CN105631163A - 一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真方法，包括步骤：通过采集电动汽车在各种行驶状况下的电池组工作状态数据；根据所述行驶状况得到的电池组工作状态数据确定动力电池组充放电控制策略；根据电池组充放电策略对所需测量的电池组进行充放电，并记录电池组工作状态信息；电池组工作状态信息通过CAN网络传递给计算机；计算机根据电池组工作状态信息计算待测电池组在不同行驶状况下的能量消耗。本发明还提供了一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真装置。本发明用于在线的模拟真实车辆在行驶状况下的电池组工作状态，并分析计算汽车动力电池组及各单体的能量消耗，具有动态、高效、快速的优点。

Description

一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真方法及装置

技术领域

本发明涉及一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真方法及装置，尤其是一种基于行驶状况和CAN总线的锂离子动力电池组能量消耗硬件在线仿真方法及装置，属于动力电池技术领域。

背景技术

动力电池是新能源电动汽车的主要能量来源之一，因此电动汽车的续驶里程将直接由动力电池组的总能量决定。然而电池组在不同的行驶状况下，所能放出的能量是不一样的，因此不同状况下电动汽车的续驶里程也不一样。为此，本发明在己有的研究工作上，提出一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真方法及装置，从而计算电池组在不同行驶工况下的能量消耗，同时整个装置采用汽车上常用的CAN总线技术，可以减少整个装置接插件的数量和信号线约束的长度，并且网络控制系统可以提高检测的速度和精度，充分体现了电动汽车动力电池控制系统网络化、集成化及节点智能化的发展趋势。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真方法，可用于在线的模拟真实车辆在行驶状况下的电池组工作状态，并分析计算汽车动力电池组及各单体的能量消耗，具有动态、高效、快速的优点。

本发明的另一目的在于提出了一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真装置。

为了实现上述目的，本发明的第一方面的实施例公开了一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真方法，包括以下步骤：采集电动汽车在各种行驶状况下的电池组工作状态数据，包括电流、电压、温度、输出功率；根据所述行驶状况得到的电池组工作状态数据确定动力电池组充放电控制策略；根据电池组充放电策略对所需测量的电池组进行充放电，并记录电池组工作状态信息；电池组工作状态信息通过CAN网络传递给计算机；计算机根据电池组工作状态信息计算待测电池组在不同行驶状况下的能量消耗。

进一步地，所述采集电动汽车在各种行驶状况下的电池组工作状态数据，包括：

电动汽车在各种行驶状况下的电池组工作状态数据可以通过电动汽车实际道路行驶或者在底盘测功机上模拟典型行驶工况时，通过安装于电动汽车上的数据监控系统获取电动汽车运行数据，或是通过仿真软件建立同款电动汽车整车模型进行工况仿真获取。

进一步地，所述电动汽车包括串联式、并联式、混联式或纯电动的电动汽车。

进一步地，所述行驶状况包括行驶工况、整车载荷、坡度和路面附着系数等。

进一步地，所述行驶工况可以是一段典型的汽车实车采集的行驶工况，也可以是NEDC、ECE等的仿真工况；

进一步地，所述电池组工作状态数据应包括电动汽车在不同行驶状况下电池组的电流、电压、输出功率、SOC和温度变化等变化曲线；

进一步地，所述根据所述行驶状况得到的电池组工作状态数据确定动力电池充放电控制策略，包括：

首先需对动力电池组充满电，然后根据所述动力电池充放电策略进行充放电，以模拟汽车实际行驶工况。

本发明的第二方面公开了一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真装置，包括：数据分析模块、CAN网络模块、数据采集模块、动力电池组模块、充放电控制模块，车辆动力学仿真模块，其中：

所述数据分析模块用于接收电池组工作状态信号并通过分析和处理，计算电池组在该行驶状况下的电能量消耗；

所述CAN网络模块用于接收和传递传感器信号和车辆行驶状态数据报文；

所述数据采集模块用于采集电池组工作状态数据，包括电池组及个单体电池的电压、电流、输出功率、SOC和温度等信号；

所述动力电池组模块由若干动力电池通过串并联方式组成，是电动汽车主要的能量来源，可以是已经在电动汽车上使用了一段时间的电池组，也可以是成组后尚未使用的电池组；

所述充放电控制模块，用于按照一定的充放电控制策略对电池组进行充放电控制；

所述车辆动力学仿真模块用于计算车辆在各种道路工况下的车辆行驶状态数据。

进一步地，所述数据分析模块通过电池组工作状态信息数据，结合内部的算法对电池组及各单体的电能量消耗进行计算。

进一步地，所述CAN网络模块包括CAN总线模块和四个CAN收发器模块。

进一步地，所述数据采集模块包括数据采集电路和各种传感器若干，动力电池组模块的每块单体电池都装有相应的传感器，用于采集各单体电池的工作状态信息。

进一步地，所述充放电控制模块由行驶工况数据处理模块、充放电策略制定模块和充放电执行机构组成；

所述行驶工况数据处理模块通过采集电动汽车在各种行驶工况的数据，得到电池组电流、电压、输出功率、SOC和温度变化曲线等工作状态信息；所述充放电策略制定模块通过电池组工作状态信息制定相应的电池组充放电策略；所述充放电执行机构根据电池组充放电策略对所需检测的电池组进行充放电测试。

进一步地，所述车辆动力学仿真模块由驾驶员模块、行驶道路模块、整车模块组成；

所述驾驶员模块用于根据道路工况信息，对整车模块进行加速，换挡、制动、转向操作；所述行驶道路模块用于输入道路工况信息；所述整车模块用于计算车辆当前行驶状态下的整车工作状态数据。

与现有技术相比，本发明具有系统连线少，结构简单，检测快速、精确等特点。在此种结构的下，可以基于汽车实际行驶工况采集的充放电数据对电动汽车电池组（包括已经使用过的和刚成组的电池组）进行充放电测试，数据采集模块的各个传感器采集的信号可以通过CAN网络系统传输，以利用CAN网络系统高性能、高可靠性和快速的特点。数据分析模块可以根据CAN网络模块传递的动力电池工作状态信息对该电池组在实际行驶工况下的能耗进行分析计算。

附图说明

为了更清楚地介绍本发明的技术方案，下面将对本发明中描述需要的附图作简单地介绍，显而易见地，附图仅仅是本发明的一些实施例，工况数据曲线仅仅是所选某款纯电动汽车在NEDC工况下的数据，实际实施过程中并不受此限制，可以是实际行车工况采集或者仿真工况数据。

图1是本发明实施例中提供的一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真方法的流程示意图。

图2是本发明实施例中提供的NEDC工况下车速随时间变化曲线示意图。

图3是本发明实施例中提供的NEDC工况下电池组电流、电压、温度变化曲线示意图。

图4是本发明实施例中提供的一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真装置的结构示意图。

图5是图4中CAN网络模块的结构示意图。

图6是图4中充放电控制模块的结构示意图。

图7是图4中车辆动力学仿真模块的结构示意图。

图8是本发明实施例中提供的一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真装置的工作原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真方法，包括以下步骤：

步骤S101采集电动汽车在各种行驶状况下的电池组工作状态数据，包括电流、电压、温度、输出功率等。

步骤S102、根据所述行驶状况得到的电动汽车动力电池组工作状态数据确定动力电池充放电控制策略，其中，电动汽车包括串联式、并联式、混联式和纯电动等不同结构类型的电动汽车；行驶状况包括行驶工况、整车载荷、坡度和路面附着系数等；行驶工况可以是一段典型的汽车实车采集的行驶工况，也可以是NEDC、ECE等的仿真工况；电池组工作状态数据应包括电动汽车在不同行驶状况下电池组的电流、电压、输出功率、SOC和温度变化等变化曲线；

其中，电动汽车在各种行驶状况下的电池组工作状态数据可以通过电动汽车实际道路行驶或者底盘测功机测试时，通过安装于电动汽车上的数据监控系统获取电动汽车运行数据，也可以是通过仿真软件建立同款电动汽车整车模型进行工况仿真获取。如图2和3所示，给出了某款纯电动汽车在典型工况下的仿真结果曲线，其中，图2为NEDC工况下车速随时间变化曲线，图3为电池组电流、电压、温度变化等曲线。

步骤S103、根据电池组充放电策略对所需测量的电池组进行充放电，并记录电池组工作状态信息。其中，首先需对动力电池组充满电，然后根据所述动力电池充放电策略进行充放电，以模拟汽车实际行驶工况。

步骤S104、电池组工作状态信息通过CAN网络传递给计算机。

步骤S105、计算机根据电池组工作状态信息计算待测电池组在不同行驶状况下的能量消耗。

请参阅图4，本发明实施例提供的一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真装置包括：数据分析模块1、CAN网络模块2、数据采集模块3、动力电池组模块4和充放电控制模块5、车辆动力学仿真模块6。

具体而言，所述数据分析模块1通过电池组工作状态信息数据，结合内部的算法对电池组及各单体性能进行能量消耗计算；

所述CAN网络模块2用于接收和传递数据采集模块3中所发出的传感器信号；

所述数据采集模块3用于采集电池组工作状态数据，包括不同行驶工况控制策略下的电压、电流、温度和输出功率等；

所述动力电池组模块4是电动汽车主要的能量来源，是本系统检测的对象，它可以是已经安装在电动汽车上使用了一段时间的电池包，也可以是成组后尚未使用的电池包。

所述充放电控制模块5用于对动力电池组模块4进行充放电测试。

请参阅图5，所述CAN网络模块2包括：CAN总线模块21、第一CAN收发器模块22、第二CAN收发器模块23、第三CAN收发器模块24、第四CAN收发器模块25。

所述CAN总线模块21是控制器局域网络，用于传递传感器信号报文；

所述第一CAN收发器模块22用于将数据采集模块3采集到的传感器信号以报文的形式发送到CAN总线模块21上；

所述第二CAN收发器模块23用于接收CAN总线模块21上传递的传感器信号报文，并发送给数据分析模块1；

所述第三CAN收发器模块24用于接收CAN总线模块21上传递的车辆行驶状态数据报文，并发送给行驶工况数据处理模块51；

所述第四CAN收发器模块25用于将车辆动力学仿真模块6得到的车辆行驶状态数据以报文的形式发送到CAN总线模块21上。

请参阅图6，所述充放电控制模块5包括：行驶工况数据处理模块51、充放电策略制定模块52和充放电执行机构53；

所述行驶工况数据处理模块51通过采集电动汽车在各种行驶工况的数据，例如图2）所示的NEDC工况下某款纯电动汽车，得到电池组电流、电压、温度变化等曲线如图3）所示；所述充放电策略制定模块52通过电池组工作状态信息（电流、电压、温度变化曲线）制定相应的电池组充放电策略；所述充放电执行机构53根据电池组充放电策略对所需检测的动力电池组模块4进行充放电测试。

请参阅图7，车辆动力学仿真模块6由驾驶员模块61、行驶道路模块62、整车模块组成63；

所述车辆动力学仿真子模块6通过行驶道路模块62输入道路信息，并将其发送给驾驶员模块61；驾驶员模块61对道路信息进行处理后，输出方向盘转角信号、油门踏板开度信号、制动踏板信号、档位信号，并将信号发送给整车模块63；整车模块63对信号处理后输出车辆行驶状态数据。

请参阅图8，这是本发明一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真装置的工作原理示意图，其工作实例如下：车辆动力学仿真子模块6通过行驶道路模块62输入道路信息，并将其发送给驾驶员模块61；驾驶员模块61对道路信息进行处理后，输出方向盘转角信号、油门踏板开度信号、制动踏板信号、档位信号，并将信号发送给整车模块63；整车模块63对信号处理后输出车辆行驶状态数据给CAN收发器模块25；CAN收发器模块25用于将车辆动力学仿真模块6得到的车辆行驶状态数据以报文的形式发送到CAN总线模块21上；CAN收发器模块24用于接收CAN总线模块21上传递的车辆行驶状态数据报文，并发送给行驶工况数据处理模块51；行驶工况数据处理模块51采集电动汽车在各种行驶工况下的电池组工作状态数据（电流、电压、温度、输出功率等）；充放电策略制定模块52根据所述行驶工况得到的电池组工作状态数据确定动力电池充放电控制策略；充放电执行机构53根据电池组充放电策略对所需检测的动力电池组模块4进行充放电测试；数据采集模块3通过各种传感器采集电池组工作状态信息，传递给第一CAN收发器模块22；第一CAN收发器模块22通过编码把传感器信号以报文的形式传递给发送到CAN总线模块21上；第二CAN收发器模块23通过接收CAN总线模块21上传递的传感器信号报文，转换并发送给数据分析模块1对所需检测的电池组的能耗进行分析和计算。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集电动汽车在各种行驶状况下的电池组工作状态数据，包括电流、电压、温度、输出功率；

根据所述行驶状况得到的电池组工作状态数据确定动力电池组充放电控制策略；

根据电池组充放电策略对所需测量的电池组进行充放电，并记录电池组工作状态信息；

电池组工作状态信息通过CAN网络传递给计算机；

计算机根据电池组工作状态信息计算待测电池组在不同行驶状况下的能量消耗。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真方法，其特征在于，所述采集电动汽车在各种行驶状况下的电池组工作状态数据的步骤具体包括：

所述电动汽车在各种行驶状况下的电池组工作状态数据可以通过电动汽车实际道路行驶或者在底盘测功机上模拟典型行驶工况时，通过安装于电动汽车上的数据监控系统获取电动汽车运行数据，或通过仿真软件建立同款电动汽车整车模型进行工况仿真获取。

3.根据权利要求2述的一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真方法，其特征在于：

所述电动汽车包括串联式、并联式、混联式或纯电动的电动汽车；

所述行驶状况包括行驶工况、整车载荷、坡度和路面附着系数等；

所述行驶工况可以是一段典型的汽车实车采集的行驶工况，或是NEDC、ECE的仿真工况；

所述电池组工作状态数据应包括电动汽车在不同行驶状况下电池组的电流、电压、输出功率、SOC和温度变化曲线。

4.根据权利要求1所述的一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真方法，其特征在于：所述根据所述行驶状况得到的电池组工作状态数据确定动力电池充放电控制策略，包括：

首先需对动力电池组充满电，然后根据所述动力电池充放电策略进行充放电，以模拟汽车实际行驶工况。

5.一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真装置，其特征在于，包括数据分析模块、CAN网络模块、数据采集模块、动力电池组模块、充放电控制模块，车辆动力学仿真模块，其中：

所述数据分析模块用于接收电池组工作状态信号并通过分析和处理，计算电池组在该行驶状况下的电能量消耗；

所述CAN网络模块用于接收和传递传感器信号和车辆行驶状态数据报文；

所述数据采集模块用于采集电池组工作状态数据，包括电池组及个单体电池的电压、电流、输出功率、SOC和温度信号；

所述动力电池组模块由若干动力电池通过串并联方式组成，是电动汽车主要的能量来源，采用已经在电动汽车上使用了一段时间的电池组，或成组后尚未使用的电池组；

所述充放电控制模块，用于按照一定的充放电控制策略对电池组进行充放电控制；

所述车辆动力学仿真模块用于计算车辆在各种道路工况下的车辆行驶状态数据。

6.根据权利要求5所述的一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真装置，其特征在于：所述数据分析模块通过电池组工作状态信息数据，结合内部的算法对电池组及各单体的电能量消耗进行计算。

7.根据权利要求5所述的一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真装置，其特征在于：所述CAN网络模块包括CAN总线模块和四个CAN收发器模块。

8.根据权利要求5所述的一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真装置，其特征在于：所述数据采集模块包括数据采集电路和若干传感器，动力电池组模块的每块单体电池都装有相应的传感器，用于采集各单体电池的工作状态信息。

9.根据权利要求5所述的一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真装置，其特征在于：所述充放电控制模块由行驶工况数据处理模块、充放电策略制定模块和充放电执行机构组成；

所述行驶工况数据处理模块通过采集电动汽车在各种行驶工况的数据，得到电池组电流、电压、输出功率、SOC和温度变化曲线工作状态信息；所述充放电策略制定模块通过电池组工作状态信息制定相应的电池组充放电策略；所述充放电执行机构根据电池组充放电策略对所需检测的电池组进行充放电测试。

10.根据权利要求5所述的一种电动汽车动力电池能量消耗硬件在线仿真装置，其特征在于：所述车辆动力学仿真模块由驾驶员模块、行驶道路模块、整车模块组成；

所述驾驶员模块用于根据道路工况信息，对整车模块进行加速，换挡、制动、转向操作；

所述行驶道路模块用于输入道路工况信息；

所述整车模块用于计算车辆在当前行驶状态下的整车工作状态数据。