专利名称：电动汽车能量采集系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种能量采集系统，尤其是涉及一种用于电动汽车的能量采集系统和方法。
背景技术：
电动汽车的研发目前基本上还是通过不断、大量的路上实验来积累数据，开发周期较长。而在今天这样一个激烈竞争的时代，开发周期延长就意味着落后，因此，很有必要建立一个可以科学评价电动汽车最大行驶里程中能量变化情况，以便研发人员对电动车的整体性能进行客观的评估并根据评估做出改善。然而，现今仍然没有非常方便的测试电动车能量变化的系统，因此，很有必要提供一种便利的能量采集系统，以便研发人员能够利用该系统方便、准确地对车辆的能量消耗状况进行跟踪处理，从而得到必要的实验数据。
发明内容
本发明的目的是克服现有实验中不能方便测量汽车能量消耗情况的缺点，提供一种能够方便、高效和简洁地采集并测量汽车电能消耗的电动汽车能量采集系统和方法。
本发明提供一种电动汽车能量采集系统，其中，该系统包括传感器、数据采集装置和数据处理装置，所述传感器用于感测电动汽车上电池组的电流并生成能够反映电流变化的信号；所述数据采集装置用于采集所述传感器生成的反映电流变化的信号；所述数据处理装置用于接收来自于所述数据采集模块的信号并计算电池组的放电量和/或充电量。
而且，本发明还提供一种电动汽车能量采集方法，包括能量感测步骤、数据采集步骤和数据处理步骤，在所述感测步骤，感测电动汽车上电池组的电流并生成能够反映电流变化的信号；在所述数据采集步骤，采集在所述感测步骤生成的反映电流变化的信号；在所述数据处理步骤，接收来自于所述数据采集步骤的信号并计算电池组的放电量和/或充电量。
本发明提供的电动汽车能量采集系统及方法具有灵活、效率高以及操作简单的优点，能够使研发人员对电动车的整体性能进行正确客观的评估，提高工作效率，缩短电动汽车的开发周期，从而节约成本。
图1为根据本发明的电动汽车能量采集系统的组成框图；图2为根据本发明的数据处理装置的结构框图；图3为根据本发明优选实施方式的数据处理装置的结构框图；图4为根据本发明的电动汽车能量采集方法的流程图；图5为根据本发明的数据处理步骤的流程图；图6为根据本发明优选实施方式的数据处理步骤的流程图；图7为根据本发明的电动汽车能量采集系统的组成示意图；图8为根据本发明的显示方式的示例图。
具体实施例方式
下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式
。
图1为根据本发明的电动汽车能量采集系统的组成框图。图中，本发明提供的电动汽车能量采集系统包括传感器100、数据采集装置200和数据处理装置300，所述传感器100用于感测电动汽车上电池组的电流并生成能够反映电流变化的信号；所述数据采集装置200用于采集所述传感器100生成的反映电流变化的信号；所述数据处理装置300用于接收来自于所述数据采集装置200的信号并计算电池组的放电量和/或充电量。
根据本发明，所述传感器100可以是多种类型，能够感测电池组的电流并将感测到的电流转换为其它能够反映电流变化的数据或物理量，例如，所述传感器100可以将电流信号转换为随电流变化的电压信号、光信号或者直接转换为能够被计算机识别的数据量。根据传感器100类型的不同，其传输方式也不同，例如可以采用通常的数据采集线作为传输，也可以利用光纤进行传输，或者也可以利用无线进行传输。相应地，对于数据采集装置200来说，也要根据传感器类型的不同而不同，对于本领域技术人员来说，可以根据不同的需要选用合适的传感器和数据采集装置类型，这里将不再详述。
根据本发明的优选实施方式，所述传感器100采用任何能够将电流信号转化为电压信号的传感器，并且利用数据采集线传输电压信号。这种方式成本较低。
根据本发明，如图2所示，所述数据处理装置300包括采样模块310、滤波器320、积分模块330以及显示模块340，所述采样模块310用于接收数据采集装置200采集的反应电流变化的模拟量，生成计算机可以处理的数字量；滤波器320用于对由采样模块310生成的数字量进行滤波，减小或消除噪声影响；积分模块330用于对反映电流变化的数字量进行积分，得到电池组的放电量和/或充电量；显示模块340用于显示反映电流变化的数字量和/或电池组的放电量和/或充电量。
根据本发明，所述滤波器320可以采用常用的FIR、IIR等公知的数字滤波器结构，滤波器的系数可以根据实验情况进行设定，也可以利用一些公知的自适应算法设计成滤波器系数可变的自适应滤波器，从而形成更佳的输出信号。当然，可以理解的是，在外界干扰、硬件噪声非常小的状况或对测试精度要求不高的情况下，经采样模块310采样生成的反映电流变化的数据量可以不经过滤波器320而直接进入积分模块330进行积分。
根据本发明，所述积分模块330对接收到的数据进行相对于时间的积分，需要理解的是，由于积分模块330接收到的数据是反映电流变化的数据，因此积分后将生成反映汽车电量变化的数据。
根据本发明，所述显示模块340用于显示反映电流变化的数字量和/或电池组的放电量和/或充电量，也就是将积分前后的数据显示出来，显示方式可以是文字式的，但优选情况下采用图形显示的方式，这样可以给研发人员一个更加直观的结果。如上所述，由于积分前后分别是反映电流和电量变化的数据，因此所述显示模块340在屏幕上以分屏的方式同时显示电流和电量的变化，也可以一次只显示二者中的一个，使用者可以选择要察看哪一个，并可以在二者之间进行切换。
根据本发明的优选实施方式，所述传感器100是能够感测电流方向的双向传感器(例如霍尔电流传感器CSNK591)，在此情况下，如图3所示，所述数据处理装置中的积分模块330包括放电积分模块331和充电积分模块332，所述显示模块340包括放电显示模块341和充电显示模块342。放电积分模块331和充电积分模块332分别用于对反映放电电流变化的数字量和反映充电电流变化的数字量进行积分；放电显示模块341和充电显示模块342分别用于显示反映放电电流变化的数字量和反映充电电流变化的数字量，以及电池组的放电量和充电量。
所述传感器100能够感测电流的方向，即能够感测电流是流出电池组(放电)还是流入电池组(充电)，并产生能够反映电流方向的标志，例如用正负标志来代表不同的电流方向。
在实际中，当电动汽车减速、刹车时汽车能量骤降而导致发动机的动能转化为电能，而这些电能都回馈给电池组，使得电池组充电，从而与放电相比表现出电流方向的不同。
优选情况下，所述数据处理装置进一步包括电流方向判别模块400，所述电流方向判别模块400用于判别电流的流向，如果电流方向是流入电池组，则将反映放电电流变化的数字量发送到充电积分模块331；如果电流方向是流出电池组，则将反映放电电流变化的数字量发送到放电积分模块332。
对于本领域技术人员来说，很明显的是，所述电流方向判别模块400可以在模拟信号进入采样模块310之前进行判断，也可以在采样模块310的输出端对采样信号进行判断。优选情况下，所述电流方向判别模块400接收所述滤波器320的输出，从该滤波器320的输出中判断电流的方向，由于滤波器320的输出已经减小了噪声的影响，因此这样的判断更加准确。
优选情况下，所述数据处理装置进一步包括存储模块350，如图2所示，用于将积分前和/或积分后的数据存储起来。存储的操作可以由人工操作，即使用者可以根据自己的需要将数据存储起来，但优选情况下，所述存储模块350是实时存储模块，采用实时存储方式，即计算机自动将数据存储到不同的文件中或文件夹下，以待研究人员对数据进行更加详细的分析。
在此情况下，所述存储模块350将充电电流、电量和/或放电电流、电量存储到不同的文件或文件夹下，以待将来分析。由于这对本领域技术人员来说是非常容易实现的，因此为了简化附图，图3中未示出存储模块350。
根据上面的描述，本领域技术人员可以利用现有的装置和计算机语言(例如C语言、汇编语言等)来实现上述的电动汽车能量采集系统。优选情况下，所述处理软件是Labview，所述数据采集装置200是常用的NI-DAQCard数据采集卡，该数据采集卡能够通过计算机上的PCMCAI接口同计算机连接。本领域技术人员可以通过Labview中提供的采样模块、滤波器、积分模块、显示模块以及存储模块来实现对数据的采集、滤波、积分、显示以及存储的功能。
根据本发明的另一方面，如图4所示，提供一种电动汽车能量采集方法，该方法包括能量感测步骤10，感测电动汽车上电池组的电流并生成能够反映电流变化的信号；数据采集步骤20，采集在所述能量感测步骤10生成的反映电流变化的信号；数据处理步骤30，接收来自于所述数据采集步骤的信号并计算电池组的放电量和/或充电量。
根据本发明，在能量感测步骤10，可以利用传感器来感测能量的变化，传感器可以是多种类型，能够感测电池组的电流并将感测到的电流转换为其它能够反映电流变化的数据或物理量，例如，所述传感器可以将电流信号转换为随电流变化的电压信号、光信号或者直接转换为能够被计算机识别的数据量。根据传感器类型的不同，其传输方式也不同，例如可以采用通常的数据采集线作为传输，也可以利用光纤进行传输，或者也可以利用无线进行传输。
对于数据采集步骤20，可以利用数据采集装置进行数据的采集，数据采集装置根据传感器类型的不同而不同，对于本领域技术人员来说，可以很容易地根据不同的需要选用合适的传感器和数据采集装置类型，这里将不再详述。
根据本发明的优选实施方式，在步骤10使用的传感器可以采用任何能够将电流信号转化为电压信号的传感器，并且利用数据采集线传输电压信号。这种方式比较常用而且成本较低。
根据本发明，在步骤30，可以利用数据处理装置，例如安装有处理软件的计算机来对接收到的数据进行处理。如图5所示，所述数据处理步骤30包括采样步骤31、滤波步骤32、积分步骤33以及显示步骤34。在采样步骤31，将在数据采集步骤20采集到的反应电流变化的模拟量进行采样，产生计算机可以处理的数字量；在滤波步骤32，对在采样步骤31生成的数字量进行滤波；在积分步骤33，对反映电流变化的数据进行积分；在显示步骤34，显示积分前和/或积分后的数据。
根据本发明，在所述滤波步骤32，可以采用常用的FIR、IIR等公知的数字滤波器结构进行滤波，滤波器的系数可以根据实验情况进行设定，也可以利用公知的自适应算法设计成滤波器系数可变的自适应滤波器，从而形成更佳的输出信号。当然，可以理解的是，在外界干扰、硬件噪声相对于有用信号较小的状况或对测试精度要求不高的情况下，在采样步骤31采样生成的反映电流变化的数据量可以不经过滤波步骤32而直接进入积分步骤33进行积分。
根据本发明，在积分步骤33对接收到的数据进行相对于时间的积分，需要理解的是，由于在积分步骤33接收到的数据是反映电流变化的数据，因此积分后将生成反映汽车电量变化的数据。
根据本发明，所述显示步骤34用于将积分前后的数据显示出来，显示方式可以是文字式的，但优选情况下采用图形显示的方式，这样可以给研发人员一个更加直观的结果。如上所述，由于积分前后分别是反映电流和电量变化的数据，因此在所述显示步骤34，可以在屏幕上以分屏的方式同时显示电流和电量的变化，也可以一次只显示二者中的一个，使用者可以选择要察看哪一个，并可以在二者之间进行切换。
根据本发明的优选实施方式，在能量感测步骤10，能够感测电流的双向流动，用于感测电流的方向，可以采用能够感测电流方向的双向传感器，在此情况下，如图6所示，所述积分步骤33包括放电积分步骤33-1和充电积分步骤33-2，所述显示步骤34包括放电显示步骤34-1和充电显示步骤34-2。在所述放电积分步骤33-1和充电积分步骤33-2，分别对反映放电电流变化的数字量和反映充电电流变化的数字量进行积分；在所述放电显示步骤34-1和充电显示步骤34-2，分别显示反映放电电流变化的数字量和反映充电电流变化的数字量，以及电池组的放电量和充电量。
在所述能量感测步骤10所采用的传感器能够感测电流的方向，即能够感测电流是流出电池组(放电)还是流入电池组(充电)，并产生能够反映电流方向的标志，例如用正负标志来代表不同的电流方向。
在实际中，当电动汽车减速、刹车时汽车能量骤降而导致发动机的动能转化为电能，而这些电能都回馈给电池组，使得电池组充电，从而与放电相比表现出电流方向的不同。
优选情况下，所述数据处理步骤30进一步包括电流方向判别步骤40，在该电流方向判别步骤40，判别电流的流向，如果电流方向是流入电池组，则将反映放电电流变化的数字量发送到充电积分步骤33-1进行充电电流的积分；如果电流方向是流出电池组，则将反映放电电流变化的数字量发送到放电积分步骤33-2进行放电电流的积分。
对于本领域技术人员来说，很明显的是，所述电流方向判别步骤40可以在模拟信号进入采样步骤31之前进行判断，也可以在采样步骤31的输出信号中对采样信号进行判断。优选情况下，所述电流方向判别步骤40接收从所述滤波步骤32的输出来判断电流的方向，由于从滤波步骤32的输出已经减小了噪声的影响，因此这样的判断更加准确。
优选情况下，所述放电计算步骤进一步包括存储步骤35，用于将积分前和/或积分后的数据存储起来。存储的操作可以由人工操作，即使用者可以根据自己的需要将数据存储起来，但优选情况下，所述存储步骤35是实时存储步骤，采用实时存储方式，即计算机自动将数据存储到不同的文件中或文件夹下，以待研究人员对数据进行更加详细的分析。
根据上面的描述，本领域技术人员可以利用现有的装置和计算机语言(例如C语言、汇编语言等)来实现上述的电动汽车能量采集方法。优选情况下，可以采用Labview软件，可以利用常用的NI-DAQCard数据采集卡执行数据采集步骤20，该数据采集卡能够通过计算机上的PCMCAI接口同计算机连接。本领域技术人员可以通过Labview中提供的采样模块、滤波器、积分功能模块、显示控制模块以及存储控制模块来实现对数据的采集、滤波、积分、显示以及存储的功能。
下面结合图7和图8对本发明提供的电动汽车能量采集系统以及方法的使用和工作过程进行详细描述，以使得进一步帮助对本发明的理解。
图7是根据本发明的电动汽车能量采集系统的组成示意图。图中电动汽车电池的电流经过数据采集线发送到具有PCMCIA接口的数据采集卡，例如NI-DAQCard，数据采集卡再将接收到的数据发送到安装有最新版本的Labview的计算机进行处理，计算机多采用笔记本电脑，这样对于提高操作的灵活性和方便性更加有利。
图8是本发明提供的显示方式的示例，图中，电脑屏幕上显示四个窗口，分别用于显示充电时的电流、电量和放电时的电流电量。而且，在数据采集和显示过程中，数据的存储是同步进行的，在后台自动实现存储。
权利要求
1.一种电动汽车能量采集系统，其中，该系统包括传感器、数据采集装置和数据处理装置；所述传感器感测电动汽车上电池组的电流并生成能够反映电流变化的信号；所述数据采集装置采集所述传感器生成的反映电流变化的信号；所述数据处理装置接收来自于所述数据采集装置的信号并计算电池组的放电量和/或充电量。
2.根据权利要求1所述的能量采集系统，其中，所述数据处理装置包括采样模块、滤波器、积分模块以及显示模块，所述采样模块接收数据采集装置采集的反映电流变化的信号，产生计算机可以处理的反映电流变化的数字量；滤波器对由采样模块生成的数字量进行滤波；积分模块对反映电流变化的数字量进行积分，得到电池组的放电量和/或充电量；显示模块显示反映电流变化的数字量和/或电池组的放电量和/或充电量。
3.根据权利要求2所述的能量采集系统，其中，所述传感器是感测电流方向的双向传感器，所述数据处理装置中的积分模块包括放电积分模块和充电积分模块，显示模块包括放电显示模块和充电显示模块，放电积分模块和充电积分模块分别对反映放电电流变化的数字量和反映充电电流变化的数字量进行积分；放电显示模块和充电显示模块分别显示反映放电电流变化的数字量和反映充电电流变化的数字量，以及电池组的放电量和充电量。
4.根据权利要求3所述的能量采集系统，其中，所述数据处理装置进一步包括电流方向判别模块，所述电流方向判别模块判别电流的流向；电流方向流入电池组，则将反映放电电流变化的数字量发送到充电积分模块；电流方向是流出电池组，则将反映放电电流变化的数字量发送到放电积分模块。
5.根据权利要求2-4中任意一项所述的能量采集系统，其中，所述数据处理装置进一步包括存储模块，该存储模块存储反映电流变化的数字量和/或电池组的放电量和/或充电量。
6.一种电动汽车能量采集方法，该方法包括能量感测步骤、数据采集步骤和数据处理步骤；所述能量感测步骤感测电动汽车上电池组的电流并生成反映电流变化的信号；所述数据采集步骤采集在所述感测步骤生成的反映电流变化的信号；所述数据处理步骤接收来自于所述数据采集步骤的信号并计算电池组的放电量和/或充电量。
7.根据权利要求6所述的能量采集方法，其中，所述数据处理步骤包括采样步骤、滤波步骤、积分步骤以及显示步骤；所述采样步骤接收数据采集步骤采集的反映电流变化的信号，生成计算机可以处理的反映电流变化的数字量；所述滤波步骤对在采样步骤生成的数字量进行滤波；所述积分步骤对反映电流变化的数字量进行积分，得到电池组的放电量和/或充电量；所述显示步骤显示反映电流变化的数字量和/或电池组的放电量和/或充电量。
8.根据权利要求7所述的能量采集方法，其中，在所述能量感测步骤感测电流的双向流动，所述积分步骤包括放电积分步骤和充电积分步骤，分别对反映放电电流变化的数字量和反映充电电流变化的数字量进行积分；显示步骤包括放电显示步骤和充电显示步骤，分别显示反映放电电流变化的数字量和反映充电电流变化的数字量，以及电池组的放电量和充电量。
9.根据权利要求8所述的能量采集方法，其中，所述数据处理步骤进一步包括电流方向判别步骤，所述电流方向判别步骤判别电流的流向，电流方向流入电池组，则将反映放电电流变化的数字量发送到充电积分步骤；电流方向流出电池组，则将反映放电电流变化的数字量发送到放电积分步骤。
10.根据权利要求6-9中任意一项所述的能量采集方法，其中，所述数据处理步骤进一步包括存储步骤，所述存储步骤存储反映电流变化的数字量和/或电池组的放电量和/或充电量。
全文摘要
一种电动汽车能量采集系统，该系统包括传感器、数据采集装置和数据处理装置，所述传感器用于感测电动汽车上电池组的电流并生成能够反映电流变化的信号；所述数据采集装置用于采集所述传感器生成的反映电流变化的信号；所述数据处理装置用于接收来自于所述数据采集装置的信号并对接收到的信号进行处理。本发明提供的电动汽车能量采集系统能够方便、高效和简洁地测定电动汽车电池能量的变化情况。
文档编号H02J7/00GK101071159SQ20061007820
公开日2007年11月14日 申请日期2006年5月12日 优先权日2006年5月12日
发明者宋敬育, 周洪波 申请人:比亚迪股份有限公司