水或积雪的土路)、路面坡角、风向(风向与车行驶方向的夹角)、风速(m/s)、气温(℃)及大气压力(kP_a，默认为一个标准大气压)；

对于同一车辆而言，上述的车辆基本信息维持不变，而工况动作类型、工况动作参数(包括运行信息、行驶信息及外界环境状况)均为可变参数，统称为一个工况动作。本专利中，一次可以设置一个工况动作，也可以设置多个工况动作，在设置多个工况动作时，每一个工况动作可以设置不同的类型及参数。下面是本实施例选择的工况动作类型以及相应的参数设置，如表8所示。

表8工况动作类型以及相应的参数设置表

(二)计算电动汽车电动电池组输出功率与运行时间的定量关系：

动力电池组输出功率为 $P=\frac{W_e}{t_2-t_1}=\frac{{\mathrm{\λW}}_{t_1{t}_2}}{t_2-t_1}+P_f=\frac{\mathrm{\λ}\underset{t_1}{\overset{t_2}{\∫}}\mathrm{v\ΣFdt}}{t_2-t_1}+P_f;$

其中，W_e为t₁，t₂时间间隔内动力电池组所消耗的总功；

为t₁，t₂时间间隔内用于汽车行驶所需的功；t₁，t₂为开始时间，结束时间；v为运动过程的瞬时速度；λ为电能转化为动能的转换参数，当减速或下坡时，电动汽车电池组可能存在能量反馈。当

为正值时，不存在能量反馈，λ取1.1，当

为负值时，存在能量反馈，λ取0.5；P_f为t₁，t₂时间间隔内车内辅助设施所需的功率；

F为动力汽车在行驶过程中受到的各种阻力，该阻力包括滚动阻力、空气阻力、爬坡阻力和加速阻力，汽车行驶的总阻力可表达为∑F＝F_r+F_w+F_g+F_j，其中，F_r为滚动阻力，F_w为空气阻力，F_g为爬坡阻力，F_j为加速阻力；

2、轮胎的滚动阻力F_r＝Gf_rcosα，其中G为汽车的总重力，α为路面的倾斜角度，f_r为滚动阻力系数；

$f_r=(1+{\mathrm{\η}}_h)\frac{1}{185\left(\mathrm{mm}\right)}(f_{R_0}{+f}_{R_1}\frac{v}{100(\mathrm{km}/h)}+f_{R_2}{\left(\frac{v}{100(\mathrm{km}/h)}\right)}^4)$

其中，η_h为车的花纹系数，其取值见表1；l为轮胎宽度，单位为mm；是与道路情况和轮胎气压相关的系数，对应的数据表分别如表2，表3，表4；v为车辆的速度，单位为km/h；

表1车的轮胎花纹系数表

车轮花纹	花纹系数
		纵向	0.0015
横向	0.004
		混合	0.0028
泥雪地	0.0045
		越野	0.0051
定向	0.001

表2滚动阻力相关系数

的取值表

表3滚动阻力相关系数

的取值表

表4滚动阻力相关系数

的取值表

2、空气阻力 $F_w=\frac{1}{2}{\mathrm{\ρA}}_f{C}_d{(v+v_w)}^2;$

其中，v电动汽车的行驶速度；A_f为车辆迎风的正面面积，其取值见表5；C_d为车辆形状特征的空气阻力系数，见表6；v_w为车辆运行方向上的风速分量，当其取向与车速方向相反时为正值，反之取负值；ρ为空气密度，

P为大气压，单位为kP_a；θ为气温，单位为℃；

表5车辆迎风的正面面积表

车型	迎风面积(m2)
		轿车	1.87
帆布篷货车	8.8
		平板车	6.9
厢式车	9.05

表6空气阻力系数表

车辆形状	空气阻力系数
		敞篷汽车	0.6
厢车车身	0.55
		折背式车身	0.475
楔形车身	0.475
		K形车身	0.23
最佳流线形设计	0.175

3、爬坡阻力F_g＝Mgsinα；

其中，M为车辆的总质量；g为重力加速度，9.8m/s²；α为路面的倾斜角度；

4、加速阻力 $F_j=\mathrm{\δM}\frac{\mathrm{dv}}{\mathrm{dt}};$

其中，δ为汽车旋转质量换算系数，δ＝1+δ₁，δ₁取值见表7；M为车辆的总质量；

为车辆的行驶加速度；

表7δ₁的一般取值表

电动汽车类型	δ1
		轿车等电动汽车	0.06
货车等电动汽车	0.045

从而，电动汽车电动电池组输出功率：

$P=\frac{\mathrm{\λ}\underset{t_1}{\overset{t_2}{\∫}}v({\mathrm{Gf}}_r\cos \mathrm{\α}+\frac{1}{2}{\mathrm{\ρA}}_f{C}_d{(v+v_w)}^2+\mathrm{Mg}\sin \mathrm{\α}+\mathrm{\δM}\frac{\mathrm{dv}}{\mathrm{dt}})\mathrm{dt}}{t_2-t_1}+P_f;$

(三)以t₂-t₁＝1s的时间间隔，求得时间间隔内的电动汽车电动电池组平均输出功率，从而得到电动汽车电动电池组输出功率与时间的关系曲线，如图2所示。

实施例2

该实施例的流程框图如图3，使用表9设置的工况动作类型及参数，其它步骤及参数与实施例1相同，同样可以得到相应的电动汽车工况曲线，如图4所示。

表9

综上所述，本专利是通过对各种工况动作的选择与设置，并设定各个动作的执行次序，最终模拟生成电动汽车的工况模拟曲线，基于生成的工况模拟曲线可以进行各种测试，进而对电动汽车动力电池的动态性能进行预测与分析。这种方法有很大的灵活性，可以模拟现实中的各种各样的工况，这大大地降低了生成工况模拟曲线的时间以及能耗。

Claims (1)

1.一种电动汽车工况曲线的模拟生成方法，其特征在于包括下述步骤：

(一)设置电动汽车的车辆基本信息和一个以上的工况动作：

所述车辆基本信息包括车辆形状、汽车类型、整备质量、轮胎花纹和轮胎宽度；

所述工况动作包括工况动作类型及工况动作参数，所述工况动作类型选自启动、匀速、减速、加速、滑坡、上坡、怠速，停车或熄火，所述工况动作参数包括运行信息、行驶信息和外界环境状况，所述运行信息包括载重量、轮胎气压和车内辅助设施用电状况，所述行驶信息包括初速度、末速度和行驶时间；所述外界环境状况包括路面状况、路面坡角、风向、风速、气温和大气压力；

(二)计算电动汽车电动电池组输出功率与运行时间的定量关系：

动力电池组输出功率为 $P=\frac{W_e}{t_2-t_1}=\frac{{\mathrm{\λW}}_{t_1{t}_2}}{t_2-t_1}+P_f=\frac{\mathrm{\λ}\underset{t_1}{\overset{t_2}{\∫}}\mathrm{v\ΣFdt}}{t_2-t_1}+P_f;$

其中，W_e为t₁，t₂时间间隔内动力电池组所消耗的总功；

为t₁，t₂时间间隔内用于汽车行驶所需的功；t₁，t₂为开始时间，结束时间；v为运动过程的瞬时速度；λ为电能转化为动能的转换参数，当

为正值时，λ取1.1，当

为负值时，λ取0.5；P_f为t₁，t₂时间间隔内车内辅助设施所需的功率；

F为动力汽车在行驶过程中受到的各种阻力，该阻力包括滚动阻力、空气阻力、爬坡阻力和加速阻力，汽车行驶的总阻力可表达为∑F＝F_r+F_w+F_g+F_j，其中，F_r为滚动阻力，F_w为空气阻力，F_g为爬坡阻力，F_j为加速阻力；

①、轮胎的滚动阻力F_r＝Gf_rcosα，其中G为汽车的总重力，α为路面的倾斜角度，f_r为滚动阻力系数；

$f_r=(1+{\mathrm{\η}}_h)\frac{1}{185\left(\mathrm{mm}\right)}(f_{R_0}{+f}_{R_1}\frac{v}{100(\mathrm{km}/h)}+f_{R_2}{\left(\frac{v}{100(\mathrm{km}/h)}\right)}^4)$

其中，η_h为车的花纹系数，其取值见表1；l为轮胎宽度，单位为mm；

是与道路情况和轮胎气压相关的系数，对应的数据表分别如表2，表3，表4；v为车辆的速度，单位为km/h；

表1车的轮胎花纹系数表

  车轮花纹   花纹系数   纵向   0.0015   横向   0.004   混合   0.0028   泥雪地   0.0045   越野   0.0051   定向   0.001

表2滚动阻力相关系数

的取值表

表3滚动阻力相关系数

的取值表

表4滚动阻力相关系数

的取值表

②、空气阻力 $F_w=\frac{1}{2}{\mathrm{\ρA}}_f{C}_d{(v+v_w)}^2;$

其中，v电动汽车的行驶速度；A_f为车辆迎风的正面面积，其取值见表5；C_d为车辆形状特征的空气阻力系数，见表6；v_w为车辆运行方向上的风速分量，当其取向与车速方向相反时为正值，反之取负值；ρ为空气密度，

P为大气压，单位为kP_a；θ为气温，单位为℃；

表5车辆迎风的正面面积表

  车型   迎风面积(m²)   轿车   1.87   帆布篷货车   8.8   平板车   6.9   厢式车   9.05

表6空气阻力系数表

  车辆形状   空气阻力系数   敞篷汽车   0.6   厢车车身   0.55   折背式车身   0.475   楔形车身   0.475   K形车身   0.23   最佳流线形设计   0.175

③、爬坡阻力F_g＝Mgsinα；

其中，M为车辆的总质量；g为重力加速度，9.8m/s²；α为路面的倾斜角度；

④、加速阻力 $F_j=\mathrm{\δM}\frac{\mathrm{dv}}{\mathrm{dt}};$

其中，δ为汽车旋转质量换算系数，δ＝1+δ₁，δ₁取值见表7；M为车辆的总质量；

为车辆的行驶加速度；

表7δ₁的一般取值表

  电动汽车类型   δ₁   轿车等电动汽车   0.06   货车等电动汽车   0.045

从而，电动汽车电动电池组输出功率：

$P=\frac{\mathrm{\λ}\underset{t_1}{\overset{t_2}{\∫}}v({\mathrm{Gf}}_r\cos \mathrm{\α}+\frac{1}{2}{\mathrm{\ρA}}_f{C}_d{(v+v_w)}^2+\mathrm{Mg}\sin \mathrm{\α}+\mathrm{\δM}\frac{\mathrm{dv}}{\mathrm{dt}})\mathrm{dt}}{t_2-t_1}+P_f;$

(三)以t₂-t₁＝1s的时间间隔，求得时间间隔内的电动汽车电动电池组平均输出功率，从而得到电动汽车电动电池组输出功率与时间的关系曲线。

Images