基于產業化電動車剩余里程的估算方法研究

梁榮榮，秦李偉，徐愛琴，龐艷紅，趙久志

（安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，新能源汽車研究院，安徽 合肥 230601）

基于產業化電動車剩余里程的估算方法研究

梁榮榮，秦李偉，徐愛琴，龐艷紅，趙久志

（安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，新能源汽車研究院，安徽 合肥 230601）

剩余里程預測是電動汽車能量管理的重要的參數之一。文章基于鋰離子電池，根據當前電池剩余能量和NEDC工況下的平均公里能耗（W 平均），計算剩余里程的基礎值；并根據當前車輛實時公里能耗（W 實時）和NEDC工況的平均公里能耗（W 平均）的比較結果，修正剩余里程。通過實車不同工況試驗驗證，剩余里程的估算精度達到6%。

電動汽車；剩余里程；平均公里能耗

Abstract:The prediction of the remaining mileage is one of important parameters of electric vehicle energy management.Based on lithium-ion battery, the current residual energy and NEDC working condition of the average energy consumption of km, the basis of the remaining mileage value can be calculated. According to the comparison results of current real-time energy consumption of km and NEDC working condition of the average energy consumption of km, the remaining mileage can be corrected. By experimental verification of different vehicle working conditions, the estimation accuracy of the remaining mileage reached 6%.

Keywords: electric vehicle; remaining mileage; average energy consumption of km

CLC NO.: U469.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-109-04

引言

電動車實際使用工況復雜、車輛時時能耗變化率大，對剩余里程估算帶來挑戰，里程估計值與實際可行駛距離相差很大。導致用戶擔心現有的電量不能確保車輛到達目的地，產生所謂“里程焦慮感”，降低對電動汽車的使用信心。

目前國內電動汽車的剩余里程計算，多是采用電池的剩余能量除以車輛實時公里能耗計算得到剩余里程，這種算法的弊端是沒有考慮多種因素對電池剩余能量的影響，同時實時公里能耗會隨著車輛使用工況變化，使剩余里程估計值波動較大，估計精度較低。

本文主要基于NEDC標準工況計算輔之修正策略來估算電動車剩余里程。根據當前電池剩余能量和NEDC工況下的平均公里能耗（W 平均），計算剩余里程的基礎值；并根據當前車輛實時公里能耗（W實時）和NEDC工況的平均公里能耗（W平均）的比較結果，修正值剩余里程。該算法同時考慮：瓦時積分誤差、電池不同溫度充放電效率、不同使用工況、單體不一致性差異等因素的影響。結合產業化電動車的特點，針對上述影響因素，設計算法策略并進行驗證。

本文所開展的試驗依托江淮某純電動車平臺。

NEDC：New European Driving Cycle SOE：state of energy能量狀態或剩余能量

OCV：open circuit voltage 開路電壓

1 剩余里程的算法

剩余里程估算方法：采集得到動力電池總成母線電壓U母、母線電流I母，計算當前電池已用能量E用= U母*I母dt（公式1），E remain=E initial-Euse（公式2）。根據NEDC工況下的平均公里能耗W平均，計算出剩余里程的基礎值。S basis=Eremain/W average（公式 3）。

選擇特定的里程L為單位，計算距離當前時刻最近的前N個里程單位的能量消耗并保存在控制單元中，并實現計算結果的更新，得到當前實時的公里能耗W實時。將實時公里能耗與NEDC工況下的平均公里能耗W平均相比，計算剩余里程的修正值S revise = Σ W real-time/ W average * L（公式 4）。

剩余里程的計算為S = S basis + S revise（公式5）。

2 剩余能量的估算策略

2.1 瓦時積分輔之OCV修正算法（能量計算）

電池剩余能量和實時公里消耗的準確估算對剩余里程估算起到決定性作用。針對瓦時積分法引起的SOE估算精度誤差原因進行分析，提出在以下估算策略。

2.1.1 溫度對剩余能量算法的影響

由于不同溫度下放電能量的差異會引起SOE估算誤差，不同溫度下電池組的放電能量系數如下表1所示。具體策略為：

（1）充電結束后首次放電模式下，檢測電池單體溫度，根據電池單體最低溫度線性插值，求得當前溫度下電池組對應的放電能量系數，置入當前SOE計算能量的基準值。

（2）相鄰兩次充電間隔內只做一次不同溫度下的放電能量系數修正。

表1 不同溫度下的放電能量效率

2.1.2 單體一致性對剩余能量算法的影響

受電池制造商工藝水平的限制，電池的難題存在容量、內阻、電壓等不一致性。針對該種情況，電池組充電截止電壓以最高單體先到達滿電結束條件為準，放電截止電壓以最差單體先到達充電條件為準，兩者之間的能量差是導致放電SOE誤差較大的重要原因之一。具體策略為：

（1）放電SOE調節：在充電末期記錄下本次充滿電時最差電池單體Vmin，計算與其Vmax之間的差值，并折算成SOE誤差，放電過程中，將這SOE誤差以0.1%/s的修正速度往低修正。本次放電，再次放電，策略持續，充電時策略清除。

（2）SOE-OCV修正：在電池充電或放電結束靜置時，此時電池單體電壓趨于穩定狀態，根據電壓恢復時間等參數，制訂了OCV-SOE修正策略。

OCV-SOE修正條件：

1）靜置時間大于1小時后充電或放電狀態；

2）充放電電流＜1A（確保電池穩定）；

3）獲得Vmin，查表獲得此單體電壓對應的SOE修；

4）SOE修∈（0，40%）||（60%，100%）

5）SOE修正幅度＞4%；6）將當前SOE修正至目標值。

表2 不同溫度下的SOE-OCV

2.1.3 實時公里能耗對剩余里程算法的影響

車輛在行駛過程中，車輛每行駛0.1km后，記錄第一個0.1km消耗的能量，同理得到第二個0.1km消耗的能量，取第N個0.1 km消耗的能量求和進行平均值，作為當前實時公里能耗計算的能量消耗值。由于能量消耗值取平均值，相當于對實時公里能耗進行平滑處理，在急加速、急減速等工況下，不會造成剩余里程的突增、突減，降低了剩余里程的波動性，具有實用性。

2.1.4 空調開啟與否對剩余里程算法的影響

車輛行駛過程中，開啟空調過程中的能量消耗需在實時公里能耗中去除，單獨計算其能量消耗，避免開啟空調對計算實時公里能耗產生影響。采用動態查表的方法矯正剩余里程，根據目前電池包剩余能量狀態SOE查詢對應空調消耗的里程，空調開啟時按照下表3進行線性插值（如SOE為60%，對應的剩余里程減少值為18km）；將當前能量計算的剩余里程減去空調消耗的里程即可。關閉空調時，根據當前的SOE值，將當前能量計算的剩余里程增加空調消耗的里程。具體計算流程見下圖1。

表3 SOE對應的剩余里程減少值

2.1.5 電池能量衰減對剩余里程算法的影響

隨著動力電池循環次數的增加，電池管理系統根據一定的條件計算當前電池的SOH（電池健康度），置入當前SOE計算能量的基準值。

在電池正常的情況下，根據儀表里程按照每行駛 1000 km，SOH衰減0.1%來計算，記SOH。

3 剩余里程算法精度的驗證

3.1 試驗方法

（1）轉榖工況驗證方法：

1）試驗車輛在常溫下充滿電后靜置30min，在轉榖上用工況法放電至單體保護：低溫（-10℃）NEDC工況、間歇性開空調NEDC工況（間隔時間20min）（見圖3）、長程充電模式NEDC工況、高溫（45℃）開空調NEDC工況（見圖4）；

2）用管理系統軟件記錄 SOE、實時平均公里能耗、車輛實際行駛里程。

（2）道路工況驗證方法：

1）試驗車輛在常溫下充滿電后，靜置30min，進行城市/城郊、強化路面的試驗，放電至單體保護；

2）用管理系統軟件、遠程監控系統記錄 SOE、剩余里程、車輛實際行駛里程。

剩余里程為0km時記錄行駛的里程L1，至單體保護時行駛的里程L2，剩余里程的估算精度為（L2-L1）/L2。

圖1 開啟空調計算流程

圖2 轉榖試驗臺架

圖3 轉榖和環境倉試驗臺架

3.2 試驗結果

3.2.1 剩余里程轉榖工況精度驗證結果

圖4 低溫開空調NEDC工況剩余里程示意圖

圖5 長程模式NEDC工況剩余里程示意圖

從圖1低溫（-10℃）NEDC工況（P0-1試驗樣車）剩余里程估算示意圖中可以看出：放電全程（SOC100%-0%）SOC/剩余里程無跳變起伏，實現平穩下降。剩余里程為0km時，里程為里程為132km，繼續行駛8km至單體保護，剩余里程估算精度為5.7%。

從圖2長程充電模式下NEDC工況（P0-4試驗樣車，放電全過程不開啟空調）剩余里程估算示意圖中可以看出：放電全程（SOC100%-0%）SOC/剩余里程無跳變起伏，實現平穩下降。剩余里程為0km時，里程為里程為170km，繼續行駛10km至單體保護，剩余里程估算精度為5.88%。

圖7 間歇性開空調NEDC工況剩余里程示意圖

圖8 高溫開空調NEDC工況剩余里程示意圖

從圖3間歇性開空調NEDC工況（N8試驗樣車）剩余里程估算示意圖中可以看出：放電全程（SOC100%-0%）SOC/剩余里程無跳變起伏，實現平穩下降。剩余里程為0km時，里程為114km，繼續行駛6km至單體保護，剩余里程估算精度為5.3%。

從圖4高溫（45℃）開空調NEDC工況（P0-1試驗樣車）剩余里程估算示意圖中可以看出：放電全程（SOC100%-0%）SOC/剩余里程無跳變起伏，實現平穩下降。剩余里程為0km時，里程為100km，繼續行駛3km至單體保護，剩余里程估算精度為2.9%。

3.2.2 剩余里程道路工況精度驗證結果

表4 道路工況剩余里程估算精度

4 結論

結合電動車的實際使用環境和工況，通過溫度對能量影響、電池一致性對算法的影響、能量消耗值對實時公里能耗的影響、電池容量衰減對算法的影響等進行了原因分析和試驗驗證。此策略方法簡單、使用、可靠，此剩余里程的估算方法已在江淮某批量生產的電動車上進行了應用，結果表明轉榖試驗、城市道路試驗，剩余里程的估算精度均滿足＜6%，滿足面向產業化電動車電池系統剩余里程的估算需求，保證整車運行的動力性、安全性、穩定性。

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Research on accuracy improving of residual battery mileage Estimation for Industrialized Electric Vehicle

Liang Rongrong, Qin Liwei, Xu Aiqin, Pang Yanhong, Zhao Jiuzhi
（New energy vehicle academy, Technical Center, AnHui JiangHuai Automobile group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

U469.7 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)18-109-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.037

梁榮榮，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，新能源汽車研究院。