CN103950390B - 纯电动汽车实时续驶里程的预测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯电动汽车实时续驶里程的预测方法和系统，包括：（1）整车控制器读取电池管理系统的信号和车速信号；（2）根据电池管理系统的信号计算高压蓄电池系统可用的放电能量；（3）根据电池管理系统的当前电池电压和当前电池电流计算当前钥匙循环累计电耗；（4）根据实时车速信号计算当前循环累计行驶里程；（5）根据当前累计钥匙循环累计电耗和当前循环累计行驶里程修正纯电动车的续驶里程。根据当前钥匙循环的放电量和行驶里程实时对车辆的续驶里程进行了较为合理的修正，提高了车辆续驶里程的计算精度，对于纯电动汽车的合理使用和延长使用寿命等方面提供较为准确的控制依据。可广泛应用于纯电动汽车的车辆续驶里程预测当中。

Description

纯电动汽车实时续驶里程的预测方法及系统

技术领域

本发明涉及纯电动汽车的控制技术领域，具体来说涉及的是纯电动汽车实时续驶里程的确定方法。

背景技术

纯电动汽车是以高压动力电池作为车辆的唯一能源，依靠高压电机驱动车辆行驶或者进行制动能量的回收，具备零排放、低噪音等特性。

车辆的续驶里程是车辆在最大动力能源储备条件下可连续行驶的总里程。实时续驶里程是指在实时能源储备条件下还可连续行驶的总里程。车辆的实时续驶里程是车辆的仪表显示中的一个重要内容，应准确反映当前工况下车辆的续驶里程，以便提醒驾驶员及时的补充能量，例如进行传统车辆加油和电动车辆充电等处理。对于传统以燃油为动力的车辆来说，续驶里程的计算可以依据油箱内剩余燃油量以及发动机控制系统报送的瞬时油耗等信息，相对比较准确的计算车辆的续驶里程。然而对于纯电动汽车，一般电机控制系统并未进行瞬时功耗的准确计算；在这样的基础上，目前比较常见的纯电动汽车的续驶里程的计算方法为：根据电池荷电状态(State Of Charge，简称SOC)、电池额定容量和额定的车辆续驶里程按比例关系计算获得纯电动汽车辆的续驶里程。

然而上述方法，没有完全考虑到电池瞬时的电耗，没有进行合理的修正；特别是对于目前使用的高压蓄电池的特性，当高压蓄电池放电倍率较高时，电池可用的电量会低于小倍率放电时的电池可用电量。因此，目前纯电动汽车行驶里程的计算方法反映的仅是理想工况下续驶里程，与实际工况下实际达到的续驶里程有较大误差，不能为驾驶员提供准确信息。在目前电动汽车充电站较少的情况下无法随时充电，续驶里程的误判会给驾驶员带来半路无电的麻烦，同时也对车辆的使用寿命产生影响。

在这样的背景下，本发明提供了一种更为合理的车辆续驶里程的计算方法，通过本发明的计算方法能够更加准确的计算车辆的续驶里程信息，以提醒驾驶员及时充电，并进一步提高纯电动汽车辆的使用寿命。

发明内容

针对目前纯电动汽车的续驶里程计算方法存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种纯电动汽车实时续驶里程的预测方法，通过引入当前钥匙循环下电池耗电与行驶里程进行修正，以反映实时工况条件下纯电动汽车的续驶里程，为驾驶员及时补充能量提供依据。

本发明的第二个目的还在于提供一种纯电动汽车实时续驶里程的预测系统。

本发明采用如下技术方案来实现上述目的：

一种纯电动汽车实时续驶里程的预测方法，包括：

(1)整车控制器读取电池管理系统的信号和车速信号；

(2)根据电池管理系统的信号计算高压电池的当前工况下电池可用的放电能量；

(3)根据电池管理系统的当前电池电压和当前电池电流计算当前钥匙循环累计电耗；

(4)根据实时车速信号计算当前循环累计行驶里程；

(5)根据当前钥匙循环累计电耗和当前循环累计行驶里程按下面修正式计算纯电动汽车的续驶里程：

一般高压电池系统当前工况下可用的放电能量可由电池管理系统计算的电池荷电状态(SOC)与电池额定容量的乘积计算得到。本发明为提高准确性，将高压蓄电池系统的健康状态(State Of Health，简称SOH)引入当前工况下电池可用的放电能量的估算中，即：

当前工况下电池可用的放电能量＝电池额定容量×(电池SOC-电池允许最低工作SOC)×电池SOH。

根据目前纯电动汽车所使用的高压蓄电池的基本特性，当电池以较高倍率放电时电池的可放电电量要低于电池以较低倍率放电时电池的放电量。因此，为进一步提高预测精度，还可以将放电倍数的影响引入。则纯电动汽车的续驶里程进一步修正后的公式为：

其中电池放电倍率修正系数是以根据所用电池和电动车工况实测得到。

为避免电池管理系统的电池电流采样精度中零点位置的偏移造成续驶里程计算的误差，还对计算中用到的电池电流进行修正。方法如下：整车控制器还接收当前钥匙循环电机控制器的电机母线电流和电池管理系统的高压接触器状态，以及直流直流转换系统的工作状态信号，当高压接触器状态未闭合时，读取电池管理系统报送的电池电流数值作为高压蓄电池电流的零点，并将当前工况下实时接收到的电流信号减去该零点数值作为修正后的高压蓄电池的当前电池电流；高压接触器状态闭合后且直流直流转换系统工作之前检测电机母线电流值，当该数值为零时读取电池管理系统报送的电池电流值作为高压蓄电池电流的零点，并将当前工况下实时接收到的电池电流值减去该零点数值作为高压蓄电池修正后的当前电池电流值，以该修正后的电池电流值作为计算依据。

为减少信号干扰造成的误差，所述整车控制器还对所接收到的数字信号进行去抖处理，对接受到的物理量信号进行滤波处理。

本发明的一种纯电动汽车实时续驶里程预测系统，所述纯电动汽车仅使用高压蓄电池作为车辆的运行唯一的动力源，纯电动汽车包括电池管理系统、整车控制器、电机控制器、组合仪表和直流直流转换系统，所述组合仪表、电机控制器、电池管理系统和直流直流转换系统均与所述整车控制器通讯连接，所述整车控制器包括续驶里程计算模块，续驶里程计算模块包括：

当前钥匙循环状态计算子模块，用于根据实时电池电压和电池电流计算当前钥匙循环累计电耗，以及用于根据实时车速计算当前循环累计行驶里程；

车辆续驶里程计算子模块，用于根据修正后的下述公式计算纯电动汽车续驶里程：

进一步地，还可以包括电池可用电量修正子模块，用于根据电池管理系统的电池荷电状态、电池健康状态和电池额定容量计算电池系统可用放电电量，并根据电池电流修正电池可用电量。

进一步地，还可以包括电池电流修正子模块，用于根据电机母线电流和高压接触器状态，通过电池电流零点自学习功能对当前电池电流进行修正，避免由于电池系统的电流采样精度中零点位置的偏移造成的续驶里程计算的误差。

进一步地，还可以包括数字信号去抖子模块和物理信号滤波子模块，用于将数字信号进行去抖处理，将所有的物理量信号进行滤波处理。

所述电池管理系统、整车控制器、电机控制器、组合仪表部件通过CAN网络总线连接以进行信息交互；所述直流直流转换系统通过硬线或者CAN网络总线与整车控制器连接以进行信息交互。

本发明根据目前纯电动汽车高压蓄电池的特性，根据当前钥匙循环的放电量和行驶里程实时对车辆的续驶里程进行了较为合理的修正，提高了车辆续驶里程的计算精度，对于纯电动汽车的合理使用和延长使用寿命等方面提供较为准确的控制依据。本发明可广泛应用于纯电动汽车的车辆续驶里程预测当中。

附图说明

图1为一种典型的纯电动汽车动力系统CAN网络拓扑图；

图2为纯电动汽车续驶里程预测系统示意图；

图3为纯电动汽车续驶里程预测方法流程图；

图4-图6为纯电动汽车不同速度匀速行驶实时测续驶里程与计算续驶里程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。

术语解释，本发明各技术术语定义如下：

电池的荷电状态(State Of Charge)，简称电池SOC，是指在特定倍率放电条件下，电池剩余电量占相同条件下额定容量的百分比。SOC反映了当前电池所存储电量的多少，即剩余电量。由电池管理系统进行监测和计算。

电池的健康状态(State Of Health)，简称电池SOH，在标准条件下动力电池从充满状态以一定倍率放电到截止电压所放出的电量与其所对应的额定容量的比值。由电池管理系统进行监测和计算。

放电倍率，电池在规定时间内放出其额定容量时所需的电流值与其额定容量的比值。

电池允许最低工作SOC，为避免电池电量完全耗尽对电池造成的损害，电池允许的放电截止时的电池SOC。

钥匙循环，车钥匙从OFF档位，经过ACC档位到IGN档位，(不论是否经过CRANK档位)再到OFF档位组成一个钥匙循环，即纯电动汽车一个工作周期。

直流直流转换系统，是指纯电动汽车上高压蓄电池给低压蓄电池充电用的电压转换装置。

图1示出了一种纯电动汽车动力系统CAN网络拓扑图，其主要CAN节点包括：电池管理系统4，具有实时监控电池状态、优化使用电池能量、延长电池寿命和保证电池的使用安全等重要作用，能够提供高压接触器状态、电池SOC、电池SOH、电池电压、电池电流和额定容量；

直流直流转换系统6，用于由高压蓄电池经过直流/直流降压转换后为低压蓄电池充电；

组合仪表2，显示车辆状态；

电机控制器3，控制电机开停、转速等；。

整车控制器5，对整车进行控制。

所述的纯电动汽车的电池管理系统4、整车控制器5、电机控制器3、组合仪表2等部件通过CAN网络总线连接进行信息交互。直流直流转换系统6通过硬线或者CAN网络总线与整车控制器连接进行信息交互。

在图1所示的纯电动汽车动力系统基础上，具体的一个较佳纯电动汽车续驶里程预测系统如图2所示，主要包括：

整车控制器5，含有续驶里程计算模块，除对整车进行控制外，还用于对续驶里程进行计算，

电池管理系统4，通过CAN网络与整车控制器连接，用于将其高压接触器状态、SOC、SOH、电池电压、电池电流和额定容量通过CAN总线发送给整车控制器5；

电机控制器3，通过CAN网络与整车控制器连接，用于将电机母线电流信号通过CAN网络实时发送给所述整车控制器；

车速传感器1，用于获得驱动轴转速信号，并传送给组合仪表2以供仪表计算和显示车速；

组合仪表2，通过CAN网络与整车控制器连接，用于将车速信号实时发送给整车控制器，同时接收整车控制器反馈回的续驶里程并显示；

直流直流转换系统6，通过硬线或者CAN网络总线与整车控制器连接进行信息交互，用于将工作状态发送给整车控制器5。

整车控制器5中的续驶里程计算模块包括：

信号诊断子模块，用于判定接收的各控制器信号是否可用；

数字信号去抖子模块和物理信号滤波子模块，用于将数字信号进行去抖处理，将所有的物理量信号进行滤波处理。去抖和滤波的处理目的是为了防止系统由于采样和测量误差引发的续驶里程计算值发生较大的偏差；对于高压蓄电池报送的电池额定容量不需要进行滤波，因为该参数在系统设定初期即反应电池的出厂状态，并在控制器的生命周期内不会发生变化；

电池电流修正子模块，用于根据电机母线电流和高压接触器状态，通过电池电流零点自学习功能对当前电池电流进行修正，避免由于电池系统的电流采样精度中零点位置的偏移造成的续驶里程计算的误差；

电池可用电量修正子模块，用于根据电池管理系统的电池荷电状态(SOC)、电池健康状态(SOH)和电池额定容量计算电池系统可用放电电量，并根据电池放电倍率修正电池可用电量；

当前钥匙循环状态计算子模块，用于根据实时电池电压和修正后的电池电流计算当前钥匙循环累计电耗，以及用于根据实时车速计算当前循环累计行驶里程；

车辆续驶里程计算子模块，根据修正后的公式计算纯电动汽车续驶里程。

图3示出了以图2所示系统为基础的纯电动汽车续驶里程预测方法流程图，结合图2和图3详细介绍纯电动汽车实时续驶里程方法如下：

步骤1：整车控制器读入各控制器信号整车控制器通过CAN网络读入各控制器信号，即图2中的组合仪表的车速信号，电机控制器的电机母线电流信号，电池管理系统的高压接触器状态信号、电池的SOC信号、SOH信号、电池电压信号、电池电流信号和电池额定容量信号，直流直流转换器控制系统的工作状态信号。

步骤2：诊断系统判定接收信号可用整车控制器接收到上述信号之后，依据自带的诊断系统对所有信号的有效性进行判定：

若诊断系统判定相关信号无效，则下述所有提到的修正参数均选取系统预先配置好的默认值；其中最后计算公式中的“当前钥匙循环累计电池耗电”以及“当前钥匙循环累计车辆行驶里程”取值为“0”，“电池放电倍率修正”取值为“1”，即不做修正；

若诊断系统判定相关信号有效，则启动续驶里程计算对参数行修正和相应计算，依次执行下面的步骤3-7。

步骤3：信号去抖处理和物理信号滤波处理对于直流直流转换系统工作状态、高压触器闭合状态信号进行去抖处理，具体方法为当信号连续保持统一状态超过3个CAN信息传递周期时间之后认为该信号该状态位有效，而不是信号噪声或干扰信号；对于高压蓄电池的电压、电流以及实时车速、高压电机母线电流等信号进行滤波处理，具体采用移动平均的滤波方式。

步骤4电池电流修正整车控制器在高压接触器状态为未闭合时，电池系统对于动力系统来说并未构成充放电回路，不会产生高压电流。因此读取此未闭合时的电池管理系统报送的电池电流数值，并将其作为高压蓄电池电流的零点，然后对实时工作状态下接收到的原始电池电流信号进行处理，即原始电池电流信号减去零点数值作为当前工况下高压蓄电池的电流值—驱动电机的电流值；整车控制器在高压接触器状态为闭合之后、直流直流转换系统工作之前检测电机母线电流值，当该数值为零时，读取电池管理系统报送的电池电流数值，并将其作为高压蓄电池电流的零点，即对上述处理后的电池电流值减去该零点数值作为高压蓄电池修正后的电流值，在以下的计算中均是以该修正后的电池电流值为准进行计算；

步骤5修正电池可用电量先根据电池管理系统报送的电池荷电状态(SOC)、电池健康状态(SOH)以及电池额定容量计算高压蓄电池系统理论可用放电电量，考虑到电池不能将电完全放光以保证寿命，理论可用放电量由下式计算得到：电池额定容量×(电池SOC-电池允许电低工作SOC)×电池SOH；再根据当前状态下修正后的电池电流计算出放电倍率，用放电倍率进行修正可用放电量，得到当前可用电量，当前可用电量＝电池额定容量×(电池SOC-电池允许电低工作SOC)×电池SOH×放电倍率修正系数。

电池放电倍率修正系数是根据电池的特性，当电池放电倍率增大时，该系数减小。典型的，根据某款电池为例，电池的参数为：电池额定容量为66Ah，额定电压为313.6v，电池SOH为100％，电池类型为磷酸铁锂能量型高压蓄电池。经过实测行驶里程用公式计算得出放电倍率修正系数与放电倍率的关系为：

放电倍率

1/10C

1/3C

1/2C

1C

2C

3C

5C

7C

修正系数

102％

100％

99.4％

98.4％

97.7％

97.6％

97.5％

97.4％

步骤6、计算当前钥匙循环状态包括计算当前钥匙循环累计电耗和计算当前循环累计行驶里程；

当前钥匙循环累计电耗的计算，使用修正之后的高压蓄电池电流和高压蓄电池的实时的电压的乘积作为本次积分时刻用电功率，再进行积分计算，积分的计算公式如下：

初始化：

当前钥匙循环累计电耗初始化为零；

积分过程：

当前钥匙循环累计电耗值＝上一时刻钥匙循环累计电耗值+本次积分时刻用电功率×积分计算步长；

当前循环累计行驶里程计算，使用仪表系统发送的车速信号计算当前钥匙循环下车辆的累计行驶里程，过程如下：

初始化：当前钥匙循环累计行驶里程初始化为零；

积分过程：

当前钥匙循环累计行驶里程＝上一时刻钥匙循环累计行驶里程+本次积分时刻实时车速×积分计算步长。

步骤七、依据公式计算车辆续驶里程根据下式计算纯电动汽车续驶里程：

为验证上这方法系统的准确性，进行了试验测试与计算对比，以某款电动汽车为例，采用直驱系统(即整车动力系统无变速箱，驱动电机直接连接主减速器并驱动车辆)，整车整备质量为1370kg，采用前述步骤5中的磷酸铁锂高压蓄电池，即额定容量66Ah，额定电压为313.6v，电池SOH为100％，采用永磁同步电机，额定功率45kw；运行工况分别为30kph、45kph、90kph匀速行驶工况，分别以传统计算方法、本发明方法中未采用电池倍率放电修正的方法和采用本发明方法中采用电池倍率放电修正的方法进行计算，并与实测续驶里程对比，得到图4-图6的结果。

由图4-图6可以看出，利用传统方法计算的续驶里程(虚线)与实测续驶里程(实线)在初期相差均较大。采用本发明的方法得到的续驶里程与实测续驶里程相比，随时间增长能够快速与实测续驶里程基本一致，而采用电池放电倍率修正系数计算的结果比没有采用电池放电倍率修正系数计算的结果与实测值能够更迅速趋于一致。由上图可以看出，采用本发明的方法与传统方法预测得到的续驶里程与通过实测得到的续驶里程相比，更加准确。

Claims (10)

1.一种纯电动汽车实时续驶里程的预测方法，包括：

(1)整车控制器读取电池管理系统的信号和车速信号；

(2)根据电池管理系统的信号计算高压电池当前工况下电池可用的放电能量；

(3)根据电池管理系统的当前电池电压和当前电池电流计算当前钥匙循环累计电耗；

(4)根据车速信号计算当前循环累计行驶里程；

(5)根据当前钥匙循环累计电耗和当前循环累计行驶里程按下式修正公式计算纯电动汽车的续驶里程：

2.如权利要求1所述的预测方法，其特征在于：所述当前工况下电池可用的放电能量＝电池额定容量×(电池SOC-电池允许最低工作SOC)×电池SOH。

3.如权利要求1所述的预测方法，其特征在于：所述的当前工况下电池可用的放电能量＝电池额定容量×(电池SOC-电池允许最低工作SOC)×电池SOH×放电倍率修正系数。

4.如权利要求1-3中之一所述的预测方法，其特征在于所述各步骤的电池电流采用修正后的电池电流，修正方式包括：所述整车控制器还接收电机控制器的电机母线电流和电池管理系统的高压接触器状态，以及直流直流转换系统的工作状态信号，当高压接触器状态未闭合时，读取电池管理系统报送的电池电流数值作为高压蓄电池电流的零点，并将当前工况下实时接收到的电流信号减去该零点数值作为修正后的高压蓄电池的电池电流；高压接触器状态闭合后且直流直流转换系统工作之前检测电机母线电流值，当该数值为零时读取电池管理系统报送的电池电流值作为高压蓄电池电流的零点，并将当前工况下实时接收到的电池电流值减去该零点数值作为高压蓄电池修正后的电池电流值。

5.如权利要求1-3中之一所述的预测方法，其特征在于所述整车控制器还首先对所接收到的数字信号进行去抖处理，对接收到的物理量信号进行滤波处理。

6.一种纯电动汽车实时续驶里程预测系统，其特征在于：所述纯电动汽车仅使用高压蓄电池作为车辆运行唯一的动力源，纯电动汽车的包括电池管理系统、整车控制器、电机控制器、组合仪表和直流直流转换系统，所述组合仪表、电机控制器、电池管理系统和直流直流转换系统均与所述整车控制器通讯连接，所述整车控制器包括续驶里程计算模块，续驶里程计算模块包括：

当前钥匙循环状态计算子模块，用于根据实时电池电压和电池电流计算当前钥匙循环累计电耗，以及用于根据实时车速计算当前循环累计行驶里程；

车辆续驶里程计算子模块，用于根据修正后的下述公式计算纯电动汽车续驶里程，

7.如权利要求6所述的纯电动汽车实时续驶里程预测系统，其特征在于还包括电池可用电量修正子模块，用于根据电池额定容量×(电池SOC-电池允许最低工作SOC)×电池SOH×放电倍率修正系数以计算修正后的当前工况下电池可用的放电能量。

8.如权利要求7所述的纯电动汽车实时续驶里程预测系统，其特征在于还包括电池电流修正子模块，用于根据电机母线电流和高压接触器状态，通过电池电流零点自学习功能对当前电池电流进行修正。

9.如权利要求6-8中之一所述的纯电动汽车实时续驶里程预测系统，其特征在于：还包括数字信号去抖子模块和物理信号滤波子模块，用于将数字信号进行去抖处理，和将物理量信号进行滤波处理。

10.如权利要求6-8中之一所述的纯电动汽车实时续驶里程预测系统，其特征在于：所述电池管理系统、整车控制器、电机控制器和组合仪表之间均通过CAN网络总线连接以进行信息交互；所述直流直流转换系统通过CAN网络总线与整车控制器连接以进行信息交互。