CN111397914A - 一种电动汽车动力系统匹配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车动力系统匹配方法，该方法基于驱动电机系统及电芯或电池包等零部件或子系统的测试数据，对纯电动汽车续驶里程进行可靠评估，能够指导整车厂对包含驱动电机系统、动力电池系统在内的动力系统进行选型匹配，实现降本增效。该方法无需复杂繁琐的建模，对不同的车型、不同的驱动电机系统、不同的动力电池系统，只需更改少许参数，通过简单的编程工具，例如MATLAB，即可快速完成纯电动汽车动力系统的匹配评估工作。该方法可快速评价整车所匹配的驱动电机系统及动力电池系统是否恰当，方便对驱动电机系统及动力电池系统进行选型匹配优化。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及一种电动汽车动力系统匹配方法。
背景技术
随着汽车工业的飞速发展和人们生活条件的不断改善，汽车已经成为人们出行不可或缺的交通工具之一。汽车保有量逐年增加，越来越多的人拥有了私家车。而电动汽车是目前汽车行业发展的方向。
对纯电动汽车而言，动力系统的效率直接影响着整车的能耗，而动力电池系统的能量和充放电效率直接影响着车辆续驶里程。整车续驶里程可通过车辆道路载荷试验及转鼓台架进行方便测试，但在纯电动汽车的设计阶段，根据整车设计参数初步选择的驱动电机系统及动力电池系统是否满足车辆续驶里程需求，以及驱动电机系统、动力电池系统、整车之间是否匹配恰当等问题无法较好地评估。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种电动汽车动力系统匹配方法，以在设计阶段，对驱动电机系统及动力电池系统进行匹配优化。
一种电动汽车动力系统匹配方法，包括：
步骤1：根据电动汽车驱动电机系统的母线电压范围、峰值转速、峰值转矩、峰值功率，选择至少三个母线电压，对选择的每一母线电压，在驱动电机全转速范围和全转矩范围内取预设的转速点和转矩点所组成的工况分别进行电动状态和馈电状态下的系统效率进行测试，以获取驱动电机系统的台架效率测试原始数据；
步骤2：获取驱动电机系统的台架效率测试原始数据后，对同一测试工况进行有效数据筛选并求取平均值，从而获得驱动电机系统在不同工况下的直流电功率、电机转速、电机指令转矩、轮边转速、轮边转矩、轮边功率、系统效率的数据；
步骤3：在0至最高轮边转速和0至最高轮边转矩范围内，采用轮边转速步长为1r/min、轮边转矩步长为1N·m对系统效率进行二维插值，获得驱动电机系统轮边系统效率MAP；
步骤4：获取整车设计阻力曲线、整备质量、轮胎滚动半径、最高车速的参数，根据NEDC、CLTC行驶工况，根据预设的时间步长，获取NEDC或CLTC行驶工况中每一时间点的轮边转速、轮边转矩和轮边功率，根据计算工况对轮边系统效率MAP进行进一步二维插值，从而获得NEDC或CLTC行驶工况中每一时间点的系统效率及直流电功率；
步骤5：根据NEDC或CLTC行驶工况中每一时间点的直流电功率和轮边功率，对时间进行积分，获得NEDC或CLTC行驶工况消耗的电池包总能量和轮边总能量，计算选定的母线电压下NEDC或CLTC行驶工况的驱动电机系统综合效率及能耗；
步骤6：根据电池包容量、能量、充放电效率测试的参数，并结合仪表供电、电动转向助力的整车辅助电耗，计算每一母线电压下的NEDC或CLTC循环工况续驶里程，获得NEDC或CLTC循环工况续驶里程随母线电压变化曲线；
步骤7：根据NEDC或CLTC循环工况续驶里程随母线电压变化曲线及电池包SOC-OCV测试曲线，对SOC进行积分，获得纯电动汽车NEDC或CLTC循环工况下的续驶里程，对整车所匹配的驱动电机系统及动力电池系统进行评估，以对包含驱动电机系统、动力电池系统在内的动力系统进行匹配优化，同时获得驱动电机系统在整车NEDC或CLTC循环工况行驶时的综合效率，以对驱动电机系统效率进行评估。
根据本发明提供的电动汽车动力系统匹配方法，能够基于驱动电机系统及电芯或电池包等零部件或子系统的测试数据，对纯电动汽车续驶里程进行可靠评估，从而指导整车厂对包含驱动电机系统、动力电池系统在内的动力系统进行选型匹配，实现降本增效。该方法无需复杂繁琐的建模，对不同的车型、不同的驱动电机系统、不同的动力电池系统，只需更改少许参数，通过简单的编程工具，例如MATLAB，即可快速完成纯电动汽车动力系统的匹配评估工作。该方法可快速评价整车所匹配的驱动电机系统及动力电池系统是否恰当，方便对驱动电机系统及动力电池系统进行选型匹配优化。
另外，根据本发明上述的电动汽车动力系统匹配方法，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，步骤1中，根据电动汽车驱动电机系统的母线电压范围、峰值转速、峰值转矩、峰值功率，选择三个母线电压点，分别为最低工作电压、额定电压、最高工作电压。
进一步地，步骤1中，对选择的每一母线电压，在驱动电机全转速范围和全转矩范围内取预设的转速点和转矩点所组成的工况分别进行电动状态和馈电状态下的系统效率进行测试，每一工况稳定后的测试时间不少于5秒。
进一步地，步骤2中，使用MATLAB编程对同一测试工况进行有效数据筛选并求取平均值。
进一步地，步骤4中，预设的时间步长为0.1秒。
进一步地，步骤4具体包括：
根据整车能量回馈策略以及经过二维插值的馈电状态轮边系统效率MAP，获得考虑能量回馈的NEDC或CLTC行驶工况中每一时间点的系统效率及直流电功率。
进一步地，步骤4具体包括：在0至最高电机转速和0至最高电机转矩范围内，用电机转速步长为1r/min、电机转矩步长为1N·m对轮边转矩进行二维插值，获得驱动电机系统轮边转矩MAP；根据当前驱动电机转速和驱动电机回馈转矩指令，搜索并插值出轮边转矩，进而根据轮边转速和轮边转矩对馈电状态轮边系统效率MAP进行搜索和插值，获得系统效率和直流母线功率。
附图说明
本发明实施例的上述和/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是根据本发明一实施例的电动汽车动力系统匹配方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，本发明一实施例提出的电动汽车动力系统匹配方法，包括以下步骤：
步骤1：根据纯电动汽车驱动电机系统的母线电压范围、峰值转速、峰值转矩、峰值功率等参数，选择至少三个母线电压点(如最低工作电压、额定电压、最高工作电压)，对选择的每一母线电压，在驱动电机全转速范围和全转矩范围内取特定的转速点和转矩点所组成的工况分别进行电动状态和馈电状态下的系统效率进行测试，通常每一工况稳定后的测试时间不少于5秒。
步骤2：获取驱动电机系统的台架效率测试原始数据后，使用MATLAB编程或其它工具对同一测试工况进行有效数据筛选并求取平均值，从而获得驱动电机系统在不同工况下的直流电功率、电机转速、电机指令转矩、轮边转速、轮边转矩、轮边功率、系统效率等准确数据。
步骤3：由于台架测试时采用特定的驱动电机转速和转矩工况进行测试，受驱动电机标定、转矩控制精度、减速器、半轴、转速步长、转矩步长等的影响，不同驱动电机转速、相同指令转矩情况下的轮边转矩不同，在零至最高轮边转速和零至最高轮边转矩范围内，需用轮边转速步长为1r/min、轮边转矩步长为1N·m对所测试系统效率进行二维插值，获得较为细密的驱动电机系统轮边系统效率MAP。
步骤4：获取整车设计阻力曲线、整备质量、轮胎滚动半径、最高车速等参数，根据NEDC、CLTC等行驶工况，选取合适的时间步长(如0.1秒)，获取NEDC或CLTC行驶工况中每一时间点的轮边转速、轮边转矩和轮边功率，根据计算工况对轮边系统效率MAP进行进一步二维插值，从而获得NEDC或CLTC行驶工况中每一时间点的系统效率及直流电功率。
其中，若需考虑能量回馈，根据整车能量回馈策略以及经过二维插值的馈电状态轮边系统效率MAP，可获得考虑能量回馈的NEDC或CLTC行驶工况中每一时间点的系统效率及直流电功率。
在考虑能量回馈时，由于整车发送驱动电机转矩指令进行能量回馈，台架测试时也采用特定的驱动电机转速和转矩工况进行测试，受驱动电机标定、转矩控制精度、减速器、半轴、转速步长、转矩步长等的影响，不同驱动电机转速、相同回馈转矩指令情况下的轮边转矩不同，在零至最高电机转速和零至最高电机转矩范围内，用电机转速步长为1r/min、电机转矩步长为1N·m对轮边转矩进行二维插值，获得较为细密的驱动电机系统轮边转矩MAP(轮边转矩随电机转速和电机转矩变化MAP图)。根据当前驱动电机转速和驱动电机回馈转矩指令，搜索并插值出该工况下的轮边转矩，进而根据轮边转速和轮边转矩对馈电状态轮边系统效率MAP进行搜索和插值，获得该工况下系统效率和直流母线功率。
步骤5：根据NEDC或CLTC行驶工况中每一时间点的直流电功率和轮边功率，对时间进行积分，获得NEDC或CLTC行驶工况消耗的电池包总能量和轮边总能量，可计算该母线电压下NEDC或CLTC行驶工况的驱动电机系统综合效率及能耗。
步骤6：根据电池包容量、能量、充放电效率测试等参数，考虑仪表供电、电动转向助力等整车辅助电耗，可计算每一母线电压下的NEDC或CLTC循环工况续驶里程，获得NEDC或CLTC循环工况续驶里程随母线电压变化曲线。
步骤7：根据NEDC或CLTC循环工况续驶里程随母线电压变化曲线及电池包SOC-OCV测试曲线(电池包电压随SOC变化曲线)，对SOC进行积分，获得纯电动汽车NEDC或CLTC等循环工况下的续驶里程，对整车所匹配的驱动电机系统及动力电池系统进行评估，可对包含驱动电机系统、动力电池系统在内的动力系统进行匹配优化。同时可获得驱动电机系统在整车NEDC或CLTC循环工况行驶时的综合效率，对驱动电机系统效率进行评估。
根据本实施例提供的电动汽车动力系统匹配方法，具有以下有益效果：
1)该方法无需复杂繁琐的建模，对不同的车型、不同的驱动电机系统、不同的动力电池系统，MATLAB程序只需编写一次，只需更改少许参数，且只需使用MATLAB工具即可快速完成纯电动汽车动力系统的匹配评估工作。
2)该方法可快速评价整车所匹配的驱动电机系统及动力电池系统是否恰当，方便对驱动电机系统及动力电池系统进行选型匹配优化，从而指导整车厂动力系统开发人员对包含驱动电机系统、动力电池系统在内的纯电动汽车动力系统进行选型匹配，实现整车降本增效的目的。
3)该方法可嵌入能量回馈策略并考虑回馈时的轮边转矩MAP，可方便评价考虑能量回馈后的NEDC行驶工况、CLTC行驶工况或其它行驶工况的驱动电机系统综合效率及能耗。
4)该方法评估续驶里程时可考虑能量回馈，可考虑仪表供电、电动转向助力等整车辅助电耗，续驶里程评估更加准确。
5)使用MATLAB编程的可方便形成可视化操作界面，能够方便的开发形成基于可靠评估续驶里程的纯电动汽车动力系统匹配分析软件。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具体用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种电动汽车动力系统匹配方法，其特征在于，包括：
步骤1：根据电动汽车驱动电机系统的母线电压范围、峰值转速、峰值转矩、峰值功率，选择至少三个母线电压，对选择的每一母线电压，在驱动电机全转速范围和全转矩范围内取预设的转速点和转矩点所组成的工况分别进行电动状态和馈电状态下的系统效率进行测试，以获取驱动电机系统的台架效率测试原始数据；
步骤2：获取驱动电机系统的台架效率测试原始数据后，对同一测试工况进行有效数据筛选并求取平均值，从而获得驱动电机系统在不同工况下的直流电功率、电机转速、电机指令转矩、轮边转速、轮边转矩、轮边功率、系统效率的数据；
步骤3：在0至最高轮边转速和0至最高轮边转矩范围内，采用轮边转速步长为1r/min、轮边转矩步长为1N·m对系统效率进行二维插值，获得驱动电机系统轮边系统效率MAP；
步骤4：获取整车设计阻力曲线、整备质量、轮胎滚动半径、最高车速的参数，根据NEDC、CLTC行驶工况，根据预设的时间步长，获取NEDC或CLTC行驶工况中每一时间点的轮边转速、轮边转矩和轮边功率，根据计算工况对轮边系统效率MAP进行进一步二维插值，从而获得NEDC或CLTC行驶工况中每一时间点的系统效率及直流电功率；
步骤5：根据NEDC或CLTC行驶工况中每一时间点的直流电功率和轮边功率，对时间进行积分，获得NEDC或CLTC行驶工况消耗的电池包总能量和轮边总能量，计算选定的母线电压下NEDC或CLTC行驶工况的驱动电机系统综合效率及能耗；
步骤6：根据电池包容量、能量、充放电效率测试的参数，并结合仪表供电、电动转向助力的整车辅助电耗，计算每一母线电压下的NEDC或CLTC循环工况续驶里程，获得NEDC或CLTC循环工况续驶里程随母线电压变化曲线；
步骤7：根据NEDC或CLTC循环工况续驶里程随母线电压变化曲线及电池包SOC-OCV测试曲线，对SOC进行积分，获得纯电动汽车NEDC或CLTC循环工况下的续驶里程，对整车所匹配的驱动电机系统及动力电池系统进行评估，以对包含驱动电机系统、动力电池系统在内的动力系统进行匹配优化，同时获得驱动电机系统在整车NEDC或CLTC循环工况行驶时的综合效率，以对驱动电机系统效率进行评估。
2.根据权利要求1所述的电动汽车动力系统匹配方法，其特征在于，步骤1中，根据电动汽车驱动电机系统的母线电压范围、峰值转速、峰值转矩、峰值功率，选择三个母线电压点，分别为最低工作电压、额定电压、最高工作电压。
3.根据权利要求2所述的电动汽车动力系统匹配方法，其特征在于，步骤1中，对选择的每一母线电压，在驱动电机全转速范围和全转矩范围内取预设的转速点和转矩点所组成的工况分别进行电动状态和馈电状态下的系统效率进行测试，每一工况稳定后的测试时间不少于5秒。
4.根据权利要求1所述的电动汽车动力系统匹配方法，其特征在于，步骤2中，使用MATLAB编程对同一测试工况进行有效数据筛选并求取平均值。
5.根据权利要求1所述的电动汽车动力系统匹配方法，其特征在于，步骤4中，预设的时间步长为0.1秒。
6.根据权利要求1所述的电动汽车动力系统匹配方法，其特征在于，步骤4具体包括：
根据整车能量回馈策略以及经过二维插值的馈电状态轮边系统效率MAP，获得考虑能量回馈的NEDC或CLTC行驶工况中每一时间点的系统效率及直流电功率。
7.根据权利要求6所述的电动汽车动力系统匹配方法，其特征在于，步骤4具体包括：在0至最高电机转速和0至最高电机转矩范围内，用电机转速步长为1r/min、电机转矩步长为1N·m对轮边转矩进行二维插值，获得驱动电机系统轮边转矩MAP；根据当前驱动电机转速和驱动电机回馈转矩指令，搜索并插值出轮边转矩，进而根据轮边转速和轮边转矩对馈电状态轮边系统效率MAP进行搜索和插值，获得系统效率和直流母线功率。
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