一種純電動汽車用的剩余里程算法開發

李文杰

摘 要：文章剩余里程的指導思想是根據當前用戶的使用工況和剩余能量，預測未來一段時間的剩余里程。剩余里程的開發是基于NEDC工況下展開的，根據當前車輛實時消耗的能量（W）和NEDC工況下標準平均公里能耗相比較得到和標準工況下的差值S差，從而估算剩余里程。剩余里程估算精度與電動車電池能量狀態估算精度、平均公里能耗、能量效率這三方面強相關。NEDC工況（開空調、無空調）驗證結果，剩余里程全程均實現了平緩下降，無跳變現象，估算誤差分別≤5%、≤8%;滿足汽車剩余里程估算精度需求。

關鍵詞：剩余里程;能耗;估算精度

Abstract： The guiding ideology of this paper is to predict the remaining mileage in the future according to the current user's operating conditions and remaining energy. The development of the remaining mileage is based on the NEDC working condition. According to the comparison between the current vehicle real-time energy consumption （W） and the standard average kilometer energy consumption under the NEDC working condition， the difference s difference between the current vehicle real-time energy consumption （W） and the standard average kilometer energy consumption under the NEDC working condition is obtained， so as to estimate the remaining mileage. The accuracy of residual mileage estimation is closely related to the accuracy of battery energy state estimation， average kilometer energy consumption and energy efficiency. According to the verification results of NEDC working conditions （air conditioning on， no air conditioning）， the remaining mileage has achieved a smooth decline， no jump phenomenon， and the estimation errors are ≤ 5% and ≤ 8% respectively， meeting the estimation accuracy requirements of the vehicle remaining mileage.

1 引言

電動汽車的續駛里程是指：電動汽車從動力蓄電池全充滿狀態開始到標準規定的試驗結束時所走的里程。但電動車實際使用工況復雜、車輛能耗變化大，續駛里程算法的估計精度有限，里程估計值與實際行駛距離相差很大。這使得乘客擔心現有的電量不能保證車輛到達目的地，產生所謂“里程焦慮感”，降低電動汽車的使用信心。因此，提高電動汽車續里程估計的精度是提高電動汽車普及率、促進電動汽車產業發展的重要因素。

電動汽車的續駛里程取決于動力電池的剩余能量，而且與駕駛方式、駕駛環境等也有很大關系。剩余里程估算精度在以下幾方面顯得尤為重要：

（1）電動車電池能量狀態（SOE）估算精度直接影響剩余里程的估算，SOE算法中涉及到母線電流和母線電壓，其采樣周期的同步性和采樣周期頻率直接影響SOE的估算精度。

（2）平均公里能耗直接反應當前用戶的駕駛習慣和車輛使用工況，對整車剩余里程的估算起決定性作用。主要影響因素有整車儀表顯示里程的分辨率、母線電流和母線電壓采樣周期的同步性和采樣周期頻率。

（3）能量效率，電池的充放電工作溫度、電池健康度（SOH）和電池材料體系的差異等因素影響其能量效率，間接影響剩余里程的估算精度。

2 剩余里程估算策略

剩余里程的指導思想：根據當前用戶的使用工況和剩余能量，預測未來一段時間的剩余里程。

剩余里程的開發是基于NEDC工況下展開的，根據當前車輛實時消耗的能量（W）和NEDC工況下標準平均公里能耗相比較得到和標準工況下的差值S差，從而得到剩余里程計算公式為：

S =（E總+ E回-E耗）/ W +S差– S空

注：E總為電池組上電計算的能量; E耗為整車消耗的能量;S空為空調消耗的能量

從公式可以看出，里程差（S差）的加入使整車考慮了不同工況下行駛，剩余里程估算誤差的情況，空調里程的加入使剩余里程能準確的顯示當前工況下開啟空調整車所能行駛的里程。

2.1 能量狀態估算策略

（1）考慮電池組的健康度SOE估算策略

隨著充放電循環次數增加（循環壽命）和歲月流失（日歷壽命），電池內阻增加引起電池的容量和能量衰減，因此電池SOE算法公式中的初始能量E0應考慮電池的健康度SOH。

（2）考慮電池組內電池單體的一致性的SOE估算策略

電池廠家的生產制造水平、電池箱體內的環境不一致等因素影響電池單體或模塊的不一致性，直接導致整組電池的能量效率下降。因此，當整組電池中有個別模組或單體或能量衰減過快時，可以根據單體電池的SOE-OCV曲線進行定期校正。電池不同溫度下的SOE-OCV曲線如圖1所示。

（3）考慮用戶特殊工況使用時的SOE估算

電池組淺充電淺放電，長時間不能進行充電高端和放電低端OCV修正，SOE存在累計計算誤差;單次循環誤差在1%～2%。針對該種情況可以通過車載穩定的充電電流對應的SOE狀態進行動態修正。不同溫度下電池單體0.2C低倍率充電SOE和動態電壓關聯曲線如下圖所示。

2.2 平均公里能耗估算策略

（1）考慮用戶急加速工況下的平均公里能耗計算策略

用戶急加速駕駛車輛是整車較常見的使用情況，但若根據整車剩余里程的計算公式，則會出現剩余里程急劇下降并發生跳變，根據這種情況，將剩余里程策略改為，上電后用0.2km的等效平均公里能耗預測下一個0.1km的剩余里程，同時每0.1km計算平均公里能耗，其存儲數組A中，每0.2km進行計算公里能耗平均值。

（2）考慮空調開啟時的平均公里能耗計算策略

通過試驗標定整車開啟空調與否時的續駛里程差值，一旦用戶有空調使用請求時，整車剩余里程減去該差值，車輛行駛再次計算平均能耗時，去掉空調等的二次能耗。

1）空調制冷：開啟制冷功率為1.5～2kw，由試驗數據可得空調開啟制冷時，車輛行駛里程減少30km，空調開啟時按照下表進行線性插值。開啟空調后又關閉空調時，剩余里程增加值與之前的SOC/SOE相對應，即如果開啟空調SOC為50%，剩余里程為75km，此時關閉空調，剩余里程變為75+15=90km。

2）空調制熱：開啟加熱功率為2.5kw，按照與空調制冷時相同的參數值進行計算，當空調開啟，但車輛沒有行駛，此時計算空調的能耗至剩余里程。

3）考慮制動能量回收的平均公里能耗計算策略。

整車開發能量回收功能，因此計算的平均公里能耗有負值，車輛滑行或制動減速時可以引起剩余里程有增長趨勢。

2.3 能量效率算法策略

（1）電池不同溫度下的充放電能量效率

電池的充放電能量效率除受倍率影響外，還受溫度影響，特別在低溫條件下，電池的極化內阻急劇增加，其充放電能量效率大幅度降低，不同溫度下的充放電能量效率如下圖所示。

2.4 其他

2.4.1 夜間/雨天行駛

夜間或雨天行駛時，低壓啟動，剩余里程不做處理，DCDC工作會引起電池放電能量增大，在平均公里能耗上有所體現（此條參考對標車）

2.4.2 更換電池模塊或更換電池組的剩余里程策略

（1）更換電池模塊，要求4S店對電池進行一次滿充，剩余里程按照新能量值進行計算;

（2）更換電池組，按照新電池組的能量進行策略計算。

3 平均公里能耗計算流程

由BMS實現對放電能量的積分，并通過CAN報文上報VCU。由儀表實現對整車累計行駛里程的計算，通過CAN報文上報VCU。VCU根據放電能量和行駛里程，計算每0.2km里程內的能量損耗E耗，則作為前工況下的平均公里能耗W平均=E耗，將其存儲數組A中，用其預測下一個0.1km的剩余里程。對于存儲數組A內的數據進行均值處理得出。

4 剩余里程計算流程

剩余里程計算由三部分構成：SOE、平均公里能耗、能量效率。程序流程圖如圖5。

5 剩余里程算法精度驗證

將車輛按照車載慢充充滿電，進行不同工況轉轂試驗，過程中用電腦監控電池放電能量、平均公里能耗及剩余里程變化，結果如下圖所示：

參考文獻

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