混合动力和纯电池电力推进混合动力车辆的一致里程计算

摘要

本发明涉及混合动力和纯电池电力推进混合动力车辆的一致里程计算。具体地，系统和方法用于确定电动混合动力车辆的燃料消耗和行驶里程，例如电动混合动力燃料电池车辆。方法包括将电池的输出电流转换到虚拟消耗的燃料消耗流值，然后将虚拟消耗的燃料消耗流值加到实际消耗的燃料值以得到总消耗的燃料值，其然后除以车辆行驶的距离以得到车辆的燃料消耗。方法还包括将电池的SOC转换到虚拟可用的燃料值，然后将虚拟可用的燃料值加到实际可用的燃料值以得到总可用的燃料值，其然后除以燃料消耗以得到车辆的行驶里程。

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于确定车辆的行驶里程和燃料消耗的系统和方法，更具体地，涉及用于确定电动混合动力车辆的行驶里程和燃料消耗的系统和方法，例如燃料电池混合动力车辆，其中该方法包括将车辆上的电能储存装置（例如电池）的电流和荷电状态（SOC）分别转换到虚拟燃料流和虚拟可用燃料，其被包括作为用于分别确定燃料消耗和行驶里程的计算的部分。

背景技术

电动车辆越来越流行。这些车辆包括混合动力车辆（例如扩展里程电动车辆（EREV），其结合蓄电池和主动力源，例如内燃机、燃料蓄电池系统等等）以及纯电动车辆（例如蓄电池电动车辆（BEV））。所有这些类型的电动车辆都使用包括多个蓄电池单元的高电压蓄电池。这些蓄电池可以是不同的蓄电池类型，例如锂离子、镍金属氢化物、铅酸等等。用于电动车辆的典型的高电压蓄电池系统可包括大量的蓄电池单元或模块，所述模块包括多个蓄电池单元以满足车辆动力和能量需求。蓄电池系统可以包括单独的蓄电池模块，其中每个蓄电池模块可以包括一定数量的蓄电池单元，例如12个单元。所述单独的蓄电池模块可以以串联的方式电联接，或者串联的单元可以以并联的方式电联接，其中模块内的多个单元以串联的方式连接并且每个模块以并联的方式与其他模块电联接。不同的车辆设计包括不同的蓄电池设计，其针对特别应用使用各种权衡和优点。

电动混合动力车辆典型地为车辆驾驶员提供显示器，其显示了正在被消耗的燃料量并且显示了在剩余燃料的基础上的车辆行驶里程。例如，在包括燃料电池堆和电池的燃料电池电动车辆中，车辆的燃料消耗和里程由已经被堆使用的氢气燃料量和在车辆上的氢气压力罐中储存的剩余氢燃料的量所确定。

用于车辆的推进动力可仅由燃料电池堆提供，由燃料电池堆和电池的组合提供，或仅由电池提供。对于由电池提供电力的这些情况（部分地或全部地），与燃料电池堆单独提供所有推进动力而使用的情况相比，更少的氢燃料被用于推进车辆一定距离。因此，基于氢燃料消耗的车辆里程计算在电池动力被用于推进车辆的这些情况下可能是不正确的。

此外，在电池已经被用于提供电力以推进车辆或其他之后，燃料电池堆功率在适当的时候使用来提供给电池再充电所需的功率。对于燃料电池堆被用于提供电力以推进车辆和为电池充电的这些情况，氢燃料消耗量基本上高于仅提供电力推进所要求的，使得再次车辆基于氢燃料消耗能够行驶的距离是不正确的。因为控制系统连续地改变燃料电池堆和电池之间提供的功率百分比以提供车辆的有效率的操作，对于正确的车辆里程来说氢燃料消耗提供太长距离或太短距离之间具有大程度的振荡。

发明内容

根据本发明的教导，公开了系统和方法，用于确定电动混合动力车辆的燃料消耗和行驶里程，例如电动混合动力燃料电池车辆。该方法包括确定实际消耗的燃料值，其表示多少实际燃料由主功率源使用，并且确定虚拟消耗的燃料流值，其为可再充电的电能源的输出电流的函数。该方法使实际消耗的燃料值和虚拟消耗的燃料流值相加，以得到总消耗的燃料值。该方法使总消耗的燃料值除以车辆已经行驶的距离，以得到燃料消耗值，其表示由车辆消耗的燃料量。该方法还确定了在车辆上有多少实际燃料可用的实际可用燃料值和作为可再充电电能源的荷电状态的函数的虚拟可用燃料值。该方法使实际可用的燃料值和虚拟可用的燃料值相加，以得到总可用燃料值并且使总可用燃料值除以燃料消耗值以得到车辆的行驶里程。

由下面的描述和附属的权利要求并结合附图，本发明的附加特征将变得显而易见。

本发明还提供了以下方案：

1. 一种用于确定电动混合动力车辆的燃料消耗和行驶里程的方法，所述车辆包括主功率源和可再充电的电能源，所述方法包括：

确定实际消耗的燃料值，其表示多少实际燃料由所述主功率源使用；

确定虚拟消耗的燃料流值，其为所述可再充电的电能源的输出电流的函数；

通过使实际消耗的燃料值和虚拟消耗的燃料流值相加，确定总消耗的燃料值；

通过使总消耗的燃料值除以车辆已经行驶的距离，确定燃料消耗值，所述燃料消耗值表示由车辆消耗的燃料；

确定在车辆上有多少实际燃料可用的实际可用燃料值；

确定作为所述可再充电的电能源的荷电状态的函数的虚拟可用燃料值；

使实际可用燃料值和虚拟可用燃料值相加，以得到总可用燃料值；并且

使总可用燃料值除以燃料消耗值以得到车辆的行驶里程。

2. 如方案1所述的方法，其特征在于，确定燃料消耗值包括通过燃料消耗计算的重置除以车辆自从燃料消耗计算的重置已经行驶的距离来确定燃料消耗值，其中燃料消耗值通过使燃料流积分而确定。

3. 如方案1所述的方法，其特征在于，确定虚拟消耗的燃料流值使用等式：虚拟燃料流=电池电流×电池电压/120,000/FCPS效率，其中FCPS是燃料电池功率系统。

4. 如方案1所述的方法，其特征在于，确定虚拟可用燃料流值使用等式：虚拟可用燃料=（电池SOC - SOC下限）（0.00048/FCPS效率），其中SOC是荷电状态并且FCPS是燃料电池功率系统。

5. 如方案1所述的方法，其特征在于，所述主功率源是燃料电池堆。

6. 如方案1所述的方法，其特征在于，所述主功率源是内燃发动机。

7. 如方案1所述的方法，其特征在于，所述可再充电的电能源是电池。

8. 一种用于确定电动混合动力车辆的燃料消耗的方法，所述车辆包括主功率源和可再充电的电能源，所述方法包括：

确定实际消耗的燃料值，其表示多少实际燃料由所述主功率源使用；

确定虚拟消耗的燃料流值，其为所述可再充电的电能源的输出电流的函数；

通过使实际消耗的燃料值和虚拟消耗的燃料流值相加，确定总消耗的燃料值；并且

通过使总消耗的燃料值除以车辆已经行驶的距离，确定燃料消耗值，所述燃料消耗值表示由车辆消耗的燃料。

9. 如方案8所述的方法，其特征在于，确定燃料消耗值包括通过燃料消耗计算的重置除以车辆自从燃料消耗计算的重置已经行驶的距离来确定燃料消耗值，其中燃料消耗值通过使燃料流积分而确定。

10. 如方案8所述的方法，其特征在于，确定虚拟消耗的燃料流值使用等式：虚拟燃料流=电池电流×电池电压/120,000/FCPS效率，其中FCPS是燃料电池功率系统。

11. 如方案8所述的方法，其特征在于，所述主功率源是燃料电池堆。

12. 如方案8所述的方法，其特征在于，所述主功率源是内燃发动机。

13. 如方案8所述的方法，其特征在于，所述可再充电的电能源是电池。

14. 一种用于确定电动混合动力车辆的行驶里程的方法，所述车辆包括主功率源和可再充电的电能源，所述方法包括：

确定在车辆上有多少实际燃料可用的实际可用燃料值；

确定作为所述可再充电的电能源的荷电状态的函数的虚拟可用燃料值；

通过使实际可用燃料值和虚拟可用燃料值相加，确定总可用燃料值；并且

通过使总可用燃料值除以燃料消耗值确定车辆的行驶里程。

15. 如方案14所述的方法，其特征在于，所述燃料消耗值通过燃料消耗计算的重置除以车辆自从燃料消耗计算的重置已经行驶的距离来提供，其中燃料消耗值通过使燃料流积分而确定。

16. 如方案14所述的方法，其特征在于，确定虚拟可用燃料流值使用等式：虚拟可用燃料=（电池SOC - SOC下限）（0.00048/FCPS效率），其中SOC是荷电状态并且FCPS是燃料电池功率系统。

17. 如方案14所述的方法，其特征在于，所述主功率源是燃料电池堆。

18. 如方案14所述的方法，其特征在于，所述主功率源是内燃发动机。

19. 如方案14所述的方法，其特征在于，所述可再充电的电能源是电池。

附图说明

图1是电动混合动力车辆的简单平面图；

图2是流程图，其显示了用于确定电动混合动力车辆的燃料消耗的方法；以及

图3是流程图，其显示了用于基于燃料消耗确定电动混合动力车辆的车辆行驶里程的方法。

具体实施方式

本发明的实施例的下面讨论涉及用于确定电动燃料电池车辆的燃料消耗和行驶里程的系统和方法，其本质上仅为示例性的，并且绝不用于限制本发明或其应用或使用。例如，本讨论涉及燃料电池混合动力车辆，包括燃料电池堆和电池。然而，如本领域技术人员将认识到的，用于确定燃料消耗和行驶里程的系统和方法对于其他电动车辆可具有应用，所述其他电动车辆包括其他功率源，例如内燃发动机，和其他电能源，例如超级电容器，飞轮等。

图1是用于大体代表电动混合动力车辆的车辆10的俯视图。车辆10包括安装在车辆10内的高压电池12，其中电池12包括多个电池单元14。电池12可以是适于电动车辆的任何电池，例如铅酸电池、锂离子电池、金属氢化物电池等等。车辆10还可以包括主功率源16，例如内燃发动机、燃料电池堆等。车辆10还包括储存罐18，其储存用于功率源16的燃料，例如储存用于燃料电池堆的压缩氢气的氢罐。显示器20设在车辆10上以显示如下确定的车辆10的燃料消耗和行驶里程。

本发明提出了用于确定由混合动力车辆消耗的燃料量和基于剩余燃料的车辆行驶里程的系统和方法。如上所述，虽然此处的讨论涉及包括燃料电池堆和电池的燃料电池混合动力车辆，本发明对于其他电动车辆将具有应用，例如包括内燃发动机的车辆，和包括其他可再充电电能储存（RESS）装置的车辆，如超级电容器，飞轮等。

如下面将详细讨论的，本发明的方法包括将电池12的输出电流转换成虚拟消耗的燃料流值，然后将虚拟消耗的燃料流值加到实际消耗的燃料值以得到修改的或总的消耗的燃料值，该燃料值然后除以车辆10在一定时间段行驶的距离以得到车辆10的燃料消耗。更特别地，燃料消耗由自从燃料消耗计算的最近重置消耗的燃料除以车辆自从燃料消耗计算的最近重置被驾驶的距离而确定，其中消耗的燃料通过积分燃料流而确定。燃料消耗计算的重置由驾驶员启动。该方法还包括将电池的SOC转换成虚拟可用燃料值，然后将虚拟可用燃料值加到实际可用燃料值以得到总可用燃料值，该燃料值然后除以燃料消耗以得到车辆10的行驶里程。

图2是流程图30，其显示了用于计算燃料消耗值的过程，该值包括基于电池电流的虚拟消耗的燃料流值。在框32，确定了代表已经由燃料电池堆16消耗的燃料的实际消耗的燃料值。这是基于监控到燃料电池堆16的氢气流、储存罐18的储存容量等的已知的算法和模型。在框34，确定了虚拟消耗的燃料流值，其代表了在一定时间段上对RESS（即电池12）充电和放电有贡献的燃料流。特别地，对电池12进行充电提供了负的虚拟消耗的燃料流，因为正在使用燃料电池堆16来提供功率从而给电池12充电，其除了用于车辆推进的氢气以外消耗了更多的氢气。使电池12放电提供了正的虚拟消耗的燃料流，因为电池功率正在被用来推进车辆10，其将以其他方式已经由燃料电池堆16提供。

用于根据电池12的充电和放电而确定虚拟消耗的燃料值的一个非限制性过程能够如下计算：

虚拟燃料流=电池电流×电池电压/120,000/FCPS效率。

FCPS是燃料电池功率系统并且测量的HV电池电流必须减去由电力牵引系统在再生制动情况下产生的电流。

在框36，总消耗的燃料值被确定，其通过使实际消耗的燃料值和虚拟消耗的燃料流值相加来计算。在框38，燃料消耗值被计算，其为总消耗的燃料值除以车辆10在具体时间段内已经行驶的距离。

图3是流程图40，其显示了用于根据上面确定的燃料消耗值确定车辆10的行驶里程的过程。在框42，算法使用已知的过程和技术确定车辆10上的储存罐18中的实际可用燃料，这是基于多少氢气已经放入罐18中和多少氢气已经从罐18除去。在框44，算法确定虚拟可用燃料值，其为电池12的SOC的函数，其中电池12只能放电到SOC的一定百分比。

基于电池SOC的虚拟可用燃料值能够确定如下。

虚拟可用燃料=（电池SOC - SOC下限）（0.00048/FCPS效率）。

在框46，算法确定总可用燃料，其为实际可用燃料加上已经被确定的虚拟可用燃料。在框48，算法然后确定车辆10的里程，其为总可用燃料除以上面确定的燃料消耗值。

上述过程可以包括使用非常慢的低通过滤器阻尼燃料消耗和里程信号。这将减小但不能消除变化并且也将放慢燃料里程计算。

前面的讨论仅仅公开和描述本发明的示例性实施例。根据这些讨论和根据附图及权利要求，本领域的技术人员将很容易认识到，在不脱离所附权利要求所限定的本发明精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种变化、修改和变型。