技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明涉及電動汽車測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測量混合動力電動汽車油耗的方法。
背景技術(shù)
[0002] 發(fā)展電動汽車是應(yīng)對
能源安全、環(huán)境污染和
氣候變化挑戰(zhàn)，保持我國汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本途徑；是應(yīng)對汽車動力電
氣化技術(shù)變革、實現(xiàn)我國汽車工業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)型和科技跨越的戰(zhàn)略機遇；是培育新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟增長點的戰(zhàn)略選擇。經(jīng)過“863”連續(xù)兩個五年計劃的支持，我國已基本建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電動汽車動力系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)平臺，初步構(gòu)成了關(guān)鍵零部件的配套研發(fā)體系和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力，25個試點城市新能源汽車保有量超過10000輛。由于動力
電池組關(guān)鍵技術(shù)尚未取得突破，存在壽命短、
能量密度低、安全性不高等缺點，使得純電驅(qū)動汽車目前仍處于小批量試制階段。混合動力電動汽車作為向純電驅(qū)動汽車過渡的車型，已率先實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，正成為汽車市場銷售的熱點和新的增長點。相對于傳統(tǒng)汽車而言，混合動力電動汽車的動力系統(tǒng)發(fā)生了重大的變化，增加的儲能裝置使得傳統(tǒng)汽車的油耗測試與評價方法已不再適用于混合動力電動汽車。而目前頒布實施的混合動力電動汽車油耗測試和評價方法普遍存在動力電池組凈能量變化計算不夠準(zhǔn)確和油耗校正測試方法過于復(fù)雜的問題，使得現(xiàn)有的混合動力電動汽車油耗測試和評價方法與真實結(jié)果之間存在偏差，不能被各生產(chǎn)企業(yè)廣泛認(rèn)可。
[0003] 因此，有必要提供一種客觀、公平的測量混合動力汽車油耗的方法來克服
現(xiàn)有技術(shù)的
缺陷。
發(fā)明內(nèi)容
[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種不僅考慮電池的能量轉(zhuǎn)化效率，而且采用了當(dāng)量里程法對油耗進行更為簡單有效的修正，使得油耗值真實準(zhǔn)確的測量混合動力電動汽車油耗的方法。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種測量混合動力電動汽車油耗的方法，包括如下步驟：
[0006] （1）試驗準(zhǔn)備工作與試驗車輛預(yù)循環(huán)；
[0007] （2）在
底盤測功機轉(zhuǎn)轂試驗臺上，按照測試循環(huán)（對于輕型混合動力電動汽車為GB18352.3-2005所述的測試循環(huán)，由市區(qū)運轉(zhuǎn)循環(huán)和市郊運轉(zhuǎn)循環(huán)兩部分組成；對于重型混合動力電動汽車為中國典型城市公交循環(huán)CCBC），運行混合動力電動汽車試驗樣車，運行過程中測量并記錄動力電池組的瞬態(tài)充/放電
電流及
電壓、混合動力電動汽車的燃油消耗量；
[0008] （3）待所述混合動力電動汽車運行完成后，運用積分法計算動力電池組凈能量變化NEC；
[0009] （4）當(dāng)NEC占總能耗百分比小于1%，油耗真實值為消耗量實測值；
[0010] （5）當(dāng)NEC占總能耗百分比大于1%，若NEC>0，即動力電池組向外界輸出能量，真實里程為實測里程減去所述NEC對應(yīng)的當(dāng)量里程，此真實里程對應(yīng)的油耗量即為油耗量真實值，若NEC<0，即動力電池組吸收能量，真實里程為實測里程加上所述NEC對應(yīng)的當(dāng)量里程，此真實里程對應(yīng)的油耗量即為油耗量真實值；
[0011] 在本發(fā)明的一個
實施例中，所述步驟（3）具體為：
[0012] 根據(jù)混合動力電動汽車運行過程中動力電池組的瞬態(tài)充/放電電流、電壓及相應(yīng)時間，以及對應(yīng)過程中平均充/放
電能量轉(zhuǎn)化效率，通過公式
計算動力電池組凈能量變化，其中NEC為動力電池
組凈能量變化，t0為運行起始時間，t1為運行終止時間，Vt為動力電池組瞬態(tài)電壓，Ichar為動力電池組瞬態(tài)充電電流，Idis為動力電池組瞬態(tài)放電電流，ηch0為對應(yīng)過程中動力電池組平均充電能量轉(zhuǎn)換效率，ηdis0為對應(yīng)過程中動力電池組平均放電能量轉(zhuǎn)換效率。
[0013] 由混合動力電動汽車運行過程中的瞬時充/放電電流可知，運行過程中的平均充/放電電流分別為Ich0和Idis0，通過公式ηdisch=0.99722-0.04137×I+0.00344×I2或ηcharge=0.99121-0.04221×I+0.0082×I2計算放電或充電能量轉(zhuǎn)化效率，其中ηdisch為放電能量轉(zhuǎn)化效率，ηcharge是充電能量轉(zhuǎn)化效率，I為電流，單位是倍率。
[0014] 在本發(fā)明的另一實施例中，所述步驟（5）具體為：
[0015] 當(dāng)NEC占總能耗百分比大于1%，若NEC>0，此NEC對應(yīng)的當(dāng)量里程為Se，運行過程中的實測里程為S，運行過程中的實測油耗為B，則運行過程中的真實里程Sa1=S-Se，混合動力電動汽車的真實油耗為：Ba=B/ Sa1*100(L/100km)；若NEC<0，此NEC對應(yīng)的當(dāng)量里程為Se，運行過程中的實測里程為S，運行過程中的實測油耗為B，則運行過程中的真實里程Sa2=S+Se，混合動力電動汽車的真實油耗為：Ba=B/ Sa2*100(L/100km)。
[0016] 依據(jù)汽車?yán)碚撝R可知，可通過如下公式計算NEC對應(yīng)的當(dāng)量里程：當(dāng)NEC>0時，；當(dāng)NEC<0時， ，其中Se為當(dāng)量里程，NEC為動力電池組的凈能量變化，ηc為底盤測功裝置平均傳動效率，ηm為
電機及其
控制器平均工作效率，ηdisch為動力電池組平均放電能量轉(zhuǎn)化效率，ηch為動力電池組平均充電能量轉(zhuǎn)化效率，F(xiàn)驅(qū)動力為汽車行駛過程中的平均驅(qū)動力。
[0017] 汽車行駛過程中的平均驅(qū)動力F驅(qū)動力可通過公式 計算，其中W驅(qū)動為汽車行駛過程中的驅(qū)
動能量，S為汽車行駛過程中的實測里程。且W驅(qū)動可通過公式計算，其中V為車速，單位千米每小時
（km/h）；NEC為動力電池組凈能量變化，單位千瓦時（kWh）；t為測試循環(huán)時間，單位秒（s）；
-1 6 -1
k1為單位換算系數(shù)，k1=（3.6），單位(km/h)/(m/s)；k2為單位換算系數(shù)，k2=（3.6*10），單位kWh/J；m為整車慣性
質(zhì)量，單位千克（kg）；A、B、C為
滑行阻力系數(shù)，對應(yīng)單位分別為N、
2
N/(km/h)、N/(km/h)。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明測量混合動力汽車油耗的方法不僅考慮了電池的能量轉(zhuǎn)化效率，而且采用了當(dāng)量里程法對油耗進行更為簡單有效的修正，使得油耗值真實準(zhǔn)確，且測量時無需
跟蹤在測試過程中電池凈能量或SOC的動態(tài)變化，方法簡單有效，準(zhǔn)確性高，具有很強的操作性和實用性。
[0019] 通過以下的描述并結(jié)合
附圖，本發(fā)明將變得更加清晰，這些附圖用于解釋本發(fā)明的實施例。
附圖說明
[0020] 圖1為本發(fā)明測量混合動力電動汽車油耗的方法的
流程圖。
具體實施方式
[0021] 現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明的實施例，附圖中類似的元件標(biāo)號代表類似的元件。
[0022] 下面結(jié)合圖1說明本發(fā)明測量混合動力電動汽車油耗的方法，步驟如下：
[0023] 步驟S1，試驗準(zhǔn)備工作與試驗車輛預(yù)循環(huán)：試驗準(zhǔn)備工作包括試驗車輛的檢查、試驗車輛的預(yù)處理、轉(zhuǎn)轂
熱機、試驗車輛安裝與試驗車輛在轉(zhuǎn)轂上阻力設(shè)定。上述試驗準(zhǔn)備工作完成后，需進行一個完整的測試循環(huán)，即預(yù)循環(huán)，對測試設(shè)備進行充分預(yù)熱，檢測測試設(shè)備的運行情況，以保證稍后的測試結(jié)果的精確性。預(yù)循環(huán)完成以后要關(guān)閉試驗車輛的點火
鎖，靜置20分鐘。上述所有工作完成后，方可開始試驗；
[0024] 步驟S2，確定消耗量實測值、尾氣排放實測值：在底盤測功機轉(zhuǎn)轂試驗臺上，按照一定的測試循環(huán)（對于輕型混合動力電動汽車為GB 18352.3-2005所述的測試循環(huán)，由市區(qū)運轉(zhuǎn)循環(huán)和市郊運轉(zhuǎn)循環(huán)兩部分組成；對于重型混合動力電動汽車為中國典型城市公交循環(huán)CCBC），運行混合動力電動汽車試驗樣車，運行過程中測量并記錄動力電池組的瞬態(tài)充/放電電流、電壓及相應(yīng)時間，以及混合動力電動汽車的燃油消耗量；
[0025] 步驟S3，確定動力電池組的凈能量變化：待所述混合動力電動汽車運行完成后，根據(jù)測試過程中記錄的瞬時充/放電電流、電壓及相應(yīng)時間，運用電池能量轉(zhuǎn)化效率模型，通過公式 計算動力電池組凈能量變化；
[0026] 步驟S4，判斷測試前后動力電池組凈能量變化范圍：若NEC占總能耗百分比小于1%，繼續(xù)下一步，若NEC占總能耗百分比大于1%，當(dāng)NEC>0，轉(zhuǎn)步驟S6，當(dāng)NEC<0，轉(zhuǎn)步驟S8；
[0027] 步驟S5，測試結(jié)果不需要任何更改，即消耗量真實值為步驟S3得到的消耗量實測值，結(jié)束；
[0028] 步驟S6，通過公式 計算動力電池組對外輸出能量所對應(yīng)的當(dāng)量里程；
[0029] 步驟S7，結(jié)果校正，混合動力電動汽車的真實行駛里程為實測里程減去當(dāng)量里程，真實油耗為所述真實里程對應(yīng)的油耗，結(jié)束；
[0030] 步驟S8，通過公式 計算動力電池組吸收能量所對應(yīng)的當(dāng)量里程；
[0031] 步驟S9，結(jié)果校正，混合動力電動汽車的真實行駛里程為實測里程加上當(dāng)量里程，真實油耗為所述真實里程對應(yīng)的油耗，結(jié)束。
[0032] 由上可以看出，本發(fā)明測量混合動力汽車油耗和排放的方法不僅考慮了發(fā)電系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化效率（步驟S12和步驟S9），而且考慮電池的能量轉(zhuǎn)換效率（步驟S11和步驟S8），因此油耗和排放的測量值真實準(zhǔn)確，且測量時無需跟蹤在測試過程中電池凈能量或SOC的動態(tài)變化，方法簡單有效，準(zhǔn)確性高，具有很強的操作性和實用性。
[0033] 下面對步驟S3中的電池能量轉(zhuǎn)化效率模型進行說明。電池能量轉(zhuǎn)化效率模型的建立過程是：
[0034] （1）根據(jù)另一
專利提出的電池能量模型計算動力電池組的凈能量ΔQn，電池能量模型的建立過程如下：
[0035] （11）將SOC=0（電池組按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進行放電操作釋放全部電量直至達到放電截止電壓）的電池組按照1/25C進行恒流充電，當(dāng)充電時間達到25小時或者充電電壓達到充電截止電壓時停止充電；記錄電池組充電電壓變化曲線；
[0036] （12）將SOC=1（電池組按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進行充電操作吸收全部電量直至達到充電截止電壓）的電池組按照1/25C進行恒流放電，當(dāng)放電時間達到25小時或者放電電壓達到放電截止電壓時停止放電；記錄電池組放電電壓變化曲線；
[0037] （13）將上述實驗測試所得充電電壓變化曲線以及放電電壓變化曲線相加取平均值，得到電池組開路電壓Uocv變化曲線；
[0038] （14）根 據(jù) 開 路 電 壓 Uocv 同 荷 電 狀 態(tài) SOC 之 間 的 函 數(shù) 關(guān) 系 式以及所述開路電壓Uocv曲線的對應(yīng)值求出函數(shù)關(guān)系式中的未知參數(shù)，進而得到開路電壓同
荷電狀態(tài)的定量關(guān)系式，其中y代表動力電池組開路電壓Uocv， x代表動力電池組荷電狀態(tài)SOC，k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7、k8、k9、k10代表未知參數(shù)；
[0039] （15）采用電池組開路電壓同荷電狀態(tài)的定量關(guān)系式計算任一荷電狀態(tài)區(qū)間的電池組凈能量變化，計算公式為： ，其中，ΔQn為凈能量變化，Cn為額定容量，SOC(0)至SOC(t)為荷電狀態(tài)區(qū)間，該計算公式即為電池能量模型。
[0040] （2）參考相關(guān)國家以及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不同類型電池組按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進行放電操作釋放全部電量；電池組按照不同充電電流進行恒流充電直至充電電壓達到充電截止電壓，在整個恒流充電過程中完成電流、電壓以及時間等等參數(shù)數(shù)據(jù)記錄，直接通過電壓、電流和時間積分即可得到在特定恒流充電過程中（即對應(yīng)充電電流和荷電狀態(tài)區(qū)間）充電電源輸入電池組能量Qin；
[0041] （3）參考相關(guān)國家以及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不同類型電池組按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進行充電操作吸收全部電量；電池組按照不同放電電流進行恒流放電直至放電電壓達到放電截止電壓，在整個恒流放電過程中完成電流、電壓以及時間等等參數(shù)數(shù)據(jù)記錄；直接通過電壓、電流和時間積分即可得到在特定恒流放電過程中（即對應(yīng)放電電流和荷電狀態(tài)區(qū)間）電池組對外輸出能量Qout；
[0042] （4）根據(jù)在相同荷電狀態(tài)（SOC）區(qū)間時步驟（2）得到的充電電源輸入電池組的能量Qin和通過步驟（1）得到的凈能量ΔQn計算特定恒流充電過程中電池組凈能量變化與充電電源輸入電池組能量之比，得到特定恒流充電條件下電池組充電能量轉(zhuǎn)化效率ηcharge，計算公式為ηcharge=ΔQn/Qin；通過線性擬合或者多項式擬合計算可得到電池組充電能量轉(zhuǎn)化效率與充電電流I之間的函數(shù)關(guān)系，其中充電電流I的單位為倍率C；
[0043] （5）根據(jù)在相同荷電狀態(tài)(SOC)區(qū)間時步驟（3）得到的電池組對外輸出的能量Qout和通過步驟（1）得到的凈能量ΔQn計算特定恒流放電過程中電池組對外輸出的能量與電池組凈能量變化之比，得到特定恒流放電條件下電池組放電能量轉(zhuǎn)化效率ηdisch，計算公式為ηdisch=Qout/ΔQn；通過線性擬合或多項式擬合計算可得到電池組放電能量轉(zhuǎn)化效率ηdisch與放電電流I之間的函數(shù)關(guān)系，其中放電電流I的單位是倍率C。
[0044] 下面對步驟S6和步驟S8中的當(dāng)量
里程計算進行說明。當(dāng)量里程計算的具體過程是：
[0045] （1）確定 混 合 動 力 電 動 汽 車的 驅(qū) 動 能 量：依 據(jù) 滑 行 試 驗 確 定的滑 行阻 力系 數(shù)和 底 盤測 功裝 置記 錄的 車 輛的 瞬時 速度，通過 公式可計算得到混合動力電動汽車的驅(qū)動能量W驅(qū)動，其中V代表車速，單位千米每小時（km/h）；t代表測試循環(huán)時間，單位秒（s）；k1代表單位換算系數(shù)，k1=（3.6）-1，單位(km/h)/(m/s)；k2代表單位換算系數(shù)，k2=（3.6*106）-1，單位kWh/J；m代表整車慣性質(zhì)量，單位千克（kg）；A、B、C代表滑行阻力系數(shù)，對應(yīng)單位分別為N、N/(km/h)、N/(km/h)2。
[0046] （2）確定混合動力電動汽車行駛過程中的平均驅(qū)動力：依據(jù)步驟1確定的混合動力電動汽車驅(qū)動能量W驅(qū)動和底盤測功裝置測得的車輛行駛里程S，通過公式 可計算得到混合動力電動汽車行駛過程中的平均驅(qū)動力F驅(qū)動。
[0047] （3）確定混合動力電動汽車的當(dāng)量里程：當(dāng)NEC>0，依據(jù)底盤測功裝置平均傳動效率、電機及其控制器平均工作效率、動力電池組凈能量變化量、動力電池組平均放電效率和步驟2確定的混合動力電動汽車行駛過程中的平均驅(qū)動力，通過公式可計算得出動力電池組放出的能量所對應(yīng)的當(dāng)量里程，其中ηc代表底盤測功裝置平均傳動效率；ηm代表電機及其控制器平均工作效率；NEC代表動力電池組凈能量變化；ηdisch代表動力電池組平均放電效率；F驅(qū)動力代表車輛行駛過程中的平均驅(qū)動力；Se代表NEC對應(yīng)的當(dāng)量里程。當(dāng)NEC<0，依據(jù)底盤測功裝置平均傳動效率、電機及其控制器平均工作效率、動力電池組凈能量變化量、動力電池組平均充電效率和步驟2確定的混合動力電動汽車行駛過程中的平均驅(qū)動力，通過公式 可計算得出
動力電池組吸收的能量所對應(yīng)的當(dāng)量里程，其中ηc代表底盤測功裝置平均傳動效率；ηm代表電機及其控制器平均工作效率；NEC代表動力電池組凈能量變化；ηch代表動力電池組平均充電效率；F驅(qū)動力代表車輛行駛過程中的平均驅(qū)動力；Se代表NEC對應(yīng)的當(dāng)量里程。
[0048] 下面結(jié)合具體實例詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0049] 實例一：
[0050] 某公司生產(chǎn)的一款混合動力客車，儲能裝置為
磷酸鐵鋰型
蓄電池組，動力電池組的性能參數(shù)見表1。
[0051] 表1
[0052]類型
鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè) 中信國安盟固利動力科技有限公司
型號 SPIM14250190
單體電壓/容量(V/Ah) 3.7V/35Ah
質(zhì)量比能量(Wh/kg) 97Wh/kg
單體個數(shù)及連接方式 286只,2并143串
總電壓(V) 530
[0053] 下面說明測量具有該鋰離子動力電池組的混合動力客車油耗的方法，包括如下步驟：
[0054] 試驗準(zhǔn)備工作與試驗車輛預(yù)循環(huán)：試驗準(zhǔn)備工作包括試驗車輛的檢查、試驗車輛的預(yù)處理、轉(zhuǎn)轂熱機、試驗車輛安裝與試驗車輛在轉(zhuǎn)轂上阻力設(shè)定。上述試驗準(zhǔn)備工作完成后，需進行一個完整的測試循環(huán)，即預(yù)循環(huán)，對測試設(shè)備進行充分預(yù)熱，檢測測試設(shè)備的運行情況，以保證稍后的測試結(jié)果的精確性。預(yù)循環(huán)完成以后要關(guān)閉試驗車輛的點火鎖，靜置20分鐘。上述所有工作完成后，方可開始試驗；
[0055] 確定消耗量實測值、尾氣排放實測值：由于試驗樣車為重型混合動力電動汽車，因此在轉(zhuǎn)轂實驗臺上，按照中國典型城市公交循環(huán)（CCBC）（對于重型混合動力電動汽車，中國所采用的測試循環(huán)為中國典型城市公交循環(huán)）運行所述混合動力客車樣車，運行過程中測量并記錄動力電池組的瞬時充/放電電流、電壓以及相應(yīng)時間，測得該混合動力客車的行駛距離為5.880km，柴油的消耗量為1.525L,則該混合動力客車的百公里油耗實測值為25.932L/100Km；
[0056] 通過電池能量轉(zhuǎn)化效率模型計算動力電池組凈能量的變化：根據(jù)
申請號為：201110000612.7，
發(fā)明名稱為：蓄電池能量效率測量方法的專利申請中的電池放
2
電能量轉(zhuǎn)化效率模型的函數(shù)關(guān)系式：ηdisch=0.99722-0.04137×I+0.00344×I（其中ηdisch為放電能量轉(zhuǎn)化效率；I為放電電流，單位為倍率），計算動力電池組放電能量轉(zhuǎn)化效率。根據(jù)在轉(zhuǎn)轂實驗中測得的瞬時放電電流值算出放電電流的平均值為25A，即0.36C，得到放電能量轉(zhuǎn)化效率為98.32%；根據(jù)在轉(zhuǎn)轂實驗中測得的瞬時充電電流值算出充電電流的平均值為46A，即0.66C，得到充電能量轉(zhuǎn)化效率為96.69%。最后通過公式 計算動力電池組凈能量變化，本實施例中
NEC=-0.216kWh，則本實施例中動力電池組吸收的能量為0.216kWh；
[0057] 結(jié) 果 校 正：通 過 公 式 、 和可以計算得出0.216kWh能量對應(yīng)的
當(dāng)量里程為0.196km，則混合動力客車的真實里程為6.076km，該混合動力客車的真實百公里油耗為：
[0058] 真實百公里油耗：25.932/6.076*100（L/100km）=25.10（L/100Km），
[0059] 以上結(jié)合最佳實施例對本發(fā)明進行了描述，但本發(fā)明并不局限于以上揭示的實施例，而應(yīng)當(dāng)涵蓋各種根據(jù)本發(fā)明的本質(zhì)進行的
修改、等效組合。
