純電動汽車續(xù)駛里程計算研究

李 雷，高 鵬，吳 廣

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定071000）

2015年中國已經(jīng)超越美國成為全球最大的電動汽車市場，隨著電動汽車技術(shù)的發(fā)展及保有量的增加，其性能指標也受到越來越多的關(guān)注。其中，續(xù)駛里程是電動汽車重要的性能指標之一［1］。與傳統(tǒng)燃油車相比，純電動汽車在排放方面具有很大的優(yōu)勢，但其續(xù)駛里程短、能量補充速度慢則制約了其市場推廣。由于動力電池自身特性以及純電動汽車續(xù)駛里程短的因素，需要實時提供可信的續(xù)駛里程值用于提醒駕駛員，避免其擔心現(xiàn)有電量不足導(dǎo)致車輛不能達到目的地而降低對電動汽車的使用信心。因此，提高電動汽車續(xù)駛里程的計算精度尤為重要。

純電動汽車續(xù)駛里程值指動力電池以全充滿狀態(tài)開始到標準規(guī)定的試驗結(jié)束時所行駛的里程，它是純電動汽車指標之一［2］。當汽車行駛一段時間后動力電池處于非充滿狀態(tài)，當前狀態(tài)下的可行駛的里程稱之為剩余續(xù)駛里程。影響剩余續(xù)駛里程的因素有很多，主要有兩類：一類是汽車自身因素［3］，如總質(zhì)量、電池額定能量、行駛阻力等；另一類為外部因素，如駕駛工況、風(fēng)速、路況等。

實際生活中汽車行駛工況多變，復(fù)雜的行駛工況造成剩余續(xù)駛里程難以準確計算。本文結(jié)合電池能量計算以及整車能耗計算，提出了一種在線續(xù)駛里程計算模型，用于剩余續(xù)駛里程實時計算、顯示，幫助駕駛員提前預(yù)知剩余續(xù)駛里程，合理調(diào)整行車策略。

1 動力電池能量計算

動力電池是電動汽車的能量來源，傳統(tǒng)上，電池狀態(tài)一般以荷電狀態(tài) （SOC-State of Charge）來描述。通常把一定溫度下的電池充電到不能再吸收能量狀態(tài)的SOC定義為100%，把電池不能放出電量的SOC定義為0%［4］。常用的SOC估算方法有安時積分法、開路電壓法及卡爾曼濾波法等［5］。SOC僅從容量的角度描述電池狀態(tài)，當電池處于同一SOC，不同溫度下所能提供的能量卻存在較大差異，如圖1所示。

圖1 某款電池同一SOC下能量值

為了更精確地衡量動力電池能量，引入了另一個一個重要參數(shù)：電池能量狀態(tài) （SOE-State of Energy）。電池能量狀態(tài)定義為電池剩余能量占額定能量的百分比［6］，很大程度上反映了電池的放電能力，數(shù)學(xué)表達式見式 （1）。電池的放電倍率、荷電狀態(tài)、健康狀態(tài) （SOH-State of Health）、電池溫度、自放電等因素都會對電池的能量狀態(tài)產(chǎn)生影響。

根據(jù)能量守恒原理，工作過程中電池總能量是一定的，通過實時計算動力電池已消耗的能量，便可得到電池剩余的能量。動力電池額定能量受到環(huán)境溫度、自放電、SOH等影響，必須對這些影響因子進行修正，提升額定能量的計算精度，進而提升動力電池當前狀態(tài)下的剩余能量精度，最終提升車輛續(xù)駛里程計算值精確性。

2 整車能耗及剩余續(xù)駛里程計算

除電池能量外，車輛行駛過程中的能量消耗是剩余續(xù)駛里程計算的重要影響因素。整車耗能部件主要包括電機、空調(diào)系統(tǒng)、車內(nèi)加熱部件 （座椅加熱、玻璃加熱等）、熱管理部件 （水泵、風(fēng)扇等）、電動助力轉(zhuǎn)向以及其他部件（控制器、照明）等。

特定工況下如等速工況、NEDC工況、WLTC工況等，由于工況已知，只計算出一個循環(huán)的能耗即能反映出續(xù)駛里程的大小。

在行駛工況未知的實際駕駛過程中，必須實時計算車輛行駛過程中的能量消耗，用來預(yù)測未來一段時間的平均能耗。行駛過程中能耗的計算采用N個單位片段平均能耗迭代的方法來計算，每個單位片段距離為S km，計算在S km行駛所消耗的能量為SumEDrv，行駛消耗能量除以距離S km，得到此片段路段的計算行駛平均能耗AvgEn，將車輛行駛的平均能耗寫成迭代形式，即式 （2）。

其中，a1、a2……aN-1、aN參數(shù)為各片段平均能耗所占權(quán)重比，離當前駕駛距離越遠，權(quán)重越低。

取計算得到的AvgE為預(yù)估平均能耗，則剩余續(xù)駛里程計算如式 （3）。

空調(diào)開啟后根據(jù)實時采集的空調(diào)消耗能量，每隔M分鐘進行一次空調(diào)平均功率的計算，開啟空調(diào)后續(xù)駛里程計算如式 （4）。

由于空調(diào)系統(tǒng)能耗較大，長時間開啟會降低純電動汽車續(xù)駛里程，有必要將空調(diào)開啟造成的續(xù)駛里程差值同步進行計算、顯示，幫助駕駛員合理調(diào)整空調(diào)等級，實現(xiàn)舒適性及續(xù)駛里程最大化的均衡。

3 軟件實現(xiàn)

剩余續(xù)駛里程計算功能根據(jù)電池包SOH、SOE、SOC，電池包溫度、電壓、電流，高壓附件作為輸入信號，主要包括動力電池能量計算、整車平均能耗及功率計算、續(xù)駛里程計算、濾波處理、IP／HUT顯示等子功能構(gòu)成，功能框圖如圖2所示。

圖2 剩余續(xù)駛里程計算功能框圖

在軟件實現(xiàn)過程中，還要考慮充電過程中續(xù)駛里程計算、續(xù)駛里程存儲及讀取、故障狀態(tài)下續(xù)駛里程顯示等，避免出現(xiàn)續(xù)駛里程值出現(xiàn)不合理跳變，引起駕駛員的抱怨。同時對車輛速度、加速度、空調(diào)使用進行統(tǒng)計分析，針對駕駛員駕駛習(xí)慣進行經(jīng)濟性評分及駕駛指引，引導(dǎo)駕駛員形成良好駕駛習(xí)慣，降低整車能量消耗，提升續(xù)駛里程。

4 結(jié)論

續(xù)駛里程計算是純電動汽車重要指標之一，計算精度還有待提高。本文提出了一種基于動力電池能量計算及整車能耗計算的剩余續(xù)駛里程計算模型，實現(xiàn)續(xù)駛里程實時計算、顯示，并結(jié)合經(jīng)濟性評分及駕駛指引，給駕駛員提供有效支持信息，支持其合理調(diào)整行車策略。