CN110803066A - 一种纯电动矿车的剩余续航里程估算方法 - Google Patents

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Abstract

一种纯电动矿车的剩余续航里程估算方法，包括以下步骤：(1)根据客户提供的典型运行线路信息及矿区基本作业要求，以及结合纯电动矿车的基本参数，采用Matlab仿真软件进行车辆实况模拟仿真运行，从而估算出典型路线的能量消耗率，以此作为初始能量消耗率C0；(2)能量消耗率更新频率的界定：各个路线下，车辆控制单元根据车辆每往返运行一趟，就对能量消耗率进行一次更新；(3)车辆每往返运行一趟，车辆控制单元计算出此趟运行过程中的实际能量消耗率，将第n趟实际能量消耗率Cn作为第n+1趟运行时的能量消耗率估算值，并代入以下剩余续航里程计算公式进行估算。本发明估算精确度更高，准确性更好。

Description

一种纯电动矿车的剩余续航里程估算方法
技术领域
本发明涉及矿车，尤其是一种纯电动矿车的剩余续航里程估算方法。
背景技术
随着新能源技术的发展，纯电动汽车不仅在公路汽车领域已获得了全面的推广，也逐步进军到了工程机械及非公路车领域，尤其是一些地形较特殊的矿区，充分利用纯电动矿车在重载下坡、空载上坡等典型路线工况的突出优势，积极引进纯电动技术，以实现节能降本。由于纯电动矿车充电方式比较固定，不如燃油车便捷，万一途中没油了，还可临时补充，所以矿方及驾驶员一般也就对纯电动矿车剩余续航里程的估算精确度比较关注。
目前公路领域的纯电动汽车，在剩余续航里程估算方面主要是采用根据近短期的平均电能消耗率或预先标定整车车速对应的电能消耗率，再结合当前电池剩余电量计算估算出车辆当前的剩余续航里程。如专利CN108422881A的一种纯电动汽车续航里程计算方法及系统，其预先标定整车车速对应的电能消耗率；当车辆采用车载导航行驶时，获取车载导航所规划道路的每一段道路对应的路况信息，根据每一段道路对应的路况信息中的车速获取与车速对应的电能消耗率；根据每一段道路对应的能量消耗率以及对应的路径长度以及当前电池剩余电量计算汽车在车载导航规划路径中行驶的续航里程。
上述续航里程技术方法存在以下缺陷：
1)针对采用近短期平均电能消耗率及当前电池剩余电量估算剩余续航里程的方式并不适用于纯电动矿用车，因为一是矿区不同的路线工况的电能消耗率差别很大，二是每个班次的驾驶员不同，驾驶及运用习惯不一致，会导致运行同样时间或同等距离的能耗有一定差异，三是近短期的周期界定也不好裁定；
2)针对上述专利技术中预先标定整车车速对应的电能消耗率处理，主要是针对不同车速下的电能消耗率进行了仿真与标定，并未考虑针对不同车速时对应不同辅助能耗状态下(如是否开启空调等)的考虑，导致预先标定的电能消耗率不够准确；
3)针对上述专利技术中利用车载导航获取每段道路对应的路况信息中的车速，从而获取与车速对应的电能消耗率，此方式在纯电动矿车也不适用，因为国内矿区基本限速30km/h，除去起步和停车阶段，各路线下的绝大部分路段的行驶速度都是保持在20～30km/h，一是速度范围区间小，二是存在不同路线同等速度下能耗差别很大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种纯电动矿车的剩余续航里程估算方法，提高估算的精确度和准确性。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种纯电动矿车的剩余续航里程估算方法，包括以下步骤：
(1)初始能量消耗率C0的估算：根据客户提供的典型运行线路信息及矿区基本作业要求，以及结合纯电动矿车的基本参数，采用Matlab仿真软件进行车辆实况模拟仿真运行，从而估算出典型路线的能量消耗率，以此作为初始能量消耗率C0；
(2)能量消耗率更新频率的界定：各个路线下，车辆控制单元根据车辆每往返运行一趟，就对能量消耗率进行一次更新；
(3)能量消耗率Cn的估算：车辆每往返运行一趟，车辆控制单元计算出此趟运行过程中的实际能量消耗率，将第n趟实际能量消耗率Cn作为第n+1趟运行时的能量消耗率估算值，并代入以下剩余续航里程计算公式进行估算；
Figure BDA0002248389430000031
其中，Sn为当前剩余续航里程，Enew为出厂时电池标称容量，Cn-1为能量消耗率，SOH为在某一条件下电池可放出容量与新电池额定容量的比值，SOC为当前电池电量百分比。
作为改进，所述步骤(1)中，纯电动矿车的基本参数包括：整备质量、额定载荷、最大爬坡度、上坡稳定车速、最高车速、整车充电时间、标称电压和系统带电量。
作为改进，所述步骤(1)中，Matlab仿真估算路线能量消耗率的方法为：针对客户提供的经典运行工况路线，模拟车辆以期望的速度正常进行作业；设定车辆满载后，从装载点出发到卸载点，然后空载从卸载点按照原线路返回至装载点为一个周期；通过Matlab建模，并将车辆参数、电池参数、牵引电机参数和工况参数输入建立好的仿真模型中，进行车辆的牵引、制动工况仿真运行，从中计算出一个周期里牵引能耗和电制动回馈能量，则可综合得出牵引制动总能耗；再根据辅助系统的各子系统参数和工作模式计算出一个周期内的辅助系统总能耗；
Figure BDA0002248389430000041
作为改进，所述步骤(2)中，每往返运行一趟的界定：车辆控制单元通过实时采集货厢载重变化和举升卸载动作来判定，即每当货厢举升有效且货厢由重载变为空载时，能量消耗率进行一次更新。
本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：
1)充分考虑了矿区不同路线的运行环境和不同驾驶员的驾驶习惯对能量消耗率的突出影响，尽可能地提高了当前获取的能量消耗率的精确度；
2)充分考虑了不同季节、不同时间段以及电池特性随时间的变化等因素对剩余续航里程估算的影响，有效提高了剩余续航里程估算值的准确性；
3)充分利用了纯电动矿车和矿区作业环境等特殊性，提出了此计算方式简单、可操作作性较强的剩余续航里程估算方法。
具体实施方式
一种纯电动矿车的剩余续航里程估算方法，包括以下步骤：
(1)初始能量消耗率C0的估算：根据客户提供的典型运行线路信息及矿区基本作业要求，以及结合纯电动矿车的基本参数，采用Matlab仿真软件进行车辆实况模拟仿真运行，从而估算出典型路线的能量消耗率，以此作为初始能量消耗率C0；
(2)能量消耗率更新频率的界定：各个路线下，车辆控制单元根据车辆每往返运行一趟，就对能量消耗率进行一次更新；每往返运行一趟的界定：车辆控制单元通过实时采集货厢载重变化和举升卸载动作来判定，即每当货厢举升有效且货厢由重载变为空载时，能量消耗率进行一次更新；
(3)能量消耗率Cn的估算：车辆每往返运行一趟，车辆控制单元计算出此趟运行过程中的实际能量消耗率(即采用此过程中总的能量消耗值除以总的行驶里程，获得此过程每公里平均能量消耗值)，将第n趟实际能量消耗率Cn作为第n+1趟运行时的能量消耗率估算值，并代入以下剩余续航里程计算公式进行估算；
Figure BDA0002248389430000051
其中，Sn为当前剩余续航里程，Enew为出厂时电池标称容量，Cn-1为能量消耗率，SOH为在某一条件下电池可放出容量与新电池额定容量的比值，SOC为当前电池电量百分比。
本实施例纯电动矿车的基本参数包括：
整备质量：≤37t
额定载荷：45t
最大爬坡度：≥20％
上坡稳定车速(8％坡道)≥13.5km/h
最高车速：66km/h(矿区限速30km/h)
整车充电时间：≤0.5h
标称电压：806V
系统带电量：367kWh。
步骤(1)中，Matlab仿真估算路线的能量消耗率的方法：针对客户提供的经典运行工况路线(下表1)，模拟车辆以期望的速度正常进行作业。设定车辆满载后，从装载点出发到卸载点，然后空载从卸载点按照原线路返回至装载点为一个周期；通过Matlab建模，并将车辆参数(下表2)、电池参数(下表2)、牵引电机参数(下表2)和工况参数(见表1)输入建立好的仿真模型中，进行车辆的牵引、制动工况仿真运行，从中即可计算出一个周期里牵引能耗和电制动回馈能量，则可综合得出牵引制动总能耗；再根据辅助系统的各子系统参数和工作模式计算出一个周期内的辅助系统总能耗。
Figure BDA0002248389430000061
表1经典运行工况路线
Figure BDA0002248389430000062
Figure BDA0002248389430000071
表2经典运行工况路线
Figure BDA0002248389430000081

Claims (4)

1.一种纯电动矿车的剩余续航里程估算方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)初始能量消耗率C0的估算：根据客户提供的典型运行线路信息及矿区基本作业要求，以及结合纯电动矿车的基本参数，采用Matlab仿真软件进行车辆实况模拟仿真运行，从而估算出典型路线的能量消耗率，以此作为初始能量消耗率C0；
(2)能量消耗率更新频率的界定：各个路线下，车辆控制单元根据车辆每往返运行一趟，就对能量消耗率进行一次更新；
(3)能量消耗率Cn的估算：车辆每往返运行一趟，车辆控制单元计算出此趟运行过程中的实际能量消耗率，将第n趟实际能量消耗率Cn作为第n+1趟运行时的能量消耗率估算值，并代入以下剩余续航里程计算公式进行估算；
Figure FDA0002248389420000011
其中，Sn为当前剩余续航里程，Enew为出厂时电池标称容量，Cn-1为能量消耗率，SOH为在某一条件下电池可放出容量与新电池额定容量的比值，SOC为当前电池电量百分比。
2.根据权利要求1所述的一种纯电动矿车的剩余续航里程估算方法，其特征在于：所述步骤(1)中，纯电动矿车的基本参数包括：整备质量、额定载荷、最大爬坡度、上坡稳定车速、最高车速、整车充电时间、标称电压和系统带电量。
3.根据权利要求1所述的一种纯电动矿车的剩余续航里程估算方法，其特征在于：所述步骤(1)中，Matlab仿真估算路线能量消耗率的方法为：针对客户提供的经典运行工况路线，模拟车辆以期望的速度正常进行作业；设定车辆满载后，从装载点出发到卸载点，然后空载从卸载点按照原线路返回至装载点为一个周期；通过Matlab建模，并将车辆参数、电池参数、牵引电机参数和工况参数输入建立好的仿真模型中，进行车辆的牵引、制动工况仿真运行，从中计算出一个周期里牵引能耗和电制动回馈能量，则可综合得出牵引制动总能耗；再根据辅助系统的各子系统参数和工作模式计算出一个周期内的辅助系统总能耗；
Figure FDA0002248389420000021
4.根据权利要求1所述的一种纯电动矿车的剩余续航里程估算方法，其特征在于：所述步骤(2)中，每往返运行一趟的界定：车辆控制单元通过实时采集货厢载重变化和举升卸载动作来判定，即每当货厢举升有效且货厢由重载变为空载时，能量消耗率进行一次更新。
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