一种电动汽车自动限制耗电系统及方法与流程

本发明涉及一种电动汽车自动限制耗电系统及方法。

背景技术：

如今，汽车成为普通生活必需的生活必需品。汽车为人们提供简便快捷的移动性，从而广发普及并占据我们生活的重要地位。

但是，现有的内燃发动机汽车的增加，因增加汽车所排放的尾气，从而成为严重污染环境的原因。为了解决上述大气和环境污染问题，积极开展对使用作为清洁燃料的电能的电动汽车（Electric Vehicle，EV）的研究，并推出应用这些技术的产品。

尤其是，随着全世界范围内强化环境监管及节约能源的趋势，对环保电动汽车（Electric Vehicle，EV）的需求逐渐增多；

在电动汽车的使用过程中，增加电动汽车的电池容量会导致车身重量的增加，因此，电动汽车通过一次完全充电能行驶的距离将受到限制；若电动汽车在行驶过程中发生剩余电量不足，电动汽车离专用充电站距离较远，此时，驾驶员继续不良的驾驶行为，如在红绿灯起步大力深踩油门，将导致电池在一瞬间输出较大的电流，将使得电池剩余的电量急剧下降，使得该电动汽车的续航里程下降，停在半路没电而无法继续行驶，给驾驶者造成极大的麻烦。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种电动汽车自动限制耗电系统，具有提高续航里程的特点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种电动汽车自动限制耗电系统，包括：

电量检测装置，用于检测电池剩余的电量值；

压力检测装置，用于检测驾驶员脚部与油门踏板之间的压力值；

第一步进电机，其设置在驾驶室的底板上可通过滑动装置沿底板滑动，所述第一步进电机的输出轴上设有一连接头，油门踏板的转动轴上设有用于与连接头对合的连接槽；

控制装置，其连接于电量检测装置和压力检测装置，并对电池剩余的电量值及压力值进行判断；

其中，当电池剩余的电量值小于阈值时，所述控制装置控制滑动装置驱使第一步进电机滑动以将其连接头与连接槽对合；

且当所述压力值小于第一预定值时，所述控制装置控制第一步进电机反转回弹油门踏板；当所述压力值大于第一预定值且小于第二预定值时，所述控制装置控制第一步进电机稳定住油门踏板；当所述压力值大于第二预定值时，所述控制装置控制第一步进电机正转匀速驱动油门踏板。

通过上述技术方案，在电池剩余的电量值小于阈值时，控制装置将控制滑动装置启动，使得第一步进电机朝向油门踏板一侧滑动，直到将第一步进电机输出轴上的连接头与油门踏板转动轴上的连接槽对合；此时，通过压力检测装置感应驾驶员脚部与油门踏板之间的压力，在压力值小于第一预定值时，即表示驾驶员脚部没有放置在油门踏板上，此时，第一步进电机反转使得油门踏板快速回弹至起始位置，使得电动汽车中的电池不做电量输出；在压力值大于第一预定值且小于第二预定值时，即表示驾驶员的脚部放置在油门踏板上，并没有对油门踏板施加过多的力，此时，第一步进电机不转动，使得油门踏板保持住稳定动作；在压力值大于第二预定值时，即表示驾驶员的脚部对油门踏板用力，需要电动汽车加速通过，此时第二步进电机受控正向匀速转动，使得油门踏板匀速被踩下，电动汽车的加速度恒定；

在电池剩余的电量值不足时，通过第一步进电机代替驾驶员的脚部来对油门踏板进行控制，在面对需要加速、减速、匀速行驶时，根据驾驶员脚部对油门踏板的力度情况通过第一步进电机来改变油门踏板对电动汽车车速的控制；从而有效避免在电池电量不足时，驾驶员的暴力驾驶而去深踩油门，使得电池输出量急剧上升，快速消耗剩余电力；以自动限制电池剩余电量的耗电能力，保证电池输出的稳定性，以有效提高电动汽车的续航能力。

优选的，所述电量检测装置包括：数据采集模块、电量计算模块、显示模块、以及MCU模块；

所述数据采集模块，用于采集电池的电压信息、电流信息以及温度信息；

电量计算模块，以接收电压信息、电流信息以及温度信息，并计算出电池剩余的电量值；

MCU模块，用于将电池剩余的电量值在显示模块上显示。

通过上述技术方案，在对电池剩余的电量值检测中，根据电池放电过程的特性，电池剩余的电量受到电池温度、放电率、自放电等多种因素的影响，通过电压信息、电流信息、温度信息多种因素去采集，以提高采集到数据的精度；通过显示模块的设置，使得驾驶者能更加清楚的得知电池剩余电量的多少。

优选的，所述滑动装置包括底座、第二步进电机、设于底座上可沿底座滑动的驱动台、以及与第二步进电机相连接用于驱使驱动台滑动的驱动轴，所述第一步进电机设置在驱动台上。

通过上述技术方案，在剩余的电量值小于阈值时，控制装置将控制第二步进电机启动，第二步进电机的旋转，带动驱动轴转动，使得驱动台在底座上，从而带动第一步进电机向油门踏板一侧移动，直到第一步进电机上的连接头与连接槽对合，机械结构简单且易于实现。

优选的，所述控制装置包括延时模块，所述第二步进电机连接于所述延时模块，延时模块定义出一时间结点；

当电池剩余的电量值小于阈值且所述压力值小于第一预定值时，所述延时模块控制第二步进电机在该时间结点后启动以驱使第一步进电机的连接头与连接槽对合。

通过上述技术方案，只有当电池剩余电量值小于阈值且压力值小于第一预定值时（即驾驶员的脚部没有放置在油门踏板上，油门踏板回复至起始位置），并且根据驾驶员的驾驶习惯和驾驶员的脚部一段时间没有放置在油门踏板上，第二步进电机才被启动，有效提高了连接头与连接槽对合的成功率；以避免油门踏板在转动中，连接头与连接槽对合使得油门踏板对车速控制造成影响。

优选的，所述控制装置还包括自学习模块，所述自学习模块连接于所述电量检测装置并根据电池剩余的电量值以控制第一步进电机的正转速率。

通过上述技术方案，自学习模块根据电池剩余电量值的多少来改变第一步进电机的正转速率，达到改变油门踏板踩下的快慢，以改变电动汽车加速度快慢的目的；在电池剩余的电量值较多时，使得电动汽车的加速度能稍微较快；若电池剩余的电量值较少，使得电动汽车的加速度较慢。

本发明的另一个目的在于提供一种电动汽车自动限制耗电方法，具有提高续航里程的特点。

一种电动汽车自动限制耗电方法，包括：

S101，通过电量检测装置检测电池剩余的电量值，通过压力检测装置检测驾驶员脚部与油门踏板之间的压力值；

S102，由控制装置接收电池剩余的电量值、及驾驶员脚部与油门踏板之间的压力值，并进行判断控制；

S103，当电池剩余的电量值小于阈值时，所述控制装置控制滑动装置启动，滑动装置驱使第一步进电机向油门踏板一侧移动，直至第一步进电机的连接头与油门踏板转动轴上的连接槽对合；

S104，当所述压力值小于第一预定值时，所述控制装置控制第一步进电机反转使得油门踏板回弹不对电动汽车进行加速；

当所述压力值大于第一预定值且小于第二预定值时，所述控制装置控制第一步进电机不转动以稳住油门踏板使得电动汽车保持匀速；

当所述压力值大于第二预定值时，所述控制装置控制第一步进电机正转匀速驱动油门踏板使得电动汽车加速度恒定。

优选的，在S103中还包括如下过程：

控制模块还通过延时模块定义出一时间结点，当电池的剩余电量值小于阈值且压力值小于第一预定值时，控制装置将控制滑动装置在该时间结点后启动。

优选的，在S104中还包括如下过程：

当所述压力值大于第二预定值时，控制模块还通过自学习模块根据电池剩余的电量值以控制第一步进电机的正转速率。

综上所述，本发明对比于现有技术的有益效果为：电池剩余的电量值不足时，通过第二步进电机代替驾驶员的脚部来对油门踏板进行控制，在面对需要加速、减速、匀速行驶时，根据驾驶员脚部对油门踏板的力度来改变油门踏板对电动汽车车速的控制；从而有效避免在电池电量不足时，驾驶员的暴力驾驶而去深踩油门，使得电池输出量急剧上升，快速消耗剩余电力；以自动限制电池剩余电量的耗电能力，保证电池输出的稳定性，以有效提高电动汽车的续航能力。

附图说明

图1为电动汽车自动限制耗电的系统框图；

图2为电量检测装置的系统框图；

图3为滑动装置驱动第一步进电机的使用状态图；

图4为自动限制耗电的流程框图。

附图标记：1、电量检测装置；2、压力检测装置；3、第一步进电机；4、滑动装置；401、底座；402、第二步进电机；403、驱动台；404、驱动轴；5、连接头；6、连接槽；7、控制装置；701、延时模块；702、自学习模块；8、油门踏板；9、转动轴。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1为电动汽车自动限制耗电的系统框图。

如图1所示，一种电动汽车自动限制耗电系统，大致包括：电量检测装置1、压力检测装置2、控制装置7、第一步进电机3和滑动装置4。

上述电量检测装置1，用于检测电池剩余的电量值；

上述压力检测装置2为压力传感器，设置在油门踏板8上，用于检测驾驶员脚部与油门踏板8之间的压力值；

上述第一步进电机3，设置在驾驶室的底板上可通过滑动装置4沿底板滑动，第一步进电机3的输出轴上设有一连接头5，油门踏板8为地板式油门踏板8，从而油门踏板8具有一转动轴9，在其转动轴9的端面设有用于与连接头5对合的连接槽6，连接头5和连接槽6的尺寸大小相适配，且连接槽6的槽口大小略大于连接头5；在一个实施例中，连接头5和连接槽6的横截面为正方形；在另一个实施例中，连接头5和连接槽6的横截面为三角形、五边形、六边形或任意多边形。

上述控制装置7，其连接于电量检测装置1和压力检测装置2，并对电池剩余的电量值及压力值进行判断；其中，当电池剩余的电量值小于阈值时（假如阈值为总电量的30%），控制装置7控制滑动装置4驱使第一步进电机3滑动以将其连接头5与连接槽6对合；

且当压力值小于第一预定值时（即表示驾驶员脚部没有放置在油门踏板8上），控制装置7控制第一步进电机3反转使得油门踏板8快速回弹至起始位置，电动汽车中的电池不做电量输出；在压力值大于第一预定值且小于第二预定值时，即表示驾驶员的脚部放置在油门踏板8上，并没有对油门踏板8施加过多的力，此时，第一步进电机3不转动，使得油门踏板8保持住稳定动作；在压力值大于第二预定值时，即表示驾驶员的脚部对油门踏板8用力，需要电动汽车加速通过，此时第二步进电机402受控正向匀速转动，使得油门踏板8匀速被踩下，电动汽车的加速度恒定；通过第一步进电机3代替驾驶员的脚部来对油门踏板8进行控制，在面对需要加速、减速、匀速行驶时，根据驾驶员脚部对油门踏板8的力度通过第一步进电机3来改变油门踏板8对电动汽车车速的控制；从而有效避免在电池电量不足时，驾驶员的暴力驾驶而去深踩油门踏板8，使得电池输出量急剧上升，快速消耗剩余电力；该系统以自动限制电池剩余电量的耗电能力，保证电池输出的稳定性，以有效提高电动汽车的续航能力。

图2为电量检测装置1的系统框图。

如图2所示，电量检测装置1包括：数据采集模块、电量计算模块、显示模块、以及MCU模块；

上述数据采集模块具有电压采集、电流采集和温度采集，分别用于采集电池的电压信息、电流信息以及温度信息；

本实施例中的电动汽车中的电池优选采用锂电池，电动汽车的电池系统需要多节锂电池串联组成，目前，单节锂电池的电压在2.5~4.2V之间；

其中，数据采集模块中电压采集具体选用AD1674型号的AD转换芯片；若锂电池每节电池的正常电压为3.6V，最大终止电压为4.2V，最小终止电压为2.5V，而电动汽车的总电压一般在200V到300V之间，本实施例中将锂电池分为8组（故需要8通道的AD转换器进行数据的采集）。

在电动汽车的电池放电过程中，一部分能量以热量形式被释放出来，这部分热量不及时排除会引起电池组过热，一方面，电池温度超过一定的温度需要实时监测进行散热，另一方面，剩余的电量值与温度有着密切的关系；因为随着电池温度的升高，极板活性物质的化学反应逐步改善，因此放电时较高的电池温度会放出更多的电量。

上述电量计算模块，以接收电压信息、电流信息以及温度信息，并采用安时积分法对电流实时进行积分，计算出电池剩余的电量值；

安时积分法的直观表达式为：电池剩余的电量=总电量-已放出的电量；

安时积分法：

电流I对时间t积分即为流进进出电池安时数，记为Q（当放电时，Q为正，充电时Q为负），在用当前电池的剩余电量Q1减去Q，即得出电池经过充放电后电池所剩的电量，然后除以电池的总能量Q0得出SOC，即电池剩余的电量。

MCU模块本实施例可采用AT89S51型号的单片机，在数据采集模块采集的电压信息、电流信息、温度信息后，MCU模块接收到经电量计算模块计算的电池剩余的电量值，将此电量值在显示模块上进行显示；在一个实施例中，显示模块可采用七段数码管；在另一个实施例中，显示模块可采用LCD显示屏。

在电池剩余的电量值不足时，驾驶员能通过显示模块及时观察到，以便于松开油门踏板8，让第一步进电机3介入来完成对油门踏板8的控制。

图3为滑动装置驱动第一步进电机的使用状态图。

如图3所示，滑动装置4包括底座401、第二步进电机402、设于底座401上可沿底座401滑动的驱动台403、以及与第二步进电机402相连接用于驱使驱动台403滑动的驱动轴404，第一步进电机3设置在驱动台403上。

底座401设置在驾驶室的底板上，由于油门踏板8在驾驶室中设置在右侧，因此为不干扰驾驶员踩踏刹车，滑动装置4相应设置在油门踏板8的右侧；驱动轴404为螺杆，其表面具有外螺纹，在驱动台403上相应具有与外螺纹配合的内螺纹；

在本实施例中，第一步进电机3及第二步进电机402均采用微型步进电机；在非超载的情况下，第一步进电机3和第二步进电机402的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响；由于油门踏板8的行程和驱动台403滑动行程的限制，第一步进电机3和第二步进电机402得到的脉冲数是恒定的。

从而在控制装置7输出一个脉冲给第二步进电机402时，第二步进电机402启动，第二步进电机402的输出轴转动，带动驱动轴404旋转，在内外螺纹的配合作用下，驱动台403得以在底座401上滑动，以带动第一步进电机3滑动，直到第一步进电机3的连接头5与油门踏板8转动轴9上的连接槽6对合，控制装置7控制第二步进电机402不再动作。

如图1所示，控制装置7包括延时模块701，第二步进电机402连接于延时模块701，在一个实施例中，延时模块701根据压力值小于第一预定值的时间来定义出一时间结点；当电池剩余的电量值小于阈值且所述压力值小于第一预定值时，延时模块701控制第二步进电机402在该时间结点后启动以驱使第一步进电机3的连接头5与连接槽6对合。

在延时模块701中具有一计时模块；

时间结点定义的方式如下：

第一步，在电池剩余的电量值小于阈值，且压力值小于第一预定值时，延时模块701中的计时模块开始启动，记录驾驶员脚部离开油门踏板8到再次放置在油门踏板8之间的时间，该时间记为T；

第二步，延时模块701记录前八次的时间分别对应为T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8；

第三步，第一次时间T1所对应的权重设置为16%；

第二次时间T2所对应的权重设置为15%；

第三次时间T3所对应的权重设置为14%；

第四次时间T5所对应的权重设置为13%；

第五次时间T6所对应的权重设置为12%；

第六次时间T7所对应的权重设置为11%；

第七次时间T8所对应的权重设置为10%；

第八次时间T4所对应的权重设置为9%；

第四步，确定时间总和：

T=T1*16%+T2*15%+T3*14%+T4*13%+T5*12%+T6*11%+T7*10%+T8*9%；

本实施例中，记录时间总和的次数越多，驾驶员脚部离开油门踏板8到再次放置在油门踏板8之间的时间将越精确。

在另一个实施例中，延时模块701采用定时器，当电池的剩余电量小于阈值，且压力值小于第一预定值时，延时模块701启动，在定时一段时间后通过步进电机驱动器控制第二步进电机402启动，完成第一步进电机3对油门踏板8的介入工作；该时间结点可采用固定值，如5s、6s等，表示该驾驶员在等待红绿灯、避让行人等长时间等待行为。

延时模块701的设置，以保证第一步进电机3介入到油门踏板8的稳定性，避免驾驶员在脚部离开油门踏板8后遇到紧急情况需要踩下油门踏板8，若此时第一步进电机3介入，将导致油门踏板8中的连接槽6没有处于起始位置，导致连接头5与连接槽6的对合困难。

如图1所示，控制装置7还包括自学习模块702，自学习模块702连接于电量检测装置1并根据电池剩余的电量值以控制第一步进电机3的正转速率。

当电池剩余的电量值小于阈值时，自学习模块702启动，以实时获取电池剩余的电量值大小，在压力值大于第二预定值时，自学习模块702根据公式：B=S0*SOC，实时得到B值；

其中，上述公式中的B为自学习模块702输出的基础值，S0为换算系数；

从而，自学习模块702得到输出的基础值经过步进电机驱动器换算得到一个脉冲信号输送给第一步进电机3；当SOC较大时（此时电池剩余的电量值较多，电池的剩余电量充沛），相应使得B值较大，从而输出给第一步进电机3脉冲信号的频率较高，从而第一步进电机3的正转速率较快，使得电动汽车的加速度相应较快；当SOC较小时（此时电池剩余的电量值较少，电池的剩余电量不足），从而相应使得B值较小，输出给第一步进电机3的脉冲信号的频率较低，第一步进电机3的正转速度较慢，以降低电池瞬间的输出电量，降低电动汽车的加速度，从而在提高了电动汽车续航里程的同时，有效提高了该系统的使用性。

上述控制装置7还包括休眠模块，且只有当电池剩余的电量值小于阈值时，控制装置7才会被启动。

图4为自动限制耗电的流程框图。

如图4所示，一种电动汽车自动限制耗电方法，包括：

S101，通过电量检测装置1检测电池剩余的电量值，通过压力检测装置2检测驾驶员脚部与油门踏板8之间的压力值；

S102，由控制装置7接收电池剩余的电量值、及驾驶员脚部与油门踏板8之间的压力值，并进行判断控制；

S103，当电池剩余的电量值小于阈值时，所述控制装置7控制滑动装置4启动，滑动装置4驱使第一步进电机3向油门踏板8一侧移动，直至第一步进电机3的连接头5与油门踏板8转动轴9上的连接槽6对合；

S104，当所述压力值小于第一预定值时，所述控制装置7控制第一步进电机3反转使得油门踏板8回弹不对电动汽车进行加速；

当所述压力值大于第一预定值且小于第二预定值时，所述控制装置7控制第一步进电机3不转动以稳住油门踏板8使得电动汽车保持匀速；

当所述压力值大于第二预定值时，所述控制装置7控制第一步进电机3正转匀速驱动油门踏板8使得电动汽车加速度恒定。

在S103中还包括如下过程：

控制模块还通过延时模块701定义出一时间结点，当电池的剩余电量值小于阈值且压力值小于第一预定值时，控制装置7将控制滑动装置4在该时间结点后启动。

在S104中还包括如下过程：

当所述压力值大于第二预定值时，控制模块还通过自学习模块702根据电池剩余的电量值以控制第一步进电机3的正转速率。

以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。