電動汽車能量採集系統和方法
2024-03-08 23:10:15
專利名稱：電動汽車能量採集系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種能量採集系統，尤其是涉及一種用於電動汽車的能量採集系統和方法。
背景技術：
電動汽車的研發目前基本上還是通過不斷、大量的路上實驗來積累數據，開發周期較長。而在今天這樣一個激烈競爭的時代，開發周期延長就意味著落後，因此，很有必要建立一個可以科學評價電動汽車最大行駛裡程中能量變化情況，以便研發人員對電動車的整體性能進行客觀的評估並根據評估做出改善。然而，現今仍然沒有非常方便的測試電動車能量變化的系統，因此，很有必要提供一種便利的能量採集系統，以便研發人員能夠利用該系統方便、準確地對車輛的能量消耗狀況進行跟蹤處理，從而得到必要的實驗數據。
發明內容
本發明的目的是克服現有實驗中不能方便測量汽車能量消耗情況的缺點，提供一種能夠方便、高效和簡潔地採集並測量汽車電能消耗的電動汽車能量採集系統和方法。
本發明提供一種電動汽車能量採集系統，其中，該系統包括傳感器、數據採集裝置和數據處理裝置，所述傳感器用於感測電動汽車上電池組的電流並生成能夠反映電流變化的信號；所述數據採集裝置用於採集所述傳感器生成的反映電流變化的信號；所述數據處理裝置用於接收來自於所述數據採集模塊的信號並計算電池組的放電量和/或充電量。
而且，本發明還提供一種電動汽車能量採集方法，包括能量感測步驟、數據採集步驟和數據處理步驟，在所述感測步驟，感測電動汽車上電池組的電流並生成能夠反映電流變化的信號；在所述數據採集步驟，採集在所述感測步驟生成的反映電流變化的信號；在所述數據處理步驟，接收來自於所述數據採集步驟的信號並計算電池組的放電量和/或充電量。
本發明提供的電動汽車能量採集系統及方法具有靈活、效率高以及操作簡單的優點，能夠使研發人員對電動車的整體性能進行正確客觀的評估，提高工作效率，縮短電動汽車的開發周期，從而節約成本。
圖1為根據本發明的電動汽車能量採集系統的組成框圖；圖2為根據本發明的數據處理裝置的結構框圖；圖3為根據本發明優選實施方式的數據處理裝置的結構框圖；圖4為根據本發明的電動汽車能量採集方法的流程圖；圖5為根據本發明的數據處理步驟的流程圖；圖6為根據本發明優選實施方式的數據處理步驟的流程圖；圖7為根據本發明的電動汽車能量採集系統的組成示意圖；圖8為根據本發明的顯示方式的示例圖。
具體實施例方式
下面結合附圖詳細描述本發明的具體實施方式
。
圖1為根據本發明的電動汽車能量採集系統的組成框圖。圖中，本發明提供的電動汽車能量採集系統包括傳感器100、數據採集裝置200和數據處理裝置300，所述傳感器100用於感測電動汽車上電池組的電流並生成能夠反映電流變化的信號；所述數據採集裝置200用於採集所述傳感器100生成的反映電流變化的信號；所述數據處理裝置300用於接收來自於所述數據採集裝置200的信號並計算電池組的放電量和/或充電量。
根據本發明，所述傳感器100可以是多種類型，能夠感測電池組的電流並將感測到的電流轉換為其它能夠反映電流變化的數據或物理量，例如，所述傳感器100可以將電流信號轉換為隨電流變化的電壓信號、光信號或者直接轉換為能夠被計算機識別的數據量。根據傳感器100類型的不同，其傳輸方式也不同，例如可以採用通常的數據採集線作為傳輸，也可以利用光纖進行傳輸，或者也可以利用無線進行傳輸。相應地，對於數據採集裝置200來說，也要根據傳感器類型的不同而不同，對於本領域技術人員來說，可以根據不同的需要選用合適的傳感器和數據採集裝置類型，這裡將不再詳述。
根據本發明的優選實施方式，所述傳感器100採用任何能夠將電流信號轉化為電壓信號的傳感器，並且利用數據採集線傳輸電壓信號。這種方式成本較低。
根據本發明，如圖2所示，所述數據處理裝置300包括採樣模塊310、濾波器320、積分模塊330以及顯示模塊340，所述採樣模塊310用於接收數據採集裝置200採集的反應電流變化的模擬量，生成計算機可以處理的數字量；濾波器320用於對由採樣模塊310生成的數字量進行濾波，減小或消除噪聲影響；積分模塊330用於對反映電流變化的數字量進行積分，得到電池組的放電量和/或充電量；顯示模塊340用於顯示反映電流變化的數字量和/或電池組的放電量和/或充電量。
根據本發明，所述濾波器320可以採用常用的FIR、IIR等公知的數字濾波器結構，濾波器的係數可以根據實驗情況進行設定，也可以利用一些公知的自適應算法設計成濾波器係數可變的自適應濾波器，從而形成更佳的輸出信號。當然，可以理解的是，在外界幹擾、硬體噪聲非常小的狀況或對測試精度要求不高的情況下，經採樣模塊310採樣生成的反映電流變化的數據量可以不經過濾波器320而直接進入積分模塊330進行積分。
根據本發明，所述積分模塊330對接收到的數據進行相對於時間的積分，需要理解的是，由於積分模塊330接收到的數據是反映電流變化的數據，因此積分後將生成反映汽車電量變化的數據。
根據本發明，所述顯示模塊340用於顯示反映電流變化的數字量和/或電池組的放電量和/或充電量，也就是將積分前後的數據顯示出來，顯示方式可以是文字式的，但優選情況下採用圖形顯示的方式，這樣可以給研發人員一個更加直觀的結果。如上所述，由於積分前後分別是反映電流和電量變化的數據，因此所述顯示模塊340在屏幕上以分屏的方式同時顯示電流和電量的變化，也可以一次只顯示二者中的一個，使用者可以選擇要察看哪一個，並可以在二者之間進行切換。
根據本發明的優選實施方式，所述傳感器100是能夠感測電流方向的雙向傳感器(例如霍爾電流傳感器CSNK591)，在此情況下，如圖3所示，所述數據處理裝置中的積分模塊330包括放電積分模塊331和充電積分模塊332，所述顯示模塊340包括放電顯示模塊341和充電顯示模塊342。放電積分模塊331和充電積分模塊332分別用於對反映放電電流變化的數字量和反映充電電流變化的數字量進行積分；放電顯示模塊341和充電顯示模塊342分別用於顯示反映放電電流變化的數字量和反映充電電流變化的數字量，以及電池組的放電量和充電量。
所述傳感器100能夠感測電流的方向，即能夠感測電流是流出電池組(放電)還是流入電池組(充電)，並產生能夠反映電流方向的標誌，例如用正負標誌來代表不同的電流方向。
在實際中，當電動汽車減速、剎車時汽車能量驟降而導致發動機的動能轉化為電能，而這些電能都回饋給電池組，使得電池組充電，從而與放電相比表現出電流方向的不同。
優選情況下，所述數據處理裝置進一步包括電流方向判別模塊400，所述電流方向判別模塊400用於判別電流的流向，如果電流方向是流入電池組，則將反映放電電流變化的數字量發送到充電積分模塊331；如果電流方向是流出電池組，則將反映放電電流變化的數字量發送到放電積分模塊332。
對於本領域技術人員來說，很明顯的是，所述電流方向判別模塊400可以在模擬信號進入採樣模塊310之前進行判斷，也可以在採樣模塊310的輸出端對採樣信號進行判斷。優選情況下，所述電流方向判別模塊400接收所述濾波器320的輸出，從該濾波器320的輸出中判斷電流的方向，由於濾波器320的輸出已經減小了噪聲的影響，因此這樣的判斷更加準確。
優選情況下，所述數據處理裝置進一步包括存儲模塊350，如圖2所示，用於將積分前和/或積分後的數據存儲起來。存儲的操作可以由人工操作，即使用者可以根據自己的需要將數據存儲起來，但優選情況下，所述存儲模塊350是實時存儲模塊，採用實時存儲方式，即計算機自動將數據存儲到不同的文件中或文件夾下，以待研究人員對數據進行更加詳細的分析。
在此情況下，所述存儲模塊350將充電電流、電量和/或放電電流、電量存儲到不同的文件或文件夾下，以待將來分析。由於這對本領域技術人員來說是非常容易實現的，因此為了簡化附圖，圖3中未示出存儲模塊350。
根據上面的描述，本領域技術人員可以利用現有的裝置和計算機語言(例如C語言、彙編語言等)來實現上述的電動汽車能量採集系統。優選情況下，所述處理軟體是Labview，所述數據採集裝置200是常用的NI-DAQCard數據採集卡，該數據採集卡能夠通過計算機上的PCMCAI接口同計算機連接。本領域技術人員可以通過Labview中提供的採樣模塊、濾波器、積分模塊、顯示模塊以及存儲模塊來實現對數據的採集、濾波、積分、顯示以及存儲的功能。
根據本發明的另一方面，如圖4所示，提供一種電動汽車能量採集方法，該方法包括能量感測步驟10，感測電動汽車上電池組的電流並生成能夠反映電流變化的信號；數據採集步驟20，採集在所述能量感測步驟10生成的反映電流變化的信號；數據處理步驟30，接收來自於所述數據採集步驟的信號並計算電池組的放電量和/或充電量。
根據本發明，在能量感測步驟10，可以利用傳感器來感測能量的變化，傳感器可以是多種類型，能夠感測電池組的電流並將感測到的電流轉換為其它能夠反映電流變化的數據或物理量，例如，所述傳感器可以將電流信號轉換為隨電流變化的電壓信號、光信號或者直接轉換為能夠被計算機識別的數據量。根據傳感器類型的不同，其傳輸方式也不同，例如可以採用通常的數據採集線作為傳輸，也可以利用光纖進行傳輸，或者也可以利用無線進行傳輸。
對於數據採集步驟20，可以利用數據採集裝置進行數據的採集，數據採集裝置根據傳感器類型的不同而不同，對於本領域技術人員來說，可以很容易地根據不同的需要選用合適的傳感器和數據採集裝置類型，這裡將不再詳述。
根據本發明的優選實施方式，在步驟10使用的傳感器可以採用任何能夠將電流信號轉化為電壓信號的傳感器，並且利用數據採集線傳輸電壓信號。這種方式比較常用而且成本較低。
根據本發明，在步驟30，可以利用數據處理裝置，例如安裝有處理軟體的計算機來對接收到的數據進行處理。如圖5所示，所述數據處理步驟30包括採樣步驟31、濾波步驟32、積分步驟33以及顯示步驟34。在採樣步驟31，將在數據採集步驟20採集到的反應電流變化的模擬量進行採樣，產生計算機可以處理的數字量；在濾波步驟32，對在採樣步驟31生成的數字量進行濾波；在積分步驟33，對反映電流變化的數據進行積分；在顯示步驟34，顯示積分前和/或積分後的數據。
根據本發明，在所述濾波步驟32，可以採用常用的FIR、IIR等公知的數字濾波器結構進行濾波，濾波器的係數可以根據實驗情況進行設定，也可以利用公知的自適應算法設計成濾波器係數可變的自適應濾波器，從而形成更佳的輸出信號。當然，可以理解的是，在外界幹擾、硬體噪聲相對於有用信號較小的狀況或對測試精度要求不高的情況下，在採樣步驟31採樣生成的反映電流變化的數據量可以不經過濾波步驟32而直接進入積分步驟33進行積分。
根據本發明，在積分步驟33對接收到的數據進行相對於時間的積分，需要理解的是，由於在積分步驟33接收到的數據是反映電流變化的數據，因此積分後將生成反映汽車電量變化的數據。
根據本發明，所述顯示步驟34用於將積分前後的數據顯示出來，顯示方式可以是文字式的，但優選情況下採用圖形顯示的方式，這樣可以給研發人員一個更加直觀的結果。如上所述，由於積分前後分別是反映電流和電量變化的數據，因此在所述顯示步驟34，可以在屏幕上以分屏的方式同時顯示電流和電量的變化，也可以一次只顯示二者中的一個，使用者可以選擇要察看哪一個，並可以在二者之間進行切換。
根據本發明的優選實施方式，在能量感測步驟10，能夠感測電流的雙向流動，用於感測電流的方向，可以採用能夠感測電流方向的雙向傳感器，在此情況下，如圖6所示，所述積分步驟33包括放電積分步驟33-1和充電積分步驟33-2，所述顯示步驟34包括放電顯示步驟34-1和充電顯示步驟34-2。在所述放電積分步驟33-1和充電積分步驟33-2，分別對反映放電電流變化的數字量和反映充電電流變化的數字量進行積分；在所述放電顯示步驟34-1和充電顯示步驟34-2，分別顯示反映放電電流變化的數字量和反映充電電流變化的數字量，以及電池組的放電量和充電量。
在所述能量感測步驟10所採用的傳感器能夠感測電流的方向，即能夠感測電流是流出電池組(放電)還是流入電池組(充電)，並產生能夠反映電流方向的標誌，例如用正負標誌來代表不同的電流方向。
在實際中，當電動汽車減速、剎車時汽車能量驟降而導致發動機的動能轉化為電能，而這些電能都回饋給電池組，使得電池組充電，從而與放電相比表現出電流方向的不同。
優選情況下，所述數據處理步驟30進一步包括電流方向判別步驟40，在該電流方向判別步驟40，判別電流的流向，如果電流方向是流入電池組，則將反映放電電流變化的數字量發送到充電積分步驟33-1進行充電電流的積分；如果電流方向是流出電池組，則將反映放電電流變化的數字量發送到放電積分步驟33-2進行放電電流的積分。
對於本領域技術人員來說，很明顯的是，所述電流方向判別步驟40可以在模擬信號進入採樣步驟31之前進行判斷，也可以在採樣步驟31的輸出信號中對採樣信號進行判斷。優選情況下，所述電流方向判別步驟40接收從所述濾波步驟32的輸出來判斷電流的方向，由於從濾波步驟32的輸出已經減小了噪聲的影響，因此這樣的判斷更加準確。
優選情況下，所述放電計算步驟進一步包括存儲步驟35，用於將積分前和/或積分後的數據存儲起來。存儲的操作可以由人工操作，即使用者可以根據自己的需要將數據存儲起來，但優選情況下，所述存儲步驟35是實時存儲步驟，採用實時存儲方式，即計算機自動將數據存儲到不同的文件中或文件夾下，以待研究人員對數據進行更加詳細的分析。
根據上面的描述，本領域技術人員可以利用現有的裝置和計算機語言(例如C語言、彙編語言等)來實現上述的電動汽車能量採集方法。優選情況下，可以採用Labview軟體，可以利用常用的NI-DAQCard數據採集卡執行數據採集步驟20，該數據採集卡能夠通過計算機上的PCMCAI接口同計算機連接。本領域技術人員可以通過Labview中提供的採樣模塊、濾波器、積分功能模塊、顯示控制模塊以及存儲控制模塊來實現對數據的採集、濾波、積分、顯示以及存儲的功能。
下面結合圖7和圖8對本發明提供的電動汽車能量採集系統以及方法的使用和工作過程進行詳細描述，以使得進一步幫助對本發明的理解。
圖7是根據本發明的電動汽車能量採集系統的組成示意圖。圖中電動汽車電池的電流經過數據採集線發送到具有PCMCIA接口的數據採集卡，例如NI-DAQCard，數據採集卡再將接收到的數據發送到安裝有最新版本的Labview的計算機進行處理，計算機多採用筆記本電腦，這樣對於提高操作的靈活性和方便性更加有利。
圖8是本發明提供的顯示方式的示例，圖中，電腦屏幕上顯示四個窗口，分別用於顯示充電時的電流、電量和放電時的電流電量。而且，在數據採集和顯示過程中，數據的存儲是同步進行的，在後臺自動實現存儲。
權利要求
1.一種電動汽車能量採集系統，其中，該系統包括傳感器、數據採集裝置和數據處理裝置；所述傳感器感測電動汽車上電池組的電流並生成能夠反映電流變化的信號；所述數據採集裝置採集所述傳感器生成的反映電流變化的信號；所述數據處理裝置接收來自於所述數據採集裝置的信號並計算電池組的放電量和/或充電量。
2.根據權利要求1所述的能量採集系統，其中，所述數據處理裝置包括採樣模塊、濾波器、積分模塊以及顯示模塊，所述採樣模塊接收數據採集裝置採集的反映電流變化的信號，產生計算機可以處理的反映電流變化的數字量；濾波器對由採樣模塊生成的數字量進行濾波；積分模塊對反映電流變化的數字量進行積分，得到電池組的放電量和/或充電量；顯示模塊顯示反映電流變化的數字量和/或電池組的放電量和/或充電量。
3.根據權利要求2所述的能量採集系統，其中，所述傳感器是感測電流方向的雙向傳感器，所述數據處理裝置中的積分模塊包括放電積分模塊和充電積分模塊，顯示模塊包括放電顯示模塊和充電顯示模塊，放電積分模塊和充電積分模塊分別對反映放電電流變化的數字量和反映充電電流變化的數字量進行積分；放電顯示模塊和充電顯示模塊分別顯示反映放電電流變化的數字量和反映充電電流變化的數字量，以及電池組的放電量和充電量。
4.根據權利要求3所述的能量採集系統，其中，所述數據處理裝置進一步包括電流方向判別模塊，所述電流方向判別模塊判別電流的流向；電流方向流入電池組，則將反映放電電流變化的數字量發送到充電積分模塊；電流方向是流出電池組，則將反映放電電流變化的數字量發送到放電積分模塊。
5.根據權利要求2-4中任意一項所述的能量採集系統，其中，所述數據處理裝置進一步包括存儲模塊，該存儲模塊存儲反映電流變化的數字量和/或電池組的放電量和/或充電量。
6.一種電動汽車能量採集方法，該方法包括能量感測步驟、數據採集步驟和數據處理步驟；所述能量感測步驟感測電動汽車上電池組的電流並生成反映電流變化的信號；所述數據採集步驟採集在所述感測步驟生成的反映電流變化的信號；所述數據處理步驟接收來自於所述數據採集步驟的信號並計算電池組的放電量和/或充電量。
7.根據權利要求6所述的能量採集方法，其中，所述數據處理步驟包括採樣步驟、濾波步驟、積分步驟以及顯示步驟；所述採樣步驟接收數據採集步驟採集的反映電流變化的信號，生成計算機可以處理的反映電流變化的數字量；所述濾波步驟對在採樣步驟生成的數字量進行濾波；所述積分步驟對反映電流變化的數字量進行積分，得到電池組的放電量和/或充電量；所述顯示步驟顯示反映電流變化的數字量和/或電池組的放電量和/或充電量。
8.根據權利要求7所述的能量採集方法，其中，在所述能量感測步驟感測電流的雙向流動，所述積分步驟包括放電積分步驟和充電積分步驟，分別對反映放電電流變化的數字量和反映充電電流變化的數字量進行積分；顯示步驟包括放電顯示步驟和充電顯示步驟，分別顯示反映放電電流變化的數字量和反映充電電流變化的數字量，以及電池組的放電量和充電量。
9.根據權利要求8所述的能量採集方法，其中，所述數據處理步驟進一步包括電流方向判別步驟，所述電流方向判別步驟判別電流的流向，電流方向流入電池組，則將反映放電電流變化的數字量發送到充電積分步驟；電流方向流出電池組，則將反映放電電流變化的數字量發送到放電積分步驟。
10.根據權利要求6-9中任意一項所述的能量採集方法，其中，所述數據處理步驟進一步包括存儲步驟，所述存儲步驟存儲反映電流變化的數字量和/或電池組的放電量和/或充電量。
全文摘要
一種電動汽車能量採集系統，該系統包括傳感器、數據採集裝置和數據處理裝置，所述傳感器用於感測電動汽車上電池組的電流並生成能夠反映電流變化的信號；所述數據採集裝置用於採集所述傳感器生成的反映電流變化的信號；所述數據處理裝置用於接收來自於所述數據採集裝置的信號並對接收到的信號進行處理。本發明提供的電動汽車能量採集系統能夠方便、高效和簡潔地測定電動汽車電池能量的變化情況。
文檔編號H02J7/00GK101071159SQ20061007820
公開日2007年11月14日 申請日期2006年5月12日 優先權日2006年5月12日
發明者宋敬育, 周洪波 申請人:比亞迪股份有限公司