CN103273921B - 电动汽车续驶里程估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电动汽车续驶里程估计方法，包括以下步骤：获取动力电池当前的测量值，并计算电池当前的状态值；获取整车历史能耗值，历史行驶工况，预测未来行驶工况，计算出整车未来能耗预测值；由整车未来能耗预测值，电池当前的测量值和电池当前的状态值，通过电池电-热耦合模型预测动力电池在整车未来能耗预测值下的剩余可用能量；以及根据整车未来能耗预测值和剩余可用能量，计算出车辆的续驶里程。本发明的电动汽车续驶里程估计方法，通过电池电-热耦合模型预测动力电池在未来运行工况下的剩余可用能量，通过未来行驶工况预测，结合整车能耗模型预测车辆未来一段时间的能耗，从而准确计算电动汽车的续驶里程，减小乘客的里程焦虑。

Description

电动汽车续驶里程估计方法

技术领域

本发明属于电动汽车控制领域，具体涉及一种电动汽车剩余里程的估计方法。

背景技术

相对于传统汽车，电动汽车在行驶经济性、起步动力性和环境友好程度上有很大优势。但由于动力电池能量密度较低，成本较高，电动汽车的续驶里程有较大差距。同时由于电动汽车电池能量状态估计不准、车辆未来的能耗估计不准，使得现有算法的续驶里程估计不准。这使得乘客担心现有的电量不能保证车辆到达目的地，产生“里程焦虑感”。因此需要研究电动汽车续驶里程的精确估计方法。

电动汽车的续驶里程（对纯电动汽车指其全部续驶里程，对里程延长式混合动力车指其纯电续驶里程）取决于电池在未来行驶工况下的剩余可用能量和整车未来的能量消耗。但电池剩余可用能量和整车未来能耗的影响因素很多，需要全面考虑各种因素的影响，才能准确计算车辆未来的行驶里程。

目前已有一些电动汽车续驶里程计算方法，但这些方法对电池剩余可用能量和整车未来能耗的计算方法较为简单，实车工况使用时会造成较大的续驶里程估计误差。具体来说，电池剩余可用能量计算中，以往方法多采用电池荷电状态（SOC）、电池标称容量与当前端电压直接相乘的方式，较少考虑未来放电过程中的电压变化、电池温度、电池衰减过程中的容量和内阻变化等因素，因此计算的电池剩余可用能量值会有较大的误差。整车未来能耗计算中，以往方法多采用车辆前一段时间的行驶能耗进行计算，没有基于车辆未来的行驶工况预测值进行计算，因此计算的整车未来能耗值有较大的误差，最终造成车辆续驶里程预测值的误差，造成乘客的里程焦虑。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的目的在于提出一种准确可靠的电动汽车剩余里程的估计方法。

为达到上述目的，根据本发明实施例的电动汽车续驶里程估计方法，包括以下步骤：S1.获取动力电池当前的测量值，并计算电池当前的状态值；S2.获取整车历史能耗值e_his，历史行驶工况，预测未来行驶工况，计算出整车未来能耗预测值e_fut；S3.由所述整车未来能耗预测值e_fut，所述电池当前的测量值和所述电池当前的状态值，通过电池电-热耦合模型预测动力电池在所述整车未来能耗预测值e_fut下的剩余可用能量E_batt；以及S4.根据所述整车未来能耗预测值e_fut和所述剩余可用能量E_batt，计算出车辆的续驶里程S_range=E_batt/e_fut。

在本发明的一个实施例中，所述动力电池当前的测量值包括电池当前的端电压U_t、当前电流I和当前电池表面温度T_surf；所述电池当前的状态值包括电池的荷电状态SOC,电池容量C_batt和电池内阻R_batt,电池内部温度T_in。

在本发明的一个实施例中，所述车辆历史行驶工况包括历史车速曲线v_his、历史海拔变化h_his和历史加速度变化a_his；所述车辆未来行驶工况预测值包括未来车速曲线v_fut、未来海拔变化h_fut和未来加速度变化a_fut。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S2进一步包括：S21.根据整车历史能耗值e_his，历史车速曲线v_his、历史海拔变化h_his和历史加速度变化a_his，构建整车能耗模型使其满足公式e_his=k_v*v_his+k_h*h_his+k_a*a_his，辨识出整车能耗相对于车速、海拔、加速度的能耗参数，分别记为车速能耗参数k_v,海拔能耗参数k_h,加速度能耗参数k_a；以及S22.根据整车的车速能耗参数k_v、海拔能耗参数k_h、加速度能耗参数k_a，结合车辆的未来车速曲线v_fut、未来海拔变化h_fut和未来加速度变化a_fut，利用公式e_fut=k_v*v_fut+k_h*h_fut+k_a*a_fut计算未来的整车未来能耗预测值e_fut。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S3进一步包括：S31.根据整车未来能耗预测值e_fut，计算电池未来电流预测值I_fut；以及S32.根据所述未来电流预测值I_fut，所述电池当前的测量值，所述电池当前的状态值，电池当前的端电压U_t，当前电流I和当前电池表面温度T_surf,电池当前的荷电状态SOC、电池容量C_batt，电池内阻R_batt,电池内部温度T_in，结合所述电池未来电流预测值I_fut，所述计算电池的剩余可用能量E_batt。

在本发明的一个实施例中，所述电池未来电流预测值I_fut的计算方法为：首先计算未来的电流预测初始值I_{fut_origin}，进而根据未来的放电电压进行修正。

在本发明的一个实施例中，所述电池剩余可用能量E_batt的计算方法为：从当前时刻t₀到未来SOC为0的时刻t_SOC=0过程中，以电流预测值I_fut，未来端电压预测值U_{t_fut}和时间的积分来计算，即E_batt=∫I_fut*U_{t_fut}*t。

在本发明的一个实施例中，未来端电压预测值U_{t_fut}的不固定等于当前端电压U_t，而是随着电池的荷电状态SOC的变化。

在本发明的一个实施例中，本发明实施例的电动汽车续驶里程估计方法，适用于纯电动汽车的续驶里程估计，以及适用于里程延长式混合动力车的纯电续驶里程估计。

由上可知，根据本发明实施例的电动汽车续驶里程估计方法，通过电池电-热耦合模型预测动力电池在未来运行工况下的剩余可用能量，通过未来行驶工况预测，结合整车能耗模型预测车辆未来一段时间的能耗，从而准确计算电动汽车的续驶里程，减小乘客的里程焦虑。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的电动汽车续驶里程估计方法的流程图；

图2是本发明实施例的电动汽车续驶里程估计方法的原理示意图；

图3是整车未来能耗预测方法的原理示意图；

图4是动力电池的剩余可用能量计算方法的原理示意图；

图5是动力电池荷电状态SOC对端电压影响的原理示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的目的在于提出一种准确可靠的电动汽车剩余里程的估计方法。

为达到上述目的，根据本发明实施例的电动汽车续驶里程估计方法，如图1所示，包括以下步骤：S1.获取动力电池当前的测量值，并计算电池当前的状态值；S2.获取整车历史能耗值e_his，历史行驶工况，预测未来行驶工况，计算出整车未来能耗预测值e_fut；S3.由整车未来能耗预测值e_fut，电池当前的测量值和电池当前的状态值，通过电池电-热耦合模型预测动力电池在整车未来能耗预测值e_fut下的剩余可用能量E_batt；以及S4.根据整车未来能耗预测值e_fut和剩余可用能量E_batt，计算出车辆的续驶里程S_range=E_batt/e_fut。

为便于本领域技术人员理解，下面结合图2至图5对本发明实施方式做进一步详细说明。

参见图2，本发明提供了一种基于电池可用能量预测和车辆未来能耗预测的电动汽车续驶里程计算方法。续驶里程计算模型如图2所示，主要分为电池剩余可用能量预测模型和整车未来能耗预测模型。电池剩余可用能量预测模型基于电池当前的测量值和状态值，以及整车未来的能耗预测值e_fut，来计算电池在这一能耗需求下的剩余可用能量E_batt。这一模型考虑了电池SOC、温度、电池耐久性、未来能耗需求等多方面的影响，能提供较为准确的电池剩余可用能量预测结果。整车未来的能耗预测值e_fut由整车未来能耗预测模型计算，这一模型是基于整车历史行驶工况、整车历史能耗测量值e_his、车辆未来行驶工况预测值，来计算整车未来的能耗预测值e_fut，模型考虑了未来工况的影响，能提供较为准确的整车未来能耗预测结果。最终由续驶里程模型根据电池剩余可用能量E_batt和整车未来的能耗e_fut计算车辆的续驶里程S_range，计算公式为S_range=E_batt/e_fut。

具体来说，图2中，所述动力电池当前的测量值包括电池当前的端电压U_t、当前电流I和当前电池表面温度T_surf；所述电池当前的状态值包括电池的荷电状态SOC,电池容量C_batt和电池内阻R_batt,电池内部温度T_in。所述车辆历史行驶工况包括历史车速曲线v_his、历史海拔变化h_his和历史加速度变化a_his；车辆未来行驶工况预测值包括未来车速曲线v_fut、未来海拔变化h_fut和未来加速度变化a_fut。

整车未来能耗预测模型的结构如图3所示，主要包括历史能耗辨识模型，未来工况预测模型和未来能耗预测模型。历史能耗辨识模型是根据整车历史能耗值e_his，历史车速曲线v_his、历史海拔变化h_his和历史加速度变化a_his，构建整车能耗模型使其满足公式e_his=k_v*v_his+k_h*h_his+k_a*a_his，辨识出整车能耗相对于车速、海拔、加速度的能耗参数，分别记为车速能耗参数k_v,海拔能耗参数k_h,加速度能耗参数k_a；能耗参数可以体现车辆的能耗特点，用于预测车辆未来的能耗。未来工况预测模型是根据整车的车速能耗参数k_v、海拔能耗参数k_h、加速度能耗参数k_a，结合车辆的未来车速曲线v_fut、未来海拔变化h_fut和未来加速度变化a_fut，利用公式e_fut=k_v*v_fut+k_h*h_fut+k_a*a_fut计算未来的整车未来能耗预测值e_fut。

换言之，步骤S2进一步包括：S21.根据整车历史能耗值e_his，历史车速曲线v_his、历史海拔变化h_his和历史加速度变化a_his，构建整车能耗模型使其满足公式e_his=k_v*v_his+k_h*h_his+k_a*a_his，辨识出整车能耗相对于车速、海拔、加速度的能耗参数，分别记为车速能耗参数k_v,海拔能耗参数k_h,加速度能耗参数k_a；以及S22.根据整车的车速能耗参数k_v、海拔能耗参数k_h、加速度能耗参数k_a，结合车辆的未来车速曲线v_fut、未来海拔变化h_fut和未来加速度变化a_fut，利用公式e_fut=k_v*v_fut+k_h*h_fut+k_a*a_fut计算未来的整车未来能耗预测值e_fut。

电池剩余可用能量预测模型的结构如图4所示。首先根据整车未来能耗预测值e_fut，计算电池未来电流预测值I_fut。电池未来电流预测值I_fut的计算方法为：首先计算未来的电流预测初始值I_{fut_origin}，进而根据未来的放电电压进行修正。然后根据未来电流预测值I_fut，电池当前的测量值，电池当前的状态值，电池当前的端电压U_t，当前电流I和当前电池表面温度T_surf,电池当前的荷电状态SOC、电池容量C_batt，电池内阻R_batt,电池内部温度T_in，结合电池未来电流预测值I_fut，计算电池的剩余可用能量E_batt。其中，电池剩余可用能量E_batt的计算方法为：从当前时刻t₀到未来SOC为0的时刻t_SOC=0过程中，以电流预测值I_fut，未来端电压预测值U_{t_fut}和时间的积分来计算，即E_batt=∫I_fut*U_{t_fut}*t。

换言之，步骤S3进一步包括：S31.根据整车未来能耗预测值e_fut，计算电池未来电流预测值I_fut；以及S32.根据未来电流预测值I_fut，电池当前的测量值，电池当前的状态值，电池当前的端电压U_t，当前电流I和当前电池表面温度T_surf,电池当前的荷电状态SOC、电池容量C_batt，电池内阻R_batt,电池内部温度T_in，结合电池未来电流预测值I_fut，计算电池的剩余可用能量E_batt。

其中，电池未来电流预测值I_fut的计算方法为：首先计算未来的电流预测初始值I_{fut_origin}，进而根据未来的放电电压进行修正。

其中，电池剩余可用能量E_batt的计算方法为：从当前时刻t₀到未来SOC为0的时刻t_SOC=0过程中，以电流预测值I_fut，未来端电压预测值U_{t_fut}和时间的积分来计算，即E_batt=∫I_fut*U_{t_fut}*t。

需要说明的是，上式中的未来端电压预测值U_{t_fut}的不固定等于当前端电压U_t，而是随着电池的荷电状态SOC的变化，进而导致电池的输出能量发生变化。如图5所示，为动力电池荷电状态SOC对端电压的影响的示意图。因此，在电动汽车续驶里程预测中，需要考虑预测未来端电压U_{t_fut}随SOC的变化。

在本发明的一个实施例中，未来端电压预测值U_{t_fut}的不固定等于当前端电压U_t，而是随着电池的荷电状态SOC的变化。

需要说明的是本发明的电动汽车续驶里程估计方法，适用于纯电动汽车的续驶里程估计，以及适用于里程延长式混合动力车的纯电续驶里程估计。

由上可知，根据本发明实施例的电动汽车续驶里程估计方法，通过电池电-热耦合模型预测动力电池在未来运行工况下的剩余可用能量，通过未来行驶工况预测，结合整车能耗模型预测车辆未来一段时间的能耗，从而准确计算电动汽车的续驶里程，减小乘客的里程焦虑。

需要说明的是，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种电动汽车续驶里程估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.获取动力电池当前的测量值，并计算电池当前的状态值；

S2.获取整车历史能耗值e_his，历史行驶工况，预测未来行驶工况，计算出整车未来能耗预测值e_fut；

S3.由所述整车未来能耗预测值e_fut，所述电池当前的测量值和所述电池当前的状态值，通过电池电-热耦合模型预测动力电池在所述整车未来能耗预测值e_fut下的剩余可用能量E_batt；以及

S4.根据所述整车未来能耗预测值e_fut和所述剩余可用能量E_batt，计算出车辆的续驶里程S_range＝E_batt/e_fut,

其中，所述动力电池当前的测量值包括电池当前的端电压U_t、当前电流I和当前电池表面温度T_surf；所述电池当前的状态值包括电池的荷电状态SOC,电池容量C_batt和电池内阻R_batt,电池内部温度T_in，

其中，所述车辆历史行驶工况包括历史车速曲线v_his、历史海拔变化h_his和历史加速度变化a_his；所述车辆未来行驶工况预测值包括未来车速曲线v_fut、未来海拔变化h_fut和未来加速度变化a_fut。

2.根据权利要求1所述的电动汽车续驶里程估计方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：

S21.根据整车历史能耗值e_his，历史车速曲线v_his、历史海拔变化h_his和历史加速度变化a_his，构建整车能耗模型使其满足公式e_his＝k_v*v_his+k_h*h_his+k_a*a_his，辨识出整车能耗相对于车速、海拔、加速度的能耗参数，分别记为车速能耗参数k_v,海拔能耗参数k_h,加速度能耗参数k_a；和

S22.根据整车的车速能耗参数k_v、海拔能耗参数k_h、加速度能耗参数k_a，结合车辆的未来车速曲线v_fut、未来海拔变化h_fut和未来加速度变化a_fut，利用公式e_fut＝k_v*v_fut+k_h*h_fut+k_a*a_fut计算未来的整车未来能耗预测值e_fut。

3.根据权利要求1所述的电动汽车续驶里程估计方法，其特征在于，所述步骤S3进一步包括：

S31.根据整车未来能耗预测值e_fut，计算电池未来电流预测值I_fut；和

S32.根据所述未来电流预测值I_fut，所述动力电池当前的测量值，所述电池当前的状态值，电池当前的端电压U_t，当前电流I和当前电池表面温度T_surf,电池当前的荷电状态SOC、电池容量C_batt，电池内阻R_batt,电池内部温度T_in，结合所述电池未来电流预测值I_fut，计算所述电池的剩余可用能量E_batt。

4.根据权利要求3所述的电动汽车续驶里程估计方法，其特征在于，所述电池未来电流预测值I_fut的计算方法为：首先计算未来的电流预测初始值I_{fut_origin}，进而根据未来的放电电压进行修正。

5.根据权利要求3所述的电动汽车续驶里程估计方法，其特征在于，所述电池的剩余可用能量E_batt的计算方法为：从当前时刻t₀到未来SOC为0的时刻t_SOC＝0过程中，以未来电流预测值I_fut，未来端电压预测值U_{t_fut}和时间的积分来计算，即E_batt＝∫I_fut*U_{t_fut}*t。

6.根据权利要求5所述的电动汽车续驶里程估计方法，其特征在于，未来端电压预测值U_{t_fut}随着电池的荷电状态SOC的变化，进而导致电池的输出能量发生变化。

7.根据权利要求1-6任一项所述的电动汽车续驶里程估计方法，其特征在于，适用于纯电动汽车的续驶里程估计，以及适用于里程延长式混合动力车的纯电续驶里程估计。