基于工況法的電動汽車電量及續駛里程指示精度研究*

羅玲，譚淳洲，鄭望曉

?

基于工況法的電動汽車電量及續駛里程指示精度研究*

羅玲，譚淳洲，鄭望曉

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

剩余電量和續駛里程是電動汽車行駛過程的重要顯示參數。考慮到等速法存在的精度和適用性問題，文章提出了基于工況法的試驗方法，針對NEDC工況、高速工況、US06工況等三種駕駛工況，研究了不同工況下的試驗方法以及對剩余電量和續駛里程的指示精度的影響，并用某一車型實車驗證。結果表明：該車型在三種工況下均有較好的指示精度，可以有效緩解用戶的里程誤導和里程焦慮問題。

電動汽車；電量；續駛里程；工況法

前言

電動汽車以其零排放、低噪聲、能源利用率高、結構簡單等優勢，目前得到了廣泛的推廣應用，預計至2020年，國內電動汽車的年銷售量將達到200萬輛[1]。但是，現階段電動汽車剩余電量和續駛里程指示的不精確性仍嚴重影響著用戶對剩余路線的規劃，易于產生里程焦慮。因此，在電動汽車推廣過程中，剩余電量和續駛里程的指示精度是關注的焦點之一。

剩余電量和續駛里程是電動汽車非常重要的性能指標。文獻2分析了電動汽車續駛里程的影響因素，并定性研究了整車參數、環境溫度等與續駛里程之間的關系。文獻3重點考察了低溫對續駛里程的影響，并對比分析了不同測試案例中的結果。GB/T 18386《電動汽車能量消耗率和續駛里程試驗方法》[4]提出了基于等速法的電動汽車續駛里程試驗方法，文獻5結合試驗條件、試驗程序等，對等速法的適應范圍進行了討論，分析了不同測試方法的適用性。在此基礎上，文獻6針對中國、歐盟、美國、日本和ISO純電動汽車標準中續駛里程測試所用的工況進行了對比研究和分析。

然而，在目前的國內外標準體系中，尚無針對電動汽車電量及剩余純電續駛里程指示精度的試驗方法。因此，本文基于工況法，針對三種不同工況對電動汽車電量及續駛里程的指示精度進行研究，從而可以在電動汽車開發過程中，為剩余電量及剩余續駛里程估算所涉及的仿真校核和設計改善提供更多的客觀實驗數據和試驗方法。

1 試驗工況和方法

目前，電動汽車主要通過儀表指示的電量格數和剩余純電續駛里程值來提示用戶進行里程規劃。電量格數從能量角度反映當前車輛狀態，而表顯電續駛里程則向用戶提供直接參考信息。兩者因瞬時電耗參數相互關聯，卻又相互獨立，因此需要對以上兩參數的精度進行校核，以免對用戶里程規劃進行誤導。

1.1 典型駕駛工況

目前，典型的電動汽車測試一般采用NEDC典型駕駛工況。在該測試工況下，車輛按照NEDC規定的工況行駛，每完成一個工況循環試驗時，記錄此時車輛指示的電量格數、剩余電續駛里程值以及車輛行駛的實際里程；同時，車輛進行重復試驗，直至車速低于當前工況曲線規定速度2 km/h或發動機起動停止試驗時停止。

1.2 高速工況

考慮到電動汽車在高速公路上進行長途駕駛需要通過充電站進行快速充電，如果里程規劃失誤則有導致車輛半路拋錨的風險，因此需要設計一個高速勻速工況來進行驗證。一般情況下國內高速公路的最高限速是120km/h，最低限速為60km/h。因此選取120km/h作為勻速行駛工況的試驗速度，試驗持續至發動機起動或車速低于60km/h。

在該測試工況下，車輛以120km/h勻速行駛，通過功率分析儀監控動力電池實時放電電能，車速以車輛底盤測功機上指示的實際車速為準。當動力電池放電電能每增加1kW?h時，記錄此時車輛指示的電量格數、剩余電續駛里程值以及放電1kW?h過程中車輛行駛的實際里程。車輛進行重復試驗，直至發動機啟動或全油門速度低于60km/h停止試驗。

1.3 激進駕駛工況

電動汽車具有加速快、推背感強烈等特點，因此在車輛電量充裕的情況下部分用戶會采用較為激進的駕駛風格，同時根據動力電池特性，車輛進行瞬時大功率放電時其電量計算誤差較大。因此需設計一個具備激進駕駛風格的、放電功率大的行駛工況來進行驗證。本文選取US06作為激進駕駛工況。

在該測試工況下，車輛按照US06工況行駛，每完成一個工況循環試驗時，記錄此時車輛指示的電量格數、剩余電續駛里程值以及車輛行駛的實際里程。車輛進行重復試驗，直至車速低于當前工況曲線規定速度2 km/h或發動機起動停止試驗。

2 試驗平臺

2.1 試驗平臺要求

為保證試驗的測試數據的真實性，試驗平臺應包含電流、電壓、車速、力等參數的測試，一般采用電流傳感器、電壓傳感器、功率分析儀、底盤測功機、CAN記錄儀等試驗儀器；同時，設備的參數必須滿足GB/T 19753規定的精度和量程要求。

為了驗證車輛在使用過程中的用戶體驗，試驗時所采用的整車道路阻力曲線為對應試驗車型的實車道路阻力曲線；在沒有該阻力曲線的情況下，可以采用該車型同階段能量消耗量試驗或續駛里程試驗所對應的道路阻力曲線進行替代。

2.2 車輛要求

試驗配載條件通常為電動汽車試驗質量，為電動汽車整車整備質量與試驗所需附加質量的總和。其中，附加質量的具體規定為：

a）對于M1、N1、最大設計總質量不超過3500kg的M2類車輛，該質量為100kg；

b）對于城市客車，在進行城市典型公交循環時，該質量為最大設計裝載質量的65%；在進行C-WTVC循環時，該質量為最大裝載質量；

c）對于其他車輛，該質量為最大裝置質量。

為了保證試驗的有效性和可追溯性，試驗車輛的動力電池系統、驅動電機、驅動電機控制器、變速機構、壓縮機、空調控制器、組合儀表等硬件須符合整車技術條件的要求，VCU、DCU、BMS、TGW、ABS/ESP、HVAC、ICM等控制器的軟件更新到最新狀態。同時，為測試車輛在全電量范圍內的剩余純電續駛里程，試驗的起始階段通常為電池組的滿電狀態，也即電池組SOC為100%的荷電狀態。

3 試驗結果及分析

根據上述試驗工況、試驗平臺及車輛要求，市場面某一車型作為測試車輛，分別進行NEDC典型駕駛工況、高速工況、US06激烈駕駛工況試驗；同時，為減小溫度對電池組荷電狀態的影響，試驗過程的環境溫度維持在25℃±5℃之間。

3.1 NEDC典型工況試驗

NEDC典型駕駛工況代表了大部分用戶的用車情況。試驗過程中，設置一個循環工況的行駛時間為1180s，最大車速為120km/h，最大加速度和減速度分別為1.06m/s2和-1.39 m/s2，其運行速度曲線如圖1所示。因此，可知其單個循環工況的行駛距離約為11公里，平均車速約為34 km/h。以單次NEDC工況結束時為一個數據記錄點，可以得到表顯剩余續駛里程及電量格數如圖2所示。

圖1 NEDC工況曲線圖

圖2 A車型 NEDC工況試驗結果

由圖2可知，試驗車輛初始顯示續駛里程值為270km，實際NEDC工況可行駛302.8km。在行駛過程中，隨著車輛放電電能的增加，儀表顯示純電續駛里程以及顯示的剩余電量均小于實際可行駛里程和剩余電量，給用戶預留約40km的可行駛里程，可以有效減輕用戶的里程焦慮問題。

3.2 高速工況試驗

考慮到目前不同的電動汽車所指示的電量格數對應的電能值不盡相同，且電量格數跳變為瞬間變化，高速工況采用動力電池每放電1kwh作為一個數據分析記錄點，同時在每個記錄點處當前車輛指示的剩余續駛里程及電量格數。該工況測試結果如圖3所示。

由圖4可知，試驗車輛初始續駛里程值為235km，實際高速工況可行駛171.83km。在行駛的前半程中，隨著車輛放電電能的增加，儀表顯示純電續駛里程值恒大于實際純電可行駛里程值，但是差距逐漸縮小；在行駛的后半程、也即電池約放掉一半電量之后，儀表顯示純電續駛里程小于實際可行駛里程，給用戶預留了約25km的可行駛里程，可以有效減輕用戶的里程焦慮。同時，在行駛的前半程中，儀表顯示剩余電量和實際剩余電量相吻合；而在行駛的后半程，儀表顯示剩余電量小于實際剩余電量，該結果與續駛里程的預測結果具有一定的對應關系，均可有效緩解用戶的里程焦慮。

圖3 A車型高速工況試驗結果

3.3 US06激進工況試驗

US06為典型的激進駕駛工況，其最大加速度和最大減速度一般可以達到3.73m/s2和-3.01m/s2。試驗過程中，設置一個循環工況的行駛時間為601s，最高車速為129.2km/h，則其運行速度曲線如圖4所示。因此，可知其單個循環工況的行駛距離為12.79公里，平均車速約為76.6km/h。以單次US06工況結束時為一個數據記錄點，可以得到表顯剩余續駛里程及電量格數如圖5所示。

圖4 US06工況曲線圖

由圖5可知，試驗車輛初始表顯續駛里程值為233km，而實際US06工況可行駛里程僅為169.54km。通過對比NEDC工況，可知US06工況下電動汽車的電量消耗大，導致初始表顯里程與實際可行駛里程相差較大。但是，在車輛行駛過程中，隨著車輛放電電能的增加，實際剩余里程和儀表顯示的純電續駛里程值差距逐漸縮小，并在第7個循環工況開始，通過修正使得車輛實際剩余里程和儀表顯示純電里程相吻合；同時，在整個行駛過程中，表顯電量百分比和實際電量百分比一直保持在接近吻合的狀態，因此不會給用戶造成誤導，有較好的用戶體驗感。

圖5 A車型US06工況試驗結果

4 結論

剩余電量及續駛里程是電動汽車行駛過程中重要的指示參數。本文提出了基于工況法的電動汽車電量及續駛里程指示精度試驗方法，針對NEDC工況、高速工況、US06工況等三種典型且差異化明顯的駕駛工況，研究了三種代表性工況下剩余電量和續駛里程顯示試驗方案。且測試車輛表顯電量及續駛里程與實際吻合度高，擁有良好的指示作用。該試驗方法測試用例可有效反映電動汽車當前指示精度水平，同時為標定提供更多的客觀試驗數據以改善剩余電量和續駛里程顯示。

[1] 歐陽明高.中國新能源汽車的研發及展望[J].科技導報,2016,34(6): 13-20.

[2] 陳勇,孫逢春.電動汽車續駛里程及其影響因素研究[J].北京理工大學學報,2001, 21(5): 578-582.

[3] 陳德兵,葉磊,楊杰.低溫對純電動汽車續駛里程的影響分析[J]. 客車技術與研究, 2012, 02: 53-55.

[4] GB/T 18386,電動汽車能量消耗率和續駛里程試驗方法[S].

[5] 吳憩棠.電動車續駛里程試驗方法標準探討[J].汽車與配件,2009, 37(3): 44-45.

[6] 安以敏.國內外電動汽車續駛里程測試方法對比研究[C].第12屆中國標準化論壇論文集, 2015, 874-878.

Research on indication accuracy of electricity quantity and driving mileage of electric vehicle based on working mode method*

Luo Ling, Tan Chunzhou, Zheng Wangxiao

（GAC Automotive Research & Development Center, Guangdong Guangzhou 511434）

Residual electricity quantity and driving mileage are important parameters for electric vehicle. Considering the problems of accuracy and applicability of constant velocity method, the test method is proposed based on the working mode method. According to the different working conditions of NEDC, high-speed and US06, the test methods are studied respectively and their influences on the indicator precision of residual electric quantity and driving mileage are carried out through real car test. The results show that the test methods all have better indication accuracy under three working conditions, effectively alleviating the user’s mileage misleading and mileage anxiety.

Electric vehicle; electricity quantity; driving mileage; working mode method

A

1671-7988(2018)20-18-04

U469.7

A

1671-7988(2018)20-18-04

U469.7

羅玲，碩士，就職于廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院。研究方向：電動汽車試驗領域。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.006