CN102798422A - 一种测量混合动力电动汽车油耗的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量混合动力电动汽车油耗的方法，包括如下步骤：计算混合动力电动汽车运行过程中动力电池组的净能量变化NEC；当NEC占总能耗百分比小于1%时，油耗量真实值为油耗量实测值，当NEC占总能耗百分比大于1%时，将电池组净能量变化转化为当量里程，若NEC>0，即动力电池组向外界输出能量，真实里程为实测里程减去当量里程，此真实里程对应的油耗量即为油耗量真实值，若NEC<0，即动力电池组吸收能量，真实里程为实测里程加上当量里程，此真实里程对应的油耗量即为油耗量真实值。本发明考虑了电池的能量转换效率，计算值更为准确，提出的修正混合动力电动汽车油耗的当量里程法可以简化测试过程，简单有效。

Description

一种测量混合动力电动汽车油耗的方法

技术领域

本发明涉及电动汽车测试技术领域，具体涉及一种测量混合动力电动汽车油耗的方法。

背景技术

发展电动汽车是应对能源安全、环境污染和气候变化挑战，保持我国汽车工业可持续发展的根本途径；是应对汽车动力电气化技术变革、实现我国汽车工业技术转型和科技跨越的战略机遇；是培育新兴产业和新经济增长点的战略选择。经过“863”连续两个五年计划的支持，我国已基本建立了具有自主知识产权的电动汽车动力系统技术研发平台，初步构成了关键零部件的配套研发体系和产业化生产能力，25个试点城市新能源汽车保有量超过10000辆。由于动力电池组关键技术尚未取得突破，存在寿命短、能量密度低、安全性不高等缺点，使得纯电驱动汽车目前仍处于小批量试制阶段。混合动力电动汽车作为向纯电驱动汽车过渡的车型，已率先实现产业化，正成为汽车市场销售的热点和新的增长点。相对于传统汽车而言，混合动力电动汽车的动力系统发生了重大的变化，增加的储能装置使得传统汽车的油耗测试与评价方法已不再适用于混合动力电动汽车。而目前颁布实施的混合动力电动汽车油耗测试和评价方法普遍存在动力电池组净能量变化计算不够准确和油耗校正测试方法过于复杂的问题，使得现有的混合动力电动汽车油耗测试和评价方法与真实结果之间存在偏差，不能被各生产企业广泛认可。

因此，有必要提供一种客观、公平的测量混合动力汽车油耗的方法来克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种不仅考虑电池的能量转化效率，而且采用了当量里程法对油耗进行更为简单有效的修正，使得油耗值真实准确的测量混合动力电动汽车油耗的方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种测量混合动力电动汽车油耗的方法，包括如下步骤：

（1）试验准备工作与试验车辆预循环；

（2）在底盘测功机转毂试验台上，按照测试循环（对于轻型混合动力电动汽车为GB 18352.3-2005所述的测试循环，由市区运转循环和市郊运转循环两部分组成；对于重型混合动力电动汽车为中国典型城市公交循环CCBC），运行混合动力电动汽车试验样车，运行过程中测量并记录动力电池组的瞬态充/放电电流及电压、混合动力电动汽车的燃油消耗量；

（3）待所述混合动力电动汽车运行完成后，运用积分法计算动力电池组净能量变化NEC；

（4）当NEC占总能耗百分比小于1%，油耗真实值为消耗量实测值；

（5）当NEC占总能耗百分比大于1%，若NEC>0，即动力电池组向外界输出能量，真实里程为实测里程减去所述NEC对应的当量里程，此真实里程对应的油耗量即为油耗量真实值，若NEC<0，即动力电池组吸收能量，真实里程为实测里程加上所述NEC对应的当量里程，此真实里程对应的油耗量即为油耗量真实值；

在本发明的一个实施例中，所述步骤（3）具体为：

根据混合动力电动汽车运行过程中动力电池组的瞬态充/放电电流、电压及相应时间，以及对应过程中平均充/放电能量转化效率，通过公式 $\mathrm{NEC}=\frac{1}{{\mathrm{\&eta;}}_{\mathrm{dis}0}}{\&Integral;}_{t0}^{t1}{V}_t\&times;I_{\mathrm{dis}}\mathrm{dt}-{\mathrm{\&eta;}}_{\mathrm{ch}0}{\&Integral;}_{t0}^{t1}{V}_t\&times;I_{\mathrm{char}}\mathrm{dt}$ 计算动力电池组净能量变化，其中NEC为动力电池组净能量变化，t0为运行起始时间，t1为运行终止时间，V_t为动力电池组瞬态电压，I_char为动力电池组瞬态充电电流，I_dis为动力电池组瞬态放电电流，η_ch0为对应过程中动力电池组平均充电能量转换效率，η_dis0为对应过程中动力电池组平均放电能量转换效率。

由混合动力电动汽车运行过程中的瞬时充/放电电流可知，运行过程中的平均充/放电电流分别为I_ch0和I_dis0，通过公式η_disch=0.99722-0.04137×I+0.00344×I²或η_charge=0.99121-0.04221×I+0.0082×I²计算放电或充电能量转化效率，其中η_disch为放电能量转化效率，η_charge是充电能量转化效率，I为电流，单位是倍率。

在本发明的另一实施例中，所述步骤（5）具体为：

当NEC占总能耗百分比大于1%，若NEC>0，此NEC对应的当量里程为S_e，运行过程中的实测里程为S，运行过程中的实测油耗为B，则运行过程中的真实里程S_a1=S-S_e，混合动力电动汽车的真实油耗为：B_a=B/ S_a1*100(L/100km)；若NEC<0，此NEC对应的当量里程为S_e，运行过程中的实测里程为S，运行过程中的实测油耗为B，则运行过程中的真实里程S_a2=S+S_e，混合动力电动汽车的真实油耗为：B_a=B/ S_a2*100(L/100km)。

依据汽车理论知识可知，可通过如下公式计算NEC对应的当量里程：当NEC>0时，

；当NEC<0时，，其中S_e为当量里程，NEC为动力电池组的净能量变化，η_c为底盘测功装置平均传动效率，η_m为电机及其控制器平均工作效率，η_disch为动力电池组平均放电能量转化效率，η_ch为动力电池组平均充电能量转化效率，F_驱动力为汽车行驶过程中的平均驱动力。

汽车行驶过程中的平均驱动力F_驱动力可通过公式计算，其中W_驱动为汽车行驶过程中的驱动能量，S为汽车行驶过程中的实测里程。且W_驱动可通过公式

计算，其中V为车速，单位千米每小时（km/h）；NEC为动力电池组净能量变化，单位千瓦时（kWh）；t为测试循环时间，单位秒（s）；k₁为单位换算系数，k₁=（3.6）^-1，单位(km/h)/(m/s)；k₂为单位换算系数，k₂=（3.6*10⁶）^-1，单位kWh/J；m为整车惯性质量，单位千克（kg）；A、B、C为滑行阻力系数，对应单位分别为N、N/(km/h)、N/(km/h)²。

与现有技术相比，本发明测量混合动力汽车油耗的方法不仅考虑了电池的能量转化效率，而且采用了当量里程法对油耗进行更为简单有效的修正，使得油耗值真实准确，且测量时无需跟踪在测试过程中电池净能量或SOC的动态变化，方法简单有效，准确性高，具有很强的操作性和实用性。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1为本发明测量混合动力电动汽车油耗的方法的流程图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。

下面结合图1说明本发明测量混合动力电动汽车油耗的方法，步骤如下：

步骤S1，试验准备工作与试验车辆预循环：试验准备工作包括试验车辆的检查、试验车辆的预处理、转毂热机、试验车辆安装与试验车辆在转毂上阻力设定。上述试验准备工作完成后，需进行一个完整的测试循环，即预循环，对测试设备进行充分预热，检测测试设备的运行情况，以保证稍后的测试结果的精确性。预循环完成以后要关闭试验车辆的点火锁，静置20分钟。上述所有工作完成后，方可开始试验；

步骤S2，确定消耗量实测值、尾气排放实测值：在底盘测功机转毂试验台上，按照一定的测试循环（对于轻型混合动力电动汽车为GB 18352.3-2005所述的测试循环，由市区运转循环和市郊运转循环两部分组成；对于重型混合动力电动汽车为中国典型城市公交循环CCBC），运行混合动力电动汽车试验样车，运行过程中测量并记录动力电池组的瞬态充/放电电流、电压及相应时间，以及混合动力电动汽车的燃油消耗量；

步骤S3，确定动力电池组的净能量变化：待所述混合动力电动汽车运行完成后，根据测试过程中记录的瞬时充/放电电流、电压及相应时间，运用电池能量转化效率模型，通过公式 $\mathrm{NEC}=\frac{1}{{\mathrm{\&eta;}}_{\mathrm{dis}0}}{\&Integral;}_{t0}^{t1}{V}_t\&times;I_{\mathrm{dis}}\mathrm{dt}-{\mathrm{\&eta;}}_{\mathrm{ch}0}{\&Integral;}_{t0}^{t1}{V}_t\&times;I_{\mathrm{char}}\mathrm{dt}$ 计算动力电池组净能量变化；

步骤S4，判断测试前后动力电池组净能量变化范围：若NEC占总能耗百分比小于1%，继续下一步，若NEC占总能耗百分比大于1%，当NEC>0，转步骤S6，当NEC<0，转步骤S8；

步骤S5，测试结果不需要任何更改，即消耗量真实值为步骤S3得到的消耗量实测值，结束；

步骤S6，通过公式

计算动力电池组对外输出能量所对应的当量里程；

步骤S7，结果校正，混合动力电动汽车的真实行驶里程为实测里程减去当量里程，真实油耗为所述真实里程对应的油耗，结束；

步骤S8，通过公式

计算动力电池组吸收能量所对应的当量里程；

步骤S9，结果校正，混合动力电动汽车的真实行驶里程为实测里程加上当量里程，真实油耗为所述真实里程对应的油耗，结束。

由上可以看出，本发明测量混合动力汽车油耗和排放的方法不仅考虑了发电系统能量转化效率（步骤S12和步骤S9），而且考虑电池的能量转换效率（步骤S11和步骤S8），因此油耗和排放的测量值真实准确，且测量时无需跟踪在测试过程中电池净能量或SOC的动态变化，方法简单有效，准确性高，具有很强的操作性和实用性。

下面对步骤S3中的电池能量转化效率模型进行说明。电池能量转化效率模型的建立过程是：

（1）根据另一专利提出的电池能量模型计算动力电池组的净能量ΔQ_n，电池能量模型的建立过程如下：

（11）将SOC=0（电池组按照相应标准进行放电操作释放全部电量直至达到放电截止电压）的电池组按照1/25C进行恒流充电，当充电时间达到25小时或者充电电压达到充电截止电压时停止充电；记录电池组充电电压变化曲线；

（12）将SOC=1（电池组按照相应标准进行充电操作吸收全部电量直至达到充电截止电压）的电池组按照1/25C进行恒流放电，当放电时间达到25小时或者放电电压达到放电截止电压时停止放电；记录电池组放电电压变化曲线；

（13）将上述实验测试所得充电电压变化曲线以及放电电压变化曲线相加取平均值，得到电池组开路电压U_ocv变化曲线；

（14）根据开路电压U_ocv同荷电状态SOC之间的函数关系式 $y=k_1{x}^6+k_2{x}^5+k_3{x}^4+k_4{x}^3+k_5{x}^2+k_{6}x+k_7+k_8{e}^{(k_9-x^{k_{10}})}$ 以及所述开路电压U_ocv曲线的对应值求出函数关系式中的未知参数，进而得到开路电压同荷电状态的定量关系式，其中y代表动力电池组开路电压U_ocv，x代表动力电池组荷电状态SOC，k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆、k₇、k₈、k₉、k₁₀代表未知参数；

（15）采用电池组开路电压同荷电状态的定量关系式计算任一荷电状态区间的电池组净能量变化，计算公式为：，其中，ΔQ_n为净能量变化，C_n为额定容量，SOC(0)至SOC(t)为荷电状态区间，该计算公式即为电池能量模型。

（2）参考相关国家以及企业标准，不同类型电池组按照相应标准进行放电操作释放全部电量；电池组按照不同充电电流进行恒流充电直至充电电压达到充电截止电压，在整个恒流充电过程中完成电流、电压以及时间等等参数数据记录，直接通过电压、电流和时间积分即可得到在特定恒流充电过程中（即对应充电电流和荷电状态区间）充电电源输入电池组能量Q_in；

（3）参考相关国家以及企业标准，不同类型电池组按照相应标准进行充电操作吸收全部电量；电池组按照不同放电电流进行恒流放电直至放电电压达到放电截止电压，在整个恒流放电过程中完成电流、电压以及时间等等参数数据记录；直接通过电压、电流和时间积分即可得到在特定恒流放电过程中（即对应放电电流和荷电状态区间）电池组对外输出能量Q_out；

（4）根据在相同荷电状态（SOC）区间时步骤（2）得到的充电电源输入电池组的能量Q_in和通过步骤（1）得到的净能量ΔQ_n计算特定恒流充电过程中电池组净能量变化与充电电源输入电池组能量之比，得到特定恒流充电条件下电池组充电能量转化效率η_charge，计算公式为η_charge=ΔQ_n/Q_in；通过线性拟合或者多项式拟合计算可得到电池组充电能量转化效率与充电电流I之间的函数关系，其中充电电流I的单位为倍率C；

（5）根据在相同荷电状态(SOC)区间时步骤（3）得到的电池组对外输出的能量Q_out和通过步骤（1）得到的净能量ΔQ_n计算特定恒流放电过程中电池组对外输出的能量与电池组净能量变化之比，得到特定恒流放电条件下电池组放电能量转化效率η_disch，计算公式为η_disch=Q_out/ΔQ_n；通过线性拟合或多项式拟合计算可得到电池组放电能量转化效率η_disch与放电电流I之间的函数关系，其中放电电流I的单位是倍率C。

下面对步骤S6和步骤S8中的当量里程计算进行说明。当量里程计算的具体过程是：

（1）确定混合动力电动汽车的驱动能量：依据滑行试验确定的滑行阻力系数和底盘测功装置记录的车辆的瞬时速度，通过公式可计算得到混合动力电动汽车的驱动能量W_驱动，其中V代表车速，单位千米每小时（km/h）；t代表测试循环时间，单位秒（s）；k₁代表单位换算系数，k₁=（3.6）^-1，单位(km/h)/(m/s)；k₂代表单位换算系数，k₂=（3.6*10⁶）^-1，单位kWh/J；m代表整车惯性质量，单位千克（kg）；A、B、C代表滑行阻力系数，对应单位分别为N、N/(km/h)、N/(km/h)²。

（2）确定混合动力电动汽车行驶过程中的平均驱动力：依据步骤1确定的混合动力电动汽车驱动能量W_驱动和底盘测功装置测得的车辆行驶里程S，通过公式

可计算得到混合动力电动汽车行驶过程中的平均驱动力F_驱动。

（3）确定混合动力电动汽车的当量里程：当NEC>0，依据底盘测功装置平均传动效率、电机及其控制器平均工作效率、动力电池组净能量变化量、动力电池组平均放电效率和步骤2确定的混合动力电动汽车行驶过程中的平均驱动力，通过公式可计算得出动力电池组放出的能量所对应的当量里程，其中η_c代表底盘测功装置平均传动效率；η_m代表电机及其控制器平均工作效率；NEC代表动力电池组净能量变化；η_disch代表动力电池组平均放电效率；F_驱动力代表车辆行驶过程中的平均驱动力；S_e代表NEC对应的当量里程。当NEC<0，依据底盘测功装置平均传动效率、电机及其控制器平均工作效率、动力电池组净能量变化量、动力电池组平均充电效率和步骤2确定的混合动力电动汽车行驶过程中的平均驱动力，通过公式

可计算得出动力电池组吸收的能量所对应的当量里程，其中η_c代表底盘测功装置平均传动效率；η_m代表电机及其控制器平均工作效率；NEC代表动力电池组净能量变化；η_ch代表动力电池组平均充电效率；F_驱动力代表车辆行驶过程中的平均驱动力；S_e代表NEC对应的当量里程。

下面结合具体实例详细说明本发明的技术方案。

实例一：

某公司生产的一款混合动力客车，储能装置为磷酸铁锂型蓄电池组，动力电池组的性能参数见表1。

表1

类型	锂离子电池
		生产企业	中信国安盟固利动力科技有限公司
型号	SPIM14250190
		单体电压/容量(V/Ah)	3.7V/35Ah
质量比能量(Wh/kg)	97Wh/kg
		单体个数及连接方式	286只,2并143串
总电压(V)	530

下面说明测量具有该锂离子动力电池组的混合动力客车油耗的方法，包括如下步骤：

试验准备工作与试验车辆预循环：试验准备工作包括试验车辆的检查、试验车辆的预处理、转毂热机、试验车辆安装与试验车辆在转毂上阻力设定。上述试验准备工作完成后，需进行一个完整的测试循环，即预循环，对测试设备进行充分预热，检测测试设备的运行情况，以保证稍后的测试结果的精确性。预循环完成以后要关闭试验车辆的点火锁，静置20分钟。上述所有工作完成后，方可开始试验；

确定消耗量实测值、尾气排放实测值：由于试验样车为重型混合动力电动汽车，因此在转毂实验台上，按照中国典型城市公交循环（CCBC）（对于重型混合动力电动汽车，中国所采用的测试循环为中国典型城市公交循环）运行所述混合动力客车样车，运行过程中测量并记录动力电池组的瞬时充/放电电流、电压以及相应时间，测得该混合动力客车的行驶距离为5.880km，柴油的消耗量为1.525L,则该混合动力客车的百公里油耗实测值为25.932L/100Km；

通过电池能量转化效率模型计算动力电池组净能量的变化：根据申请号为：201110000612.7，发明名称为：蓄电池能量效率测量方法的专利申请中的电池放电能量转化效率模型的函数关系式：η_disch=0.99722-0.04137×I+0.00344×I²（其中η_disch为放电能量转化效率；I为放电电流，单位为倍率），计算动力电池组放电能量转化效率。根据在转毂实验中测得的瞬时放电电流值算出放电电流的平均值为25A，即0.36C，得到放电能量转化效率为98.32%；根据在转毂实验中测得的瞬时充电电流值算出充电电流的平均值为46A，即0.66C，得到充电能量转化效率为96.69%。最后通过公式 $\mathrm{NEC}=\frac{1}{{\mathrm{\&eta;}}_{\mathrm{dis}0}}{\&Integral;}_{t0}^{t1}{V}_t\&times;I_{\mathrm{dis}}\mathrm{dt}-{\mathrm{\&eta;}}_{\mathrm{ch}0}{\&Integral;}_{t0}^{t1}{V}_t\&times;I_{\mathrm{char}}\mathrm{dt}$ 计算动力电池组净能量变化，本实施例中NEC=-0.216kWh，则本实施例中动力电池组吸收的能量为0.216kWh；

结果校正：通过公式

、

和

可以计算得出0.216kWh能量对应的当量里程为0.196km，则混合动力客车的真实里程为6.076km，该混合动力客车的真实百公里油耗为：

真实百公里油耗：25.932/6.076*100（L/100km）=25.10（L/100Km），

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (4)

1.一种测量混合动力电动汽车油耗的方法，包括如下步骤：

（1）试验准备工作与试验车辆预循环；

（2）在底盘测功机转毂试验台上，按照测试循环运行混合动力电动汽车试验样车，运行过程中测量并记录动力电池组的瞬态充/放电电流及电压、混合动力电动汽车的燃油消耗量；

（3）待所述混合动力电动汽车运行完成后，运用积分法计算动力电池组净能量变化NEC；

（4）当NEC占总能耗百分比小于1%，油耗量真实值为消耗量实测值；

（5）当NEC占总能耗百分比大于1%，若NEC>0，即动力电池组向外界输出能量，真实里程为实测里程减去所述NEC对应的当量里程，此真实里程对应的油耗量即为油耗量真实值，若NEC<0，即动力电池组吸收能量，真实里程为实测里程加上所述NEC对应的当量里程，此真实里程对应的油耗量即为油耗量真实值。

2.如权利要求1所述的测量混合动力电动汽车油耗的方法，其特征在于：所述步骤（1）具体为：

试验准备工作包括试验车辆的检查、试验车辆的预处理、转毂热机、试验车辆安装与试验车辆在转毂上阻力设定，上述试验准备工作完成后，进行一个完整的测试循环，即预循环，对测试设备进行充分预热，检测测试设备的运行情况，以保证稍后的测试结果的精确性，预循环完成以后要关闭试验车辆的点火锁，静置20分钟，上述所有工作完成后，方可开始试验。

3.如权利要求1所述的测量混合动力电动汽车油耗的方法，其特征在于：所述步骤（3）具体为：

根据混合动力电动汽车运行过程中动力电池组的瞬态充/放电电流、电压及相应时间，以及对应过程中平均充/放电能量转化效率，通过公式

$\mathrm{NEC}=\frac{1}{{\mathrm{\&eta;}}_{\mathrm{dis}0}}{\&Integral;}_{t0}^{t1}{V}_t\&times;I_{\mathrm{dis}}\mathrm{dt}-{\mathrm{\&eta;}}_{\mathrm{ch}0}{\&Integral;}_{t0}^{t1}{V}_t\&times;I_{\mathrm{char}}\mathrm{dt}$

计算动力电池组净能量变化，公式中NEC为动力电池组净能量变化，t0为运行起始时间，t1为运行终止时间，V_t为动力电池组瞬态电压，I_char为动力电池组瞬态充电电流，I_dis为动力电池组瞬态放电电流，η_ch0为对应过程中动力电池组平均充电能量转化效率，η_dis0为对应过程中动力电池组平均放电能量转化效率，由混合动力电动汽车运行过程中的瞬时充/放电电流可知，运行过程中的平均充/放电电流分别为I_ch0和I_dis0，通过公式η_disch=0.99722-0.04137×I+0.00344×I²或η_charge=0.99121-0.04221×I+0.0082×I²计算放电或充电能量转化效率，其中η_disch为放电能量转化效率，η_charge是充电能量转化效率，I为电流，单位是倍率。

4.如权利要求1所述的测量混合动力电动汽车油耗的方法，其特征在于：所述步骤（5）具体为：

当NEC占总能耗百分比大于1%，若NEC>0，此NEC对应的当量里程为S_e，运行过程中的实测里程为S，运行过程中的实测油耗为B，则运行过程中的真实里程S_a1=S-S_e，混合动力电动汽车的真实油耗为：B_a=B/ S_a1*100(L/100km)；若NEC<0，此NEC对应的当量里程为S_e，运行过程中的实测里程为S，运行过程中的实测油耗为B，则运行过程中的真实里程S_a2=S+S_e，混合动力电动汽车的真实油耗为：B_a=B/ S_a2*100(L/100km)，通过如下公式计算NEC对应的当量里程：

当NEC>0时，；

当NEC<0时，

，

公式中S_e为当量里程，NEC为动力电池组的净能量变化，η_c为底盘测功装置平均传动效率，η_m为电机及其控制器平均工作效率，η_disch为动力电池组平均放电能量转化效率，η_ch为动力电池组平均充电能量转化效率，F_驱动力为汽车行驶过程中的平均驱动力；

汽车行驶过程中的平均驱动力F_驱动力通过公式

计算，公式中W_驱动为汽车行驶过程中的驱动能量，S为汽车行驶过程中的实测里程，且W_驱动通过公式

计算，公式中V为车速，单位为千米每小时（km/h）；NEC为动力电池组净能量变化，单位为千瓦时（kWh）；t为测试循环时间，单位为秒（s）；k₁为单位换算系数，k₁=（3.6）^-1，单位为(km/h)/(m/s)；k₂为单位换算系数，k₂=（3.6*10⁶）^-1，单位为kWh/J； m为整车惯性质量，单位为千克（kg）；A、B、C为滑行阻力系数，对应单位分别为N、N/(km/h)、N/(km/h)²。