基于工况法的电动汽车电量及续驶里程指示精度研究*

罗玲，谭淳洲，郑望晓



基于工况法的电动汽车电量及续驶里程指示精度研究*

罗玲，谭淳洲，郑望晓

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东 广州 511434）

剩余电量和续驶里程是电动汽车行驶过程的重要显示参数。考虑到等速法存在的精度和适用性问题，文章提出了基于工况法的试验方法，针对NEDC工况、高速工况、US06工况等三种驾驶工况，研究了不同工况下的试验方法以及对剩余电量和续驶里程的指示精度的影响，并用某一车型实车验证。结果表明：该车型在三种工况下均有较好的指示精度，可以有效缓解用户的里程误导和里程焦虑问题。

电动汽车；电量；续驶里程；工况法

前言

电动汽车以其零排放、低噪声、能源利用率高、结构简单等优势，目前得到了广泛的推广应用，预计至2020年，国内电动汽车的年销售量将达到200万辆[1]。但是，现阶段电动汽车剩余电量和续驶里程指示的不精确性仍严重影响着用户对剩余路线的规划，易于产生里程焦虑。因此，在电动汽车推广过程中，剩余电量和续驶里程的指示精度是关注的焦点之一。

剩余电量和续驶里程是电动汽车非常重要的性能指标。文献2分析了电动汽车续驶里程的影响因素，并定性研究了整车参数、环境温度等与续驶里程之间的关系。文献3重点考察了低温对续驶里程的影响，并对比分析了不同测试案例中的结果。GB/T 18386《电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》[4]提出了基于等速法的电动汽车续驶里程试验方法，文献5结合试验条件、试验程序等，对等速法的适应范围进行了讨论，分析了不同测试方法的适用性。在此基础上，文献6针对中国、欧盟、美国、日本和ISO纯电动汽车标准中续驶里程测试所用的工况进行了对比研究和分析。

然而，在目前的国内外标准体系中，尚无针对电动汽车电量及剩余纯电续驶里程指示精度的试验方法。因此，本文基于工况法，针对三种不同工况对电动汽车电量及续驶里程的指示精度进行研究，从而可以在电动汽车开发过程中，为剩余电量及剩余续驶里程估算所涉及的仿真校核和设计改善提供更多的客观实验数据和试验方法。

1 试验工况和方法

目前，电动汽车主要通过仪表指示的电量格数和剩余纯电续驶里程值来提示用户进行里程规划。电量格数从能量角度反映当前车辆状态，而表显电续驶里程则向用户提供直接参考信息。两者因瞬时电耗参数相互关联，却又相互独立，因此需要对以上两参数的精度进行校核，以免对用户里程规划进行误导。

1.1 典型驾驶工况

目前，典型的电动汽车测试一般采用NEDC典型驾驶工况。在该测试工况下，车辆按照NEDC规定的工况行驶，每完成一个工况循环试验时，记录此时车辆指示的电量格数、剩余电续驶里程值以及车辆行驶的实际里程；同时，车辆进行重复试验，直至车速低于当前工况曲线规定速度2 km/h或发动机起动停止试验时停止。

1.2 高速工况

考虑到电动汽车在高速公路上进行长途驾驶需要通过充电站进行快速充电，如果里程规划失误则有导致车辆半路抛锚的风险，因此需要设计一个高速匀速工况来进行验证。一般情况下国内高速公路的最高限速是120km/h，最低限速为60km/h。因此选取120km/h作为匀速行驶工况的试验速度，试验持续至发动机起动或车速低于60km/h。

在该测试工况下，车辆以120km/h匀速行驶，通过功率分析仪监控动力电池实时放电电能，车速以车辆底盘测功机上指示的实际车速为准。当动力电池放电电能每增加1kW•h时，记录此时车辆指示的电量格数、剩余电续驶里程值以及放电1kW•h过程中车辆行驶的实际里程。车辆进行重复试验，直至发动机启动或全油门速度低于60km/h停止试验。

1.3 激进驾驶工况

电动汽车具有加速快、推背感强烈等特点，因此在车辆电量充裕的情况下部分用户会采用较为激进的驾驶风格，同时根据动力电池特性，车辆进行瞬时大功率放电时其电量计算误差较大。因此需设计一个具备激进驾驶风格的、放电功率大的行驶工况来进行验证。本文选取US06作为激进驾驶工况。

在该测试工况下，车辆按照US06工况行驶，每完成一个工况循环试验时，记录此时车辆指示的电量格数、剩余电续驶里程值以及车辆行驶的实际里程。车辆进行重复试验，直至车速低于当前工况曲线规定速度2 km/h或发动机起动停止试验。

2 试验平台

2.1 试验平台要求

为保证试验的测试数据的真实性，试验平台应包含电流、电压、车速、力等参数的测试，一般采用电流传感器、电压传感器、功率分析仪、底盘测功机、CAN记录仪等试验仪器；同时，设备的参数必须满足GB/T 19753规定的精度和量程要求。

为了验证车辆在使用过程中的用户体验，试验时所采用的整车道路阻力曲线为对应试验车型的实车道路阻力曲线；在没有该阻力曲线的情况下，可以采用该车型同阶段能量消耗量试验或续驶里程试验所对应的道路阻力曲线进行替代。

2.2 车辆要求

试验配载条件通常为电动汽车试验质量，为电动汽车整车整备质量与试验所需附加质量的总和。其中，附加质量的具体规定为：

a）对于M1、N1、最大设计总质量不超过3500kg的M2类车辆，该质量为100kg；

b）对于城市客车，在进行城市典型公交循环时，该质量为最大设计装载质量的65%；在进行C-WTVC循环时，该质量为最大装载质量；

c）对于其他车辆，该质量为最大装置质量。

为了保证试验的有效性和可追溯性，试验车辆的动力电池系统、驱动电机、驱动电机控制器、变速机构、压缩机、空调控制器、组合仪表等硬件须符合整车技术条件的要求，VCU、DCU、BMS、TGW、ABS/ESP、HVAC、ICM等控制器的软件更新到最新状态。同时，为测试车辆在全电量范围内的剩余纯电续驶里程，试验的起始阶段通常为电池组的满电状态，也即电池组SOC为100%的荷电状态。

3 试验结果及分析

根据上述试验工况、试验平台及车辆要求，市场面某一车型作为测试车辆，分别进行NEDC典型驾驶工况、高速工况、US06激烈驾驶工况试验；同时，为减小温度对电池组荷电状态的影响，试验过程的环境温度维持在25℃±5℃之间。

3.1 NEDC典型工况试验

NEDC典型驾驶工况代表了大部分用户的用车情况。试验过程中，设置一个循环工况的行驶时间为1180s，最大车速为120km/h，最大加速度和减速度分别为1.06m/s2和-1.39 m/s2，其运行速度曲线如图1所示。因此，可知其单个循环工况的行驶距离约为11公里，平均车速约为34 km/h。以单次NEDC工况结束时为一个数据记录点，可以得到表显剩余续驶里程及电量格数如图2所示。

图1 NEDC工况曲线图

图2 A车型 NEDC工况试验结果

由图2可知，试验车辆初始显示续驶里程值为270km，实际NEDC工况可行驶302.8km。在行驶过程中，随着车辆放电电能的增加，仪表显示纯电续驶里程以及显示的剩余电量均小于实际可行驶里程和剩余电量，给用户预留约40km的可行驶里程，可以有效减轻用户的里程焦虑问题。

3.2 高速工况试验

考虑到目前不同的电动汽车所指示的电量格数对应的电能值不尽相同，且电量格数跳变为瞬间变化，高速工况采用动力电池每放电1kwh作为一个数据分析记录点，同时在每个记录点处当前车辆指示的剩余续驶里程及电量格数。该工况测试结果如图3所示。

由图4可知，试验车辆初始续驶里程值为235km，实际高速工况可行驶171.83km。在行驶的前半程中，随着车辆放电电能的增加，仪表显示纯电续驶里程值恒大于实际纯电可行驶里程值，但是差距逐渐缩小；在行驶的后半程、也即电池约放掉一半电量之后，仪表显示纯电续驶里程小于实际可行驶里程，给用户预留了约25km的可行驶里程，可以有效减轻用户的里程焦虑。同时，在行驶的前半程中，仪表显示剩余电量和实际剩余电量相吻合；而在行驶的后半程，仪表显示剩余电量小于实际剩余电量，该结果与续驶里程的预测结果具有一定的对应关系，均可有效缓解用户的里程焦虑。

图3 A车型高速工况试验结果

3.3 US06激进工况试验

US06为典型的激进驾驶工况，其最大加速度和最大减速度一般可以达到3.73m/s2和-3.01m/s2。试验过程中，设置一个循环工况的行驶时间为601s，最高车速为129.2km/h，则其运行速度曲线如图4所示。因此，可知其单个循环工况的行驶距离为12.79公里，平均车速约为76.6km/h。以单次US06工况结束时为一个数据记录点，可以得到表显剩余续驶里程及电量格数如图5所示。

图4 US06工况曲线图

由图5可知，试验车辆初始表显续驶里程值为233km，而实际US06工况可行驶里程仅为169.54km。通过对比NEDC工况，可知US06工况下电动汽车的电量消耗大，导致初始表显里程与实际可行驶里程相差较大。但是，在车辆行驶过程中，随着车辆放电电能的增加，实际剩余里程和仪表显示的纯电续驶里程值差距逐渐缩小，并在第7个循环工况开始，通过修正使得车辆实际剩余里程和仪表显示纯电里程相吻合；同时，在整个行驶过程中，表显电量百分比和实际电量百分比一直保持在接近吻合的状态，因此不会给用户造成误导，有较好的用户体验感。

图5 A车型US06工况试验结果

4 结论

剩余电量及续驶里程是电动汽车行驶过程中重要的指示参数。本文提出了基于工况法的电动汽车电量及续驶里程指示精度试验方法，针对NEDC工况、高速工况、US06工况等三种典型且差异化明显的驾驶工况，研究了三种代表性工况下剩余电量和续驶里程显示试验方案。且测试车辆表显电量及续驶里程与实际吻合度高，拥有良好的指示作用。该试验方法测试用例可有效反映电动汽车当前指示精度水平，同时为标定提供更多的客观试验数据以改善剩余电量和续驶里程显示。

[1] 欧阳明高.中国新能源汽车的研发及展望[J].科技导报,2016,34(6): 13-20.

[2] 陈勇,孙逢春.电动汽车续驶里程及其影响因素研究[J].北京理工大学学报,2001, 21(5): 578-582.

[3] 陈德兵,叶磊,杨杰.低温对纯电动汽车续驶里程的影响分析[J]. 客车技术与研究, 2012, 02: 53-55.

[4] GB/T 18386,电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法[S].

[5] 吴憩棠.电动车续驶里程试验方法标准探讨[J].汽车与配件,2009, 37(3): 44-45.

[6] 安以敏.国内外电动汽车续驶里程测试方法对比研究[C].第12届中国标准化论坛论文集, 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

罗玲，硕士，就职于广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院。研究方向：电动汽车试验领域。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.006