CN103713262A - 用于计算绿色车辆的可能行驶距离的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于绿色车辆的可能行驶距离（DTE）的计算的系统和方法，其基于使用电池SOC对开路电压（OCV）表、电池温度对能量效率表、能量效率对能量表等计算的可用能量来计算可能行驶距离（DTE），使得能够考虑作为干扰因素之一的电池温度而更准确地计算DTE。该方法包括：由控制器基于电池的能量效率（η）、从能量效率对能量表中提取的充电状态（SOC）为100%时的可用能量（ESOC=100%）、和关于实时SOC（%）的信息，计算电池的当前可用能量；由控制器基于所计算的可用能量计算DTE；以及在仪表板的显示器上显示所计算的DTE。

Description

用于计算绿色车辆的可能行驶距离的系统和方法
技术领域
本发明涉及用于计算绿色车辆的可能行驶距离（distance to empty）（DTE）的系统和方法。更具体地，本发明涉及一种用于计算绿色车辆的DTE的系统和方法，其能够计算电池的可用能量并且使用所计算的可用能量更准确地计算DTE。
背景技术
绿色车辆被认为是不排放废气的任何绿色车辆。这种类型的车辆包括使用电动机的动力驱动的纯电动车辆、使用来自电动机和发动机的混合动力驱动的混合动力车辆、通过由燃料电池内产生的电力操作的电动机的动力驱动的燃料电池车辆、或者比常规内燃机车辆显著降低排放的任何其他车辆。
在这种绿色车辆中通常安装有作为驱动电动机、转换器等的电源的高压电池。应通过监测电池的电压、电流、温度等并估算电池温度和包括电池充电状态（SOC）[%]的电池退化程度，使电池的当前状态维持在满意的水平上。因此，在绿色车辆中安装电池管理系统（BMS），例如一种控制器，以便总体上管理电池的各种状态、防止由于电池耐久性的退化导致电池寿命减少、估算电池的SOC，等等。
由此，在使用高压电池的绿色车辆中检测电池的SOC是非常重要的。特别是，需要开发一种在行驶时通过检测电池的SOC等经由仪表板（cluster）通知驾驶者可能行驶距离（DTE）的技术。
通常，在汽油车和柴油车中，应用这样的系统和方法，其中以使用传感器等测量燃料箱中的燃料量并且将累积燃料效率乘以剩余燃料量的方式预测当前DTE。然而，在绿色车辆中，通过测量电池中每单位时间（例如，一秒钟或一分钟）使用的放电电流的量并由此估算电池的当前SOC来预测当前DTE。
以下，将参照图1和图2说明常规的绿色车辆的DTE计算方法。首先，通过控制器内的SOC计算单元10估算电池的当前SOC。
通过测量电池中每单位时间使用的放电电流的量并且累积所测量的量，然后通过对当前累积的数据增加/减去关于干扰因素（例如，电池的温度和退化程度）的数据和用于电池电压补偿的开路电压（OCV）的数据来修正该SOC，而执行电池的当前SOC的估算。
接着，在DTE计算单元40中基于估算的SOC计算当前DTE。在此情况下，所估算的SOC和计算的DTE被存储在存储器60中。因此，通过对基于所估算的SOC计算的DTE加上/减去根据学习逻辑得到的DTE的初始值，而最终计算当前DTE。然后，将最终计算的当前DTE显示在仪表板显示器50上，以便驾驶者能够识别当前DTE。
当驾驶者在室内停车状态下启动车辆并将车辆驾驶到户外或将车辆停放在户外时，外界温度降低。然而，由于在DTE的计算中未考虑干扰因素当中的电池温度，所以电池温度也降低。因此，没有准确计算而是过度（即，过高）计算了DTE。此外，在长距离行驶期间，在低电池SOC下DTE迅速减少。
在本背景技术部分中公开的上述信息只是用于增强对本发明背景的理解，因此其可能包含不构成本国内本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明已努力解决与现有技术相关的上述问题。相应地，本发明提供了一种用于绿色车辆的可能行驶距离（DTE）的计算的系统和方法，其未采用基于电池的充电状态（SOC）计算DTE的常规系统和方法，而是采用了基于使用电池SOC对开路电压（OCV）表、电池温度对能量效率表、能量效率对能量表等计算的可用能量来计算DTE的方法，使得能够考虑电池温度而更准确地计算DTE，而电池温度是影响电池效率的多个干扰因素之一。
一方面，本发明提供了一种用于绿色车辆的DTE计算的方法，该方法包括：由控制器基于电池的能量效率（η）、从能量效率对能量表中提取的充电状态（SOC）为100%时的可用能量（ESOC=100%）、和有关实时SOC（%）的信息，计算电池的当前可用能量；由控制器基于所计算的可用能量计算DTE；以及在仪表板的显示器上显示所计算的DTE。
在一个示例性实施例中，能量效率（η）可通过以下方式计算：由控制器估算电池放电的负载状态中的SOC；由控制器从电池SOC对开路电压（OCV）表中提取与估算的当前SOC相应的开路电压和电流；以及由控制器通过将所提取的开路电压和电流代入以下等式中来计算电池的能量效率：
Figure BDA00002639721700031
在另一示例性实施例中，当估算SOC时，所估算的当前SOC可存储在控制器的SOC存储器中，以便用于可用能量的计算。
在又一示例性实施例中，能量效率（η）可通过以下方式计算：测量电池放电的非负载状态中的电池温度；以及通过将所测量的电池温度代入电池温度对能量效率表中来提取与测量的电池温度相应的能量效率。
在再一示例性实施例中，可用能量可通过以下方式计算：由控制器将电池的能量效率代入能量效率对能量表中，从而提取充电状态（SOC）为100%时的可用能量（ESOC=100%）；以及通过将电池的能量效率（η）、充电状态（SOC）为100%时的可用能量（ESOC=100%）、和有关从SOC存储器中提取的实时SOC（%）的信息代入以下等式中来计算可用能量：
Figure BDA00002639721700032
在另一示例性实施例中，可通过将电池电效率（km/kwh）与可用能量相乘来计算DTE。
本发明的其他方面和示例性实施例将在以下讨论。
如上所述，本发明采用了使用电池SOC对OCV表、电池温度对能量效率表、能量效率对能量表等计算从电池供应的可用能量并且基于可用能量计算DTE的方法，以便考虑影响电池效率的多个干扰因素之一的电池温度，即使在冬季等也能够更准确地计算和显示DTE。
因此，能够解决由于仅基于电池SOC而未考虑干扰因素当中的电池温度计算DTE而使DTE未被准确计算的问题。特别是，由于冬季车辆内部与外部之间的温差而使电池温度改变时。
下面讨论本发明的上述及其他特征。
附图说明
现在将参照附图中示出的某些示例性实施例详细说明本发明的上述及其他特征，附图在下文中仅以例示的方式给出，因此不限制本发明，并且其中：
图1和图2分别是示出常规的绿色车辆的可能行驶距离（DTE）的计算方法的控制图和流程图；
图3和图4分别是示出根据本发明的示例性实施例的绿色车辆的DTE计算方法的控制图和流程图；
图5和图6是示出根据本发明的示例性实施例当计算绿色车辆的DTE时所使用的可用能量的定义和计算过程的图；
图7是详细示出根据本发明的示例性实施例的绿色车辆的DTE计算方法的详细控制图；并且
图8是示出根据本发明的示例性实施例当计算绿色车辆的DTE时所使用的能量效率对温度表的图。
应该理解的是，附图不必要按比例绘制，而是呈现出说明本发明的基本原理的各种优选特征的一定程度的简化表现形式。本文所公开的包括例如具体尺寸、方向、位置和形状的本发明的具体设计特征，将部分地由特定目的的应用和使用环境来确定。
在图中，遍及附图的多幅图中相同的附图标记表示本发明的相同或等同的部件。
具体实施方式
现在将在下文中详细参考本发明的各种实施例，其实例在附图中示出并在以下说明。虽然将结合示例性实施例说明本发明，但是将会理解的是，本说明书并非意在将本发明限制于这些示例性实施例。相反，本发明意在不仅涵盖示例性实施例，而且涵盖可包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替换形式、改型、等同形式和其他实施例。
应当理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他类似术语包括通常的机动车辆，例如包括运动型多功能车（SUV）、公交车、卡车、各种商用车辆在内的载客车辆、包括各种艇和船在内的水运工具、以及飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆以及其他代用燃料车辆（例如，从石油以外的资源取得的燃料）。如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如既有汽油动力又有电动力的车辆。
另外，应当理解的是，以下方法由至少一个控制器执行。术语控制器是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器配置成存储模块，并且处理器具体配置成执行所述模块以执行以下进一步说明的一个或更多处理。
此外，本发明的控制逻辑可实施为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的实例包括但不限于ROM、RAM、光盘（CD）-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质还可分布在网络连接的计算机系统中，以便计算机可读介质例如通过远程信息处理技术服务器或控制器局域网（CAN），以分布方式存储和执行。
本发明采用了基于电池的可用能量计算可能行驶距离（DTE）的系统和方法，使得能够考虑影响电池效率的干扰因素之一的电池温度，更准确地计算DTE。
首先，为了更好地理解本发明，将说明电池的可用能量。
可用能量被表示为使用电池的温度、退化程度、充电状态（SOC）等作为可变因子的函数。如图5中所示，能够看出从电池供应的可用能量根据电池的温度而改变。还能够看出电池的能量效率随电池温度的上升而增加，因此可用能量增加。在此情况下，能量效率如以下等式1所表示。
等式1
Figure BDA00002639721700051
在以上等式1中，i表示电流，Vt表示电池的端电压，Ve表示电池的开路电压，∫|i·vt|dt和∫|i·ve|dt表示充电和放电能量（在下文中称作充电/放电能量），并且∫|i·(vt-ve)|dt表示电池充电和放电时所产生的热损失能量。
在下文中，将参照图3至8顺序地说明在电池的负载和非负载状态下基于电池的能量效率计算可用能量然后计算DTE的一系列过程。
电池的负载状态
当电池处于车辆点火后电池放电的负载状态中时，由控制器中的处理器执行的SOC计算单元10估算电池的当前SOC。通过由控制器测量电池中每单位时间（例如，秒、分钟、小时等）所使用的放电电流的量并累积所测量的量，并且通过为电池的电压补偿而加上/减去开路电压（OCV）来修正SOC，而执行当前SOC的估算。
接着，将所估算的当前SOC代入OCV计算单元20的映射表，即通过试验而数据映射的电池SOC对OCV表中，由此从电池SOC对OCV表中获得相应于估算的当前SOC的OCV。在此情况下，将所估算的当前SOC存储在SOC存储器60中，以便在计算可用能量时获得。
接着，经由例如控制器中的处理器在可用能量计算单元30中计算电池的可用能量。因此，作为前一步骤执行电池的能量效率的计算。即，一旦从电池SOC对OCV表中获得与当前SOC相应的开路电压和电流然后将其输入至可用能量计算单元30，则通过等式1计算电池的能量效率。
随后，通过将如上所述计算的电池的能量效率代入通过试验而数据映射的能量效率对能量表中，来确定SOC为100%时的电池的能量（ESOC=100%），然后计算可用能量。
图6示出在1C率（可使用1小时的电池容量）下对于各电池温度和SOC的可用能量。如图6中可见，能量效率和可用能量根据电池的温度而改变。例如，如图6的（b）中可见，与电池温度为25℃时的能量效率相比，可用能量不同于电池温度为-30℃时的情况。如图6的（a）中可见，可对各个温度（25℃、10℃、-10℃和-30℃）获得能量效率和相应于能量效率的SOC为100%时的可用能量，因此可以与图6的（c）中所示的图形相同的方式数据映射能量效率对能量表。因此，当通过等式1计算的电池的能量效率被代入能量效率对能量表中时，可获得SOC为100%时的可用能量（ESOC=100%）。
随后，可基于通过等式1计算的能量效率（η）、从能量效率对能量表中提取的SOC为100%时的可用能量（ESOC=100%）、和有关从SOC存储器中提取的实时SOC（%）的信息，使用以下等式2计算电池的当前可用能量。
等式2
Figure BDA00002639721700071
接着，由DTE计算单元40基于如上所述计算的电池的可用能量计算DTE。通过将电池电效率（km/kwh）与可用能量相乘而获得DTE，并且电池电效率通过以下等式3计算。
等式3
电池电效率（km/kwh）=电池电效率（过去）*A+电池电效率（现在）*B+部分电效率（现在）*C
在等式3中，A、B和C表示可调整权重（系数）。
最后，将通过电池电效率（km/kwh）与可用能量相乘所获得的DTE显示在仪表板显示器50中，以便驾驶者能够识别DTE。同时，在计算中使用的因数，即实时SOC、可用能量等，包括如上所述计算的DTE，被存储在存储器或其他存储设备中，然后被用作车辆点火（IG ON）后的非负载状态中的初始值。
电池的非负载状态
当电池处于车辆点火后电池不放电的非负载状态中时，在负载状态中估算然后存储在SOC存储器或其他存储设备中的SOC被用作SOC初始值。接着，由控制器根据电池的温度计算电池的能量效率。
如图7中所示，当考虑到能量效率随电池温度的降低呈指数降低，并且能量效率随电池温度的升高呈指数升高时，可通过试验获得电池温度对能量效率的映射表中的数据。因此，当使用温度传感器等测量的电池温度被代入电池温度对能量效率表中时，即提取相应于所测量的电池温度的能量效率。
接着，如同电池的负载状态，在可用能量计算单元30中通过将所提取的电池的能量效率代入通过试验而数据映射的能量效率对能量表中，提取SOC为100%时的可用能量（ESOC=100%），然后计算可用能量。随后，可基于从电池温度对能量效率表中提取的能量效率（η）、从能量效率对能量表中提取的SOC为100%时的可用能量（ESOC =100%）、和有关在负载状态中从SOC存储器或其他存储设备中提取的实时SOC（%）的信息，使用等式2计算电池的当前可用能量。
接着，基于电池的可用能量计算DTE，这是以与电池的负载状态相同的方式如上所述在DTE计算单元40中计算的，因此将省略其详细说明。最后，将通过电池电效率（km/kwh）与可用能量相乘所获得的DTE显示在仪表板显示器50中，以便驾驶者能够识别DTE。
如上所述，本发明采用了计算从电池供应的可用能量并基于可用能量计算DTE的系统和方法，以便考虑影响电池效率的干扰因素之一的电池温度，即使在冬季等也能够更准确地计算和显示DTE。
已参照其示例性实施例详细说明了本发明。然而，本领域技术人员将会理解的是，可对这些实施例作出变化，而不偏离本发明的原理和精神，本发明范围限定在所附权利要求及其等效形式中。

Claims (12)

1.一种用于绿色车辆的可能行驶距离（DTE）的计算的方法，所述方法包括：
由控制器基于电池的能量效率（η）、从能量效率对能量表中提取的充电状态（SOC）为100%时的可用能量（ESOC=100%）、和关于实时SOC（%）的信息，计算所述电池的当前可用能量；
由所述控制器基于所计算的可用能量计算DTE；以及
在仪表板的显示器上显示所计算的DTE。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述能量效率（η）通过以下处理计算：估算所述电池放电的负载状态中的SOC；从电池SOC对开路电压（OCV）表中提取与估算的当前SOC相应的开路电压和电流；以及通过将所提取的开路电压和电流代入以下等式中来计算所述电池的能量效率：
Figure FDA00002639721600011
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在估算所述SOC的处理中，将所估算的当前SOC存储在SOC存储器中，以便用于所述可用能量的计算。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述能量效率（η）通过以下处理计算：测量所述电池放电的非负载状态中的电池温度；以及通过将所测量的电池温度代入电池温度对能量效率表中来提取与所测量的电池温度相应的能量效率。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述可用能量通过以下处理计算：将所述电池的能量效率代入所述能量效率对能量表中，从而提取所述充电状态（SOC）为100%时的可用能量（ESOC=100%）；以及通过将所述电池的能量效率（η）、所述充电状态（SOC）为100%时的可用能量（ESOC=100%）、和关于从SOC存储器中提取的实时SOC（%）的信息代入以下等式中来计算所述可用能量：
Figure FDA00002639721600021
6.根据权利要求1所述的方法，其中通过将电池电效率（km/kwh）与可用能量相乘来计算所述DTE。
7.一种包含由处理器或控制器执行的程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述计算机可读介质包括：
基于电池的能量效率（η）、从能量效率对能量表中提取的充电状态（SOC）为100%时的可用能量（ESOC=100%）、和关于实时SOC（%）的信息，计算所述电池的当前可用能量的程序指令；
基于所计算的可用能量计算DTE的程序指令；和
在仪表板中显示所计算的DTE的程序指令。
8.根据权利要求7所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述能量效率（η）通过以下处理计算：估算所述电池放电的负载状态中的SOC；从电池SOC对开路电压（OCV）表中提取与估算的当前SOC相应的开路电压和电流；以及通过将所提取的开路电压和电流代入以下等式中来计算所述电池的能量效率：
Figure FDA00002639721600022
9.根据权利要求8所述的非暂时性计算机可读介质，其中，在估算所述SOC的处理中，将所估算的当前SOC存储在SOC存储器中，以便用于所述可用能量的计算。
10.根据权利要求7所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述能量效率（η）通过以下处理计算：测量所述电池放电的非负载状态中的电池温度；以及通过将所测量的电池温度代入电池温度对能量效率表中来提取与所测量的电池温度相应的能量效率。
11.根据权利要求7所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述可用能量通过以下处理计算：将所述电池的能量效率代入所述能量效率对能量表中，从而提取所述充电状态（SOC）为100%时的可用能量（ESOC=100%）；以及通过将所述电池的能量效率（η）、所述充电状态
SOC）为100%时的可用能量（ESOC=100%）、和关于从SOC存储器中提取的实时SOC（%）的信息代入以下等式中来计算所述可用能量：
12.根据权利要求7所述的非暂时性计算机可读介质，其中通过将电池电效率（km/kwh）与可用能量相乘来计算所述DTE。
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