純電動汽車剩余續駛里程計算方法研究

李中耀,李達峰

(深圳市聚馬新能源汽車科技有限公司，廣東深圳 518116)

0 引言

純電動汽車當前受限于充電速度和充電設施，在使用便利性上與傳統燃油車仍有不小的差距，所以電動汽車在大部分地區的使用環境中(特別是充電設施較為缺乏的地區)，表顯剩余續駛里程必然是駕駛員時刻關注的一個重要數據，以防止車輛出現突然趴窩的情況。目前市場上大部分主流的純電動汽車對這一項數據的處理都比較簡單直接，并不能結合車輛實際駕駛的情況對計算系數進行實時調整，所以不能較為真實地反映車輛當前還能行駛多少里程，也帶來了較多的客戶抱怨。

本文作者把影響純電動汽車剩余續駛里程的各種因素都考慮在內，在計算過程中實時監測車輛當前的電耗，同時為避免表顯剩余續駛里程數據發生突變，又引入了必要的修正系數和變量限值，使計算結果在盡可能真實的前提下，又能在車輛行駛時讓表顯剩余里程數據平滑地進行變化，給駕駛員一個準確且又容易接受的數據參考。

1 車輛滿電時的剩余續駛里程

當車輛第一次充滿電后，儀表上SOC(車輛當前剩余電量)顯示為100%時，剩余續駛里程數據應顯示為車輛的NEDC標準里程Snedc，即車輛按照NEDC試驗標準實際能跑的最大里程數據。

后期隨著車輛的持續使用，動力電池會存在一定程度的衰減，把動力電池的健康程度定義為SOH(取值范圍為0～100%)，例如SOH等于90%時代表動力電池儲存電量的能力降低了10%。所以以后每次車輛充滿電時，儀表上的剩余續駛里程數據應顯示為S滿電=Snedc×SOH。

2 車輛行駛時的剩余續駛里程

S行駛=SOC當前×100×n顯示

式中：SOC當前指車輛當前的電量值，數據分辨率0.1%；n顯示指顯示系數，為整車控制器通過計算電耗等數據得出的一個合理系數值，反映了車輛每消耗1%的電能所行駛里程數。

2.1 最近50 km理論系數計算

在計算顯示系數之前，先要根據車輛實際行駛的情況計算出一個理論系數n理論，計算時截取最近50 km的耗電量，所以n理論可以反映出最近50 km內車輛平均每消耗1%的電能跑的里程。

車輛每行駛1 km，整車控制器便把這1 km所消耗的電量值以SOC百分比的形式記錄并保存下來，則最近50 km所消耗的總電量值W50 km為最近50個保存數據之和。則理論系數計算公式如下：

n理論=50/W50 km

以上計算過程中針對50 km耗電量數據的處理有以下幾點說明：

(1)車輛停止在原地時，由于空調、電氣設備等耗電而造成的SOC減少不計入總耗電量。

該項目10株變異單株是從300萬株組培苗后代中選出的，中選率為3.3×10-6，可見利用無性系變異選育新品種雖然快速有效，但效率極低。為了進一步提高突變體篩選的效率，今后可采用誘變劑對中間繁殖體進行處理。

(2)車輛連續下長坡行駛時，可能會出現SOC不降反升的現象，此時的耗電量在計算時不進行負值累加，而是計為0，以防止計算結果出現較大的跳變。

2.2 顯示系數的取值方法

純電動汽車行駛在不同路況下的電耗變化會比較大，從而使理論系數n理論的計算結果也存在較大的波動。如果直接用此理論系數代入公式來計算剩余續駛里程的話，會造成表顯剩余里程數據在一定范圍內產生突變，無法給駕駛員提供準確有效的參考。因此引入顯示系數n顯示來對理論系數進行修正后參與計算。

車輛行駛過程中，程序設定每1 km變化一次顯示系數，變化時比較n顯示和n理論的大小，若n顯示>n理論，則讓顯示系數減小，反之讓其增大。同時限定n顯示以每次最大0.003的幅度進行變化(若當前儀表顯示系數與理論系數差值小于0.003，則此次變化后的n顯示=n理論)。

例如：當需要變化顯示系數時，上一次的n顯示為2.888,而當前計算得出的n理論為2.666，則將本次顯示系數變化為2.888-0.003=2.885。

顯示系數計算除了以上需要考慮的因素外，為了避免因車輛故障或特殊駕駛路況帶來的數據異常變化，還需要設定一個限制，根據經驗，應規定顯示系數的變化范圍遵循如下原則：

n標準×0.6

上面公式中的標準系數n標準=Snedc/100×SOH。

有了以上計算出的顯示系數和車輛當前的SOC數據，代入公式即可得出當前儀表需要顯示的剩余續駛里程數據。

3 車輛充電時的剩余續駛里程

車輛在充電時，駕駛員除了要關注車輛SOC值外，還需關注當前充入的電量能夠使車輛行駛多少公里，所以充電時剩余續駛里程數據也要能正常顯示。然而在充電時沒有實時的電耗數據作為計算依據，又不能使儀表顯示的數據相比于充電前發生突變，只能綜合考慮充電前的顯示系數與NEDC標準系數等因素來進行估算。

充電時的剩余里程數據S充電仍參照行駛時的計算公式，不同的是顯示系數取值沒有理論系數作為參考，只能讓顯示系數隨著SOC的變化逐漸線性變化靠近NEDC標準系數，如此可以在充滿電時，恰好讓n顯示=n標準=Snedc/100×SOH。充電時的顯示系數計算公式如下：

式中：SOC充電前指本次充電開始前的SOC值，n充電前指本次充電開始前的顯示系數。

然后可以計算出充電時的剩余續駛里程數據：

S充電=SOC當前×100×n顯示

4 計算剩余續駛里程的其他因素

4.1 SOC數據的精度

通常在電動汽車上，SOC數據由BMS(電池管理系統)通過CAN總線提供，這一數據會直接影響到剩余續駛里程計算結果的準確性。所以在車輛前期調試階段，必須要求BMS廠商綜合考慮電池工作溫度、電池衰減程度等因素，將SOC的估算精度控制到國家標準要求范圍內，即估算誤差不能大于5%。

4.2 電池單體電壓不均衡

對于安裝有單體電壓主動均衡系統的車輛，一般不會存在此問題，但對于不具備主動均衡功能的車輛，長時間使用后，各個電池單體必然會存在電壓差異較大的問題。造成單體電池電壓存在差異有單體電芯自放電的原因，也有可能是因為各單體衰減程度不同。

當單體電壓存在一定的差異后，車輛在行駛放電過程中，會有某些單體的電量率先釋放完，此時BMS為了保護電池會提前切斷高壓，但此時儀表上剩余續航里程還顯示有較多的數據，因此會給駕駛員造成電池還有電但車輛已無法行駛的困惑，會誤以為車輛存在故障。

為消除此問題帶來的影響，在進行剩余續駛里程的計算時須實時監測單體電壓最低值，當發現放電末端單體電壓有提前降低的趨勢時，便將剩余續駛里程數據按一定的條件(具體條件的設定與車輛所搭載動力電池的特性和參數有關)加速收斂至0 km，以便駕駛員能及時感知到電量將會耗盡，并立即尋找充電樁對車輛進行補電。

5 結論

結合車輛實際使用過程中的各項因素，研究了車輛行駛、充電、滿電等各種工況下表顯剩余續駛里程的計算方法。且此計算方法經過實車路試驗證后發現能達到預期的效果，計算結果也能最大程度地反映駕駛員駕駛車輛時的習慣。

文中SOC數據精度這個重要因素如今在整個電動汽車行業里仍困擾著絕大多數汽車制造企業，不過相信隨著動力電池行業的技術進步，在未來的BMS算法中可以把SOC估算精度進一步大幅度提高，只有這樣才能徹底解決動力電池虛電、續駛里程顯示不準確等問題。