IT201800005878A1

IT201800005878A1 - Metodo di stima dell'autonomia residua di un veicolo elettrico

Info

Publication number: IT201800005878A1
Application number: IT102018000005878A
Authority: IT
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2019-11-30
Also published as: BR102019011132A2; EP3575140B1; US11332036B2; EP3575140A1; US20190366870A1

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“METODO DI STIMA DELL'AUTONOMIA RESIDUA DI UN VEICOLO ELETTRICO”

SETTORE TECNICO

La presente invenzione è relativa ad un metodo di stima dell’autonomia residua di un veicolo, più in particolare dell’autonomia residua di un veicolo elettrico.

STATO DELL’ARTE NOTA

I veicoli elettrici necessitano di una stima dell’autonomia residua, cioè quanto le batterie posseggano energia sufficiente al fine di consentire la marcia del veicolo.

Tale autonomia viene calcolata soventemente in funzione dello stato di carica, o SOC (dall’inglese “State Of Charge”), parametro che esprime in termini di percentuale la carica residua delle batterie, dal quale, moltiplicando tale parametro per la capacità nominale delle batterie, è possibile risalire alla carica residua delle stesse.

E’ tuttavia noto che tale parametro sia estremamente impreciso in quanto sia ottenuto tramite dispositivi di monitoraggio della tensione delle batterie veicolari, poco sensibili ed affidabili.

A tale scopo viene generalmente utilizzato un parametro correttivo, fornito dai produttori di batterie, configurato per correggere il suddetto valore del SOC. Normalmente tale valore è tabellato ed è su base oraria. Tuttavia siccome la stima del SOC è imprecisa, nonostante la moltiplicazione per il fattore correttivo, tale stima rimane ancora imprecisa.

EP3069923 A1 illustra un metodo alternativo per una stima precisa dell’autonomia residua di veicoli elettrici utilizzante un valore correttivo tabulato in base ad un tempo di scarica delle batterie veicolari acquisibile empiricamente su base di prove di missioni tipo del veicolo.

Tuttavia, anche la suddetta stima risulta non sufficientemente accurata in quanto è chiaro che i valori ottenuti empiricamente, calcolati in base a prove di missioni tipo, non potranno mai corrispondere ai valori di uso reali del veicolo stesso.

Infatti è noto che durante tali prove di missioni tipo i consumi dovuti ad alcuni dispositivi elettrici, ad esempio i dispositivi per il condizionamento del veicolo, non siano conteggiati. E’ dunque chiaro che tali prove non rispecchiano in modo fedele i consumi a cui sono sottoposte le batterie durante il normale uso di un veicolo elettrico.

E’ quindi sentita l’esigenza di migliorare i metodi di stima dell’autonomia residua di veicoli elettrici conosciuti.

Scopo della presente invenzione è risolvere il problema tecnico sopra descritto

SOMMARIO DELL’INVENZIONE

Il suddetto scopo è raggiunto da un metodo secondo le rivendicazioni allegate.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Per una migliore comprensione della presente invenzione viene descritta nel seguito una forma preferita di attuazione, a titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati nei quali:

• figura 1 illustra schematicamente un’unità di gestione di un veicolo elettrico; e

• figura 2 è uno schema a blocchi schematizzante il metodo della presente invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE

Il presente metodo può essere applicato ad un veicolo (non illustrato), preferibilmente elettrico, comprendente essenzialmente almeno una batteria configurata per alimentare, per lo meno parzialmente, almeno un motore elettrico cooperante con una trasmissione per garantire la marcia del veicolo e configurata per alimentare i differenti dispositivi presenti in un veicolo.

In figura 1 è schematicamente illustrata un’unità di gestione 1 di un veicolo, o VMU (“Vehicle management unit”) collegata a rispettivi CAN BUS di gestione della trazione 2, ad esempio il motore, la trasmissione, i sistemi di frenata e di gestione della catena di trazione elettrica 3, ad esempio le batterie di trazione o l’inverter.

L’unità di gestione 1 può inoltre ricevere segnali in ingresso 4 dal veicolo attraverso i suddetti CAN BUS 2 e 3, e può ovviamente inviare segnali in uscita 5 verso il veicolo, ad esempio verso un’interfaccia grafica per l’utilizzatore del veicolo (HMI). Ovviamente l’unità di gestione 1 è dotata di una memoria interna, ad esempio una EEPROM.

Dai CAN BUS 2, 3 l’unità di gestione 1 ricevere una pluralità di parametri quali ad esempio:

• la velocità V del veicolo in km/h;

• la distanza X percorsa dal veicolo ;

• una distanza Xsdi soglia, di valore prefissato in km;

• l’energia disponibile E delle batterie;

• lo stato di carica SOC;

• la profondità di scarica DOD, pari al complementare del SOC, cioè DOD = 100% - SOC;

• il tempo T trascorso da quando il veicolo è in moto;

• la soglia minima e massima dello stato di carica Smax, Smindelle batterie, ad esempio configurabili al 17% ed all’83%. L’unità di gestione 1 comprende mezzi di elaborazione elettronica configurati per eseguire acquisire e memorizzare i suddetti valori e vantaggiosamente per elaborare un metodo, sotto descritto in dettaglio, per la stima dell’autonomia residua di un veicolo e schematizzato nello schema a blocchi 10 di figura 2.

Il metodo di stima dell’autonomia residua di un veicolo elettrico secondo la presente invenzione comprende essenzialmente le fasi seguenti:

• una prima fase di inizializzazione 11, all’inizio del ciclo di lavoro del veicolo, in cui vengono calcolati valori iniziali di parametri essenziali per le fasi successive, quali l’energia reale Er e lo stato di carica SOC delle batterie veicolari;

• una seconda fase di calcolo di valori medi 12, come media di valori calcolati per iterazioni successive ad un intervallo di marcia prefissato percorso dal veicolo, quali l’ energia usabile media Euavgdelle batterie o la velocità media Vavg del veicolo;

• una terza fase 13 in cui viene calcolato un coefficiente di energia disponile attuale Krc del ciclo di lavoro del veicolo;

• una quarta fase 14 in cui viene calcolato un coefficiente di energia disponile ottimizzato Krcavg, ad esempio come media dei valori dei Krc dei cicli di lavoro precedenti, memorizzati nella memoria del veicolo.

Con il termine “ciclo di lavoro” si specifica intendersi il funzionamento del veicolo compreso tra una sua accensione fino al suo spegnimento successivo.

In particolare, la fase di inizializzazione 11 comprende le fasi di:

• calcolare l’energia reale Ermoltiplicando l’energia disponibile E, misurata dalle batterie del veicolo, per un coefficiente di energia disponibile Kae, memorizzato dal ciclo di lavoro precedente (o prefissato in base a misure tabulate per il primo ciclo di lavoro in assoluto del veicolo)

• calcolare lo stato di carica utilizzabile tramite l’equazione:

Dove il è calcolato come complementare del DOD medio sulle batterie del veicolo e moltiplicato per un fattore di sicurezza funzione di Smin e Smax, per esempio ipotizzando Smin= 17% come margine di sicurezza.

La seconda fase di calcolo 12 di valori medi comprende essenzialmente i passi di:

• calcolo dell’energia usabile Eu(i) al momento i-esimo come:

• misura della velocità V(i) del veicolo al momento iesimo;

• memorizzazione del valore i-esimo di Eu(i) e di V(i), dove l’intervallo i-esimo corrisponde al momento in cui una distanza X(i) percorsa dal veicolo è maggiore di una distanza di soglia Xsmemorizzata all’interno della memoria della VMU. In sostanza tale valore i-esimo viene campionato ad ogni intervallo di distanza percorso dal veicolo prefissato. Il valore di tale distanza Xs può essere variato a piacere a seconda di quante campionature si ritengono necessarie, ad esempio ogni chilometro

Tale calcolo viene iterato tante volte tanto quanto si desidera campionare la misura di Eu e di V, ad esempio per i= 1:5.

La seconda fase comprende inoltre il calcolo di una energia usabile media delle batterie, Euavg, e di una velocità media del veicolo, Vavg, come rispettive medie, ad esempio aritmetiche, dei valori i-esimi calcolati precedentemente.

La terza fase 13 comprende il calcolo di un parametro di un coefficiente di energia disponibile attuale Krccome:

dove Ered sono rispettivamente l’energia reale e l’energia usabile media calcolate precedentemente.

La terza fase 13 può inoltre comprendere, alla fine del ciclo di lavoro, il calcolo dei chilometri residui ,percorribili con l’energia disponibile delle batterie ed il tempo di autonomia residua, in funzione del coefficiente di energia disponibile attuale Krc.

In particolare tali valori possono essere calcolati tramite le equazioni:

e

I suddetti valori sono inviati ad una interfaccia HMI, ad esempio un display, del veicolo per permetterne la visualizzazione da parte dell’utente del veicolo elettrico.

La quarta fase 14 comprende l’aggiornamento del valore del coefficiente di energia disponibile Kae, utilizzato durante la prima fase 11, andando a mediare il valore dei coefficienti di energia disponibile attuali Krc(i)campionati durante il ciclo di lavoro del veicolo.

Vantaggiosamente, una volta spento il veicolo dopo un ciclo di lavoro, il valore Krcdell’ i-esima campionatura del ciclo di lavoro viene memorizzato nella memoria della VMU per essere mediato con i valori Krc delle campionature precedenti del ciclo di lavoro per fornire un coefficiente di energia disponibile ottimizzato dove:

Tale valore di coefficiente di energia disponibile ottimizzato sarà posto uguale al coefficiente di energia disponibile Kaeper la fase di inizializzazione 11 di un successivo ciclo di lavoro alla ri-accensione del veicolo.

In questo modo la stima di Kae utilizzato per calcolare l’energia reale Erall’inizio del ciclo di lavoro sarà sempre più precisa e affinata perché basata su sempre maggiori cicli di lavoro reali del veicolo.

Da quanto precede, risultano evidenti i vantaggi del metodo di stima dell’autonomia residua del veicolo secondo l’invenzione.

Grazie al metodo descritto è possibile calcolare in maniera precisa il valore di autonomia residua di un veicolo elettrico. In particolare è possibile ottenere un coefficiente di energia disponibile Kae basato non più su prove sperimentali bensì su una moltitudine di cicli di lavoro reali comprendenti situazioni di uso del veicolo abituali.

I carichi elettrici normalmente non considerati durante le prove a banco sono inoltre conteggiati in tali cicli di lavoro, affinando ulteriormente la stima di Kae.

Infatti, andando a memorizzare i valori de Kaeciclo reale dopo ciclo reale, è possibile ottenere una stima dell’autonomia sempre più precisa andando a raffinarla col passare del tempo.

Risulta infine chiaro che al metodo di stima dell’autonomia residua del veicolo realizzata secondo la presente invenzione possono essere apportate modifiche e varianti che tuttavia non escono dall’ambito di tutela definito dalle rivendicazioni.

Ad esempio le medie dei suddetti valori potrebbero essere calcolate in maniera differente o ulteriori passi di calcolo intermedio potrebbero essere compresi all’interno di un passo del metodo come rivendicato.

Claims

RIVENDICAZIONI 1.- Metodo di stima della carica residua di un veicolo elettrico comprendente almeno una batteria elettrica ed almeno un motore configurato per utilizzare, almeno in parte, l’energia di detta almeno una batteria per permettere il movimento di detto veicolo elettrico, detto metodo comprendendo: • una prima fase (11) di inizializzazione in cui vengono calcolati un’energia reale (Er) ed uno stato di carica (SOC) di detta almeno una batteria all’inizio di un ciclo di lavoro del detto veicolo,dette energia reale (Er) e stato di carica (SOC) di detta almeno una batteria del veicolo sono calcolati tramite le equazioni:
dove è un coefficiente di energia disponile, E è l’energia disponibile di detta almeno una batteria, DOD è la profondità di scarica di detta batteria, e Smin,Sma xrappresentano i valori di soglia minima e massima dello stato di carica di detta almeno una batteria. • una seconda fase (12) di calcolo del valore di energia usabile media (Euavg) di detta almeno una batteria e della velocità media (Vavg) di detto veicolo come medie di rispettivi valori campionati ad intervalli prefissati di distanza(Xs) percorsa da detto veicolo , detta velocità (V) essendo acquisita da un’unità di gestione del veicolo (1) e detta energia usabile (Eu(i)) essendo calcolata tramite l’equazione:
• una terza fase (13) in cui viene calcolato, per ogni campionatura, un coefficiente di energia disponibile attuale (Krc) in funzione di detta energia usabile media(Euavg) e detta energia reale (Rr) , come:
• una quarta fase 14 in cui detto coefficiente di energia disponibile attuale (Krc(i)) campionato viene memorizzato e, a fine ciclo di lavoro, viene calcolato un coefficiente di energia disponile ottimizzato (Krcavg) come media dei coefficienti di energia disponibile attuale (Krc(i)) memorizzati dai cicli di lavoro precedenti di detto veicolo, • detto coefficiente di energia disponile ottimizzato (Krcavg) essendo posto uguale al valore del coefficiente di energia disponibile (Kae) utilizzato per il calcolo dell’energia reale (Er) e lo stato di carica (SOC) delle batterie del veicolo all’inizio di un successivo ciclo di lavoro del veicolo. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti valori Smin, Smaxpossono essere prefissati per mantenere un margine di sicurezza come livello di minimo, o massimo, dello stato di carica di detta almeno una batteria. 3.- Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che detta terza fase (13) comprende inoltre il calcolo dell’autonomia del veicolo come chilometri residui e/o tempo residuo di funzionamento del veicolo in funzione di detto coefficiente di energia disponibile attuale(Krc). 4. Metodo secondo la rivendicazione 3 caratterizzato dal fatto che detti chilometri residui e/o tempo residuo di funzionamento del veicolo vengono calcolati tramite le equazioni:
5. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che detto ciclo di lavoro di detto veicolo è uguale al funzionamento del veicolo compreso tra una sua accensione ed il successivo suo spegnimento.
6. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che detto coefficiente di energia disponibile (Kae)è prefissato per il primo ciclo di lavoro in assoluto di detto veicolo.
7. Veicolo comprendente un’unità di gestione (1) di detto veicolo comprendente mezzi elettronici configurati per acquisire, elaborare e memorizzare valori di funzionamento di detto veicolo e per elaborare i passi del metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni.