一种纯电动汽车用的剩余里程算法开发

李文杰

摘 要：文章剩余里程的指导思想是根据当前用户的使用工况和剩余能量，预测未来一段时间的剩余里程。剩余里程的开发是基于NEDC工况下展开的，根据当前车辆实时消耗的能量（W）和NEDC工况下标准平均公里能耗相比较得到和标准工况下的差值S差，从而估算剩余里程。剩余里程估算精度与电动车电池能量状态估算精度、平均公里能耗、能量效率这三方面强相关。NEDC工况（开空调、无空调）验证结果，剩余里程全程均实现了平缓下降，无跳变现象，估算误差分别≤5%、≤8%;满足汽车剩余里程估算精度需求。

关键词：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

電动汽车的续驶里程是指：电动汽车从动力蓄电池全充满状态开始到标准规定的试验结束时所走的里程。但电动车实际使用工况复杂、车辆能耗变化大，续驶里程算法的估计精度有限，里程估计值与实际行驶距离相差很大。这使得乘客担心现有的电量不能保证车辆到达目的地，产生所谓“里程焦虑感”，降低电动汽车的使用信心。因此，提高电动汽车续里程估计的精度是提高电动汽车普及率、促进电动汽车产业发展的重要因素。

电动汽车的续驶里程取决于动力电池的剩余能量，而且与驾驶方式、驾驶环境等也有很大关系。剩余里程估算精度在以下几方面显得尤为重要：

（1）电动车电池能量状态（SOE）估算精度直接影响剩余里程的估算，SOE算法中涉及到母线电流和母线电压，其采样周期的同步性和采样周期频率直接影响SOE的估算精度。

（2）平均公里能耗直接反应当前用户的驾驶习惯和车辆使用工况，对整车剩余里程的估算起决定性作用。主要影响因素有整车仪表显示里程的分辨率、母线电流和母线电压采样周期的同步性和采样周期频率。

（3）能量效率，电池的充放电工作温度、电池健康度（SOH）和电池材料体系的差异等因素影响其能量效率，间接影响剩余里程的估算精度。

2 剩余里程估算策略

剩余里程的指导思想：根据当前用户的使用工况和剩余能量，预测未来一段时间的剩余里程。

剩余里程的开发是基于NEDC工况下展开的，根据当前车辆实时消耗的能量（W）和NEDC工况下标准平均公里能耗相比较得到和标准工况下的差值S差，从而得到剩余里程计算公式为：

S =（E总+ E回-E耗）/ W +S差– S空

注：E总为电池组上电计算的能量; E耗为整车消耗的能量;S空为空调消耗的能量

从公式可以看出，里程差（S差）的加入使整车考虑了不同工况下行驶，剩余里程估算误差的情况，空调里程的加入使剩余里程能准确的显示当前工况下开启空调整车所能行驶的里程。

2.1 能量状态估算策略

（1）考虑电池组的健康度SOE估算策略

随着充放电循环次数增加（循环寿命）和岁月流失（日历寿命），电池内阻增加引起电池的容量和能量衰减，因此电池SOE算法公式中的初始能量E0应考虑电池的健康度SOH。

（2）考虑电池组内电池单体的一致性的SOE估算策略

电池厂家的生产制造水平、电池箱体内的环境不一致等因素影响电池单体或模块的不一致性，直接导致整组电池的能量效率下降。因此，当整组电池中有个别模组或单体或能量衰减过快时，可以根据单体电池的SOE-OCV曲线进行定期校正。电池不同温度下的SOE-OCV曲线如图1所示。

（3）考虑用户特殊工况使用时的SOE估算

电池组浅充电浅放电，长时间不能进行充电高端和放电低端OCV修正，SOE存在累计计算误差;单次循环误差在1%～2%。针对该种情况可以通过车载稳定的充电电流对应的SOE状态进行动态修正。不同温度下电池单体0.2C低倍率充电SOE和动态电压关联曲线如下图所示。

2.2 平均公里能耗估算策略

（1）考虑用户急加速工况下的平均公里能耗计算策略

用户急加速驾驶车辆是整车较常见的使用情况，但若根据整车剩余里程的计算公式，则会出现剩余里程急剧下降并发生跳变，根据这种情况，将剩余里程策略改为，上电后用0.2km的等效平均公里能耗预测下一个0.1km的剩余里程，同时每0.1km计算平均公里能耗，其存储数组A中，每0.2km进行计算公里能耗平均值。

（2）考虑空调开启时的平均公里能耗计算策略

通过试验标定整车开启空调与否时的续驶里程差值，一旦用户有空调使用请求时，整车剩余里程减去该差值，车辆行驶再次计算平均能耗时，去掉空调等的二次能耗。

1）空调制冷：开启制冷功率为1.5～2kw，由试验数据可得空调开启制冷时，车辆行驶里程减少30km，空调开启时按照下表进行线性插值。开启空调后又关闭空调时，剩余里程增加值与之前的SOC/SOE相对应，即如果开启空调SOC为50%，剩余里程为75km，此时关闭空调，剩余里程变为75+15=90km。

2）空调制热：开启加热功率为2.5kw，按照与空调制冷时相同的参数值进行计算，当空调开启，但车辆没有行驶，此时计算空调的能耗至剩余里程。

3）考虑制动能量回收的平均公里能耗计算策略。

整车开发能量回收功能，因此计算的平均公里能耗有负值，车辆滑行或制动減速时可以引起剩余里程有增长趋势。

2.3 能量效率算法策略

（1）电池不同温度下的充放电能量效率

电池的充放电能量效率除受倍率影响外，还受温度影响，特别在低温条件下，电池的极化内阻急剧增加，其充放电能量效率大幅度降低，不同温度下的充放电能量效率如下图所示。

2.4 其他

2.4.1 夜间/雨天行驶

夜间或雨天行驶时，低压启动，剩余里程不做处理，DCDC工作会引起电池放电能量增大，在平均公里能耗上有所体现（此条参考对标车）

2.4.2 更换电池模块或更换电池组的剩余里程策略

（1）更换电池模块，要求4S店对电池进行一次满充，剩余里程按照新能量值进行计算;

（2）更换电池组，按照新电池组的能量进行策略计算。

3 平均公里能耗计算流程

由BMS实现对放电能量的积分，并通过CAN报文上报VCU。由仪表实现对整车累计行驶里程的计算，通过CAN报文上报VCU。VCU根据放电能量和行驶里程，计算每0.2km里程内的能量损耗E耗，则作为前工况下的平均公里能耗W平均=E耗，将其存储数组A中，用其预测下一个0.1km的剩余里程。对于存储数组A内的数据进行均值处理得出。

4 剩余里程计算流程

剩余里程计算由三部分构成：SOE、平均公里能耗、能量效率。程序流程图如图5。

5 剩余里程算法精度验证

将车辆按照车载慢充充满电，进行不同工况转毂试验，过程中用电脑监控电池放电能量、平均公里能耗及剩余里程变化，结果如下图所示：

参考文献

[1] 陈勇，孙迎春.电动汽车续驶里程及其影响因素的研究[J].北京理工大学学报，2001.21（5）：579-582.

[2] 徐贵宝，王震坡，张承宁.电动汽车续驶里程能量计算和影响因素分析[J].车辆与动力技术，2005 （2）：53-56.

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