基于产业化电动车剩余里程的估算方法研究

梁荣荣，秦李伟，徐爱琴，庞艳红，赵久志

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，新能源汽车研究院，安徽 合肥 230601）

基于产业化电动车剩余里程的估算方法研究

梁荣荣，秦李伟，徐爱琴，庞艳红，赵久志

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，新能源汽车研究院，安徽 合肥 230601）

剩余里程预测是电动汽车能量管理的重要的参数之一。文章基于锂离子电池，根据当前电池剩余能量和NEDC工况下的平均公里能耗（W 平均），计算剩余里程的基础值；并根据当前车辆实时公里能耗（W 实时）和NEDC工况的平均公里能耗（W 平均）的比较结果，修正剩余里程。通过实车不同工况试验验证，剩余里程的估算精度达到6%。

电动汽车；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

电动车实际使用工况复杂、车辆时时能耗变化率大，对剩余里程估算带来挑战，里程估计值与实际可行驶距离相差很大。导致用户担心现有的电量不能确保车辆到达目的地，产生所谓“里程焦虑感”，降低对电动汽车的使用信心。

目前国内电动汽车的剩余里程计算，多是采用电池的剩余能量除以车辆实时公里能耗计算得到剩余里程，这种算法的弊端是没有考虑多种因素对电池剩余能量的影响，同时实时公里能耗会随着车辆使用工况变化，使剩余里程估计值波动较大，估计精度较低。

本文主要基于NEDC标准工况计算辅之修正策略来估算电动车剩余里程。根据当前电池剩余能量和NEDC工况下的平均公里能耗（W 平均），计算剩余里程的基础值；并根据当前车辆实时公里能耗（W实时）和NEDC工况的平均公里能耗（W平均）的比较结果，修正值剩余里程。该算法同时考虑：瓦时积分误差、电池不同温度充放电效率、不同使用工况、单体不一致性差异等因素的影响。结合产业化电动车的特点，针对上述影响因素，设计算法策略并进行验证。

本文所开展的试验依托江淮某纯电动车平台。

NEDC：New European Driving Cycle SOE：state of energy能量状态或剩余能量

OCV：open circuit voltage 开路电压

1 剩余里程的算法

剩余里程估算方法：采集得到动力电池总成母线电压U母、母线电流I母，计算当前电池已用能量E用= U母*I母dt（公式1），E remain=E initial-Euse（公式2）。根据NEDC工况下的平均公里能耗W平均，计算出剩余里程的基础值。S basis=Eremain/W average（公式 3）。

选择特定的里程L为单位，计算距离当前时刻最近的前N个里程单位的能量消耗并保存在控制单元中，并实现计算结果的更新，得到当前实时的公里能耗W实时。将实时公里能耗与NEDC工况下的平均公里能耗W平均相比，计算剩余里程的修正值S revise = Σ W real-time/ W average * L（公式 4）。

剩余里程的计算为S = S basis + S revise（公式5）。

2 剩余能量的估算策略

2.1 瓦时积分辅之OCV修正算法（能量计算）

电池剩余能量和实时公里消耗的准确估算对剩余里程估算起到决定性作用。针对瓦时积分法引起的SOE估算精度误差原因进行分析，提出在以下估算策略。

2.1.1 温度对剩余能量算法的影响

由于不同温度下放电能量的差异会引起SOE估算误差，不同温度下电池组的放电能量系数如下表1所示。具体策略为：

（1）充电结束后首次放电模式下，检测电池单体温度，根据电池单体最低温度线性插值，求得当前温度下电池组对应的放电能量系数，置入当前SOE计算能量的基准值。

（2）相邻两次充电间隔内只做一次不同温度下的放电能量系数修正。

表1 不同温度下的放电能量效率

2.1.2 单体一致性对剩余能量算法的影响

受电池制造商工艺水平的限制，电池的难题存在容量、内阻、电压等不一致性。针对该种情况，电池组充电截止电压以最高单体先到达满电结束条件为准，放电截止电压以最差单体先到达充电条件为准，两者之间的能量差是导致放电SOE误差较大的重要原因之一。具体策略为：

（1）放电SOE调节：在充电末期记录下本次充满电时最差电池单体Vmin，计算与其Vmax之间的差值，并折算成SOE误差，放电过程中，将这SOE误差以0.1%/s的修正速度往低修正。本次放电，再次放电，策略持续，充电时策略清除。

（2）SOE-OCV修正：在电池充电或放电结束静置时，此时电池单体电压趋于稳定状态，根据电压恢复时间等参数，制订了OCV-SOE修正策略。

OCV-SOE修正条件：

1）静置时间大于1小时后充电或放电状态；

2）充放电电流＜1A（确保电池稳定）；

3）获得Vmin，查表获得此单体电压对应的SOE修；

4）SOE修∈（0，40%）||（60%，100%）

5）SOE修正幅度＞4%；6）将当前SOE修正至目标值。

表2 不同温度下的SOE-OCV

2.1.3 实时公里能耗对剩余里程算法的影响

车辆在行驶过程中，车辆每行驶0.1km后，记录第一个0.1km消耗的能量，同理得到第二个0.1km消耗的能量，取第N个0.1 km消耗的能量求和进行平均值，作为当前实时公里能耗计算的能量消耗值。由于能量消耗值取平均值，相当于对实时公里能耗进行平滑处理，在急加速、急减速等工况下，不会造成剩余里程的突增、突减，降低了剩余里程的波动性，具有实用性。

2.1.4 空调开启与否对剩余里程算法的影响

车辆行驶过程中，开启空调过程中的能量消耗需在实时公里能耗中去除，单独计算其能量消耗，避免开启空调对计算实时公里能耗产生影响。采用动态查表的方法矫正剩余里程，根据目前电池包剩余能量状态SOE查询对应空调消耗的里程，空调开启时按照下表3进行线性插值（如SOE为60%，对应的剩余里程减少值为18km）；将当前能量计算的剩余里程减去空调消耗的里程即可。关闭空调时，根据当前的SOE值，将当前能量计算的剩余里程增加空调消耗的里程。具体计算流程见下图1。

表3 SOE对应的剩余里程减少值

2.1.5 电池能量衰减对剩余里程算法的影响

随着动力电池循环次数的增加，电池管理系统根据一定的条件计算当前电池的SOH（电池健康度），置入当前SOE计算能量的基准值。

在电池正常的情况下，根据仪表里程按照每行驶 1000 km，SOH衰减0.1%来计算，记SOH。

3 剩余里程算法精度的验证

3.1 试验方法

（1）转榖工况验证方法：

1）试验车辆在常温下充满电后静置30min，在转榖上用工况法放电至单体保护：低温（-10℃）NEDC工况、间歇性开空调NEDC工况（间隔时间20min）（见图3）、长程充电模式NEDC工况、高温（45℃）开空调NEDC工况（见图4）；

2）用管理系统软件记录 SOE、实时平均公里能耗、车辆实际行驶里程。

（2）道路工况验证方法：

1）试验车辆在常温下充满电后，静置30min，进行城市/城郊、强化路面的试验，放电至单体保护；

2）用管理系统软件、远程监控系统记录 SOE、剩余里程、车辆实际行驶里程。

剩余里程为0km时记录行驶的里程L1，至单体保护时行驶的里程L2，剩余里程的估算精度为（L2-L1）/L2。

图1 开启空调计算流程

图2 转榖试验台架

图3 转榖和环境仓试验台架

3.2 试验结果

3.2.1 剩余里程转榖工况精度验证结果

图4 低温开空调NEDC工况剩余里程示意图

图5 长程模式NEDC工况剩余里程示意图

从图1低温（-10℃）NEDC工况（P0-1试验样车）剩余里程估算示意图中可以看出：放电全程（SOC100%-0%）SOC/剩余里程无跳变起伏，实现平稳下降。剩余里程为0km时，里程为里程为132km，继续行驶8km至单体保护，剩余里程估算精度为5.7%。

从图2长程充电模式下NEDC工况（P0-4试验样车，放电全过程不开启空调）剩余里程估算示意图中可以看出：放电全程（SOC100%-0%）SOC/剩余里程无跳变起伏，实现平稳下降。剩余里程为0km时，里程为里程为170km，继续行驶10km至单体保护，剩余里程估算精度为5.88%。

图7 间歇性开空调NEDC工况剩余里程示意图

图8 高温开空调NEDC工况剩余里程示意图

从图3间歇性开空调NEDC工况（N8试验样车）剩余里程估算示意图中可以看出：放电全程（SOC100%-0%）SOC/剩余里程无跳变起伏，实现平稳下降。剩余里程为0km时，里程为114km，继续行驶6km至单体保护，剩余里程估算精度为5.3%。

从图4高温（45℃）开空调NEDC工况（P0-1试验样车）剩余里程估算示意图中可以看出：放电全程（SOC100%-0%）SOC/剩余里程无跳变起伏，实现平稳下降。剩余里程为0km时，里程为100km，继续行驶3km至单体保护，剩余里程估算精度为2.9%。

3.2.2 剩余里程道路工况精度验证结果

表4 道路工况剩余里程估算精度

4 结论

结合电动车的实际使用环境和工况，通过温度对能量影响、电池一致性对算法的影响、能量消耗值对实时公里能耗的影响、电池容量衰减对算法的影响等进行了原因分析和试验验证。此策略方法简单、使用、可靠，此剩余里程的估算方法已在江淮某批量生产的电动车上进行了应用，结果表明转榖试验、城市道路试验，剩余里程的估算精度均满足＜6%，满足面向产业化电动车电池系统剩余里程的估算需求，保证整车运行的动力性、安全性、稳定性。

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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 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)18-109-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.037

梁荣荣，就职于安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，新能源汽车研究院。