一種純電動(dòng)汽車用的剩余里程算法開發(fā)

李文杰

摘 要：文章剩余里程的指導(dǎo)思想是根據(jù)當(dāng)前用戶的使用工況和剩余能量，預(yù)測未來一段時(shí)間的剩余里程。剩余里程的開發(fā)是基于NEDC工況下展開的，根據(jù)當(dāng)前車輛實(shí)時(shí)消耗的能量（W）和NEDC工況下標(biāo)準(zhǔn)平均公里能耗相比較得到和標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)車電池能量狀態(tài)估算精度、平均公里能耗、能量效率這三方面強(qiáng)相關(guān)。NEDC工況（開空調(diào)、無空調(diào)）驗(yàn)證結(jié)果，剩余里程全程均實(shí)現(xiàn)了平緩下降，無跳變現(xiàn)象，估算誤差分別≤5%、≤8%;滿足汽車剩余里程估算精度需求。

關(guān)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(dòng)汽車的續(xù)駛里程是指：電動(dòng)汽車從動(dòng)力蓄電池全充滿狀態(tài)開始到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)結(jié)束時(shí)所走的里程。但電動(dòng)車實(shí)際使用工況復(fù)雜、車輛能耗變化大，續(xù)駛里程算法的估計(jì)精度有限，里程估計(jì)值與實(shí)際行駛距離相差很大。這使得乘客擔(dān)心現(xiàn)有的電量不能保證車輛到達(dá)目的地，產(chǎn)生所謂“里程焦慮感”，降低電動(dòng)汽車的使用信心。因此，提高電動(dòng)汽車?yán)m(xù)里程估計(jì)的精度是提高電動(dòng)汽車普及率、促進(jìn)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。

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

（1）電動(dòng)車電池能量狀態(tài)（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(yīng)當(dāng)前用戶的駕駛習(xí)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(dǎo)思想：根據(jù)當(dāng)前用戶的使用工況和剩余能量，預(yù)測未來一段時(shí)間的剩余里程。

剩余里程的開發(fā)是基于NEDC工況下展開的，根據(jù)當(dāng)前車輛實(shí)時(shí)消耗的能量（W）和NEDC工況下標(biāo)準(zhǔn)平均公里能耗相比較得到和標(biāo)準(zhǔn)工況下的差值S差，從而得到剩余里程計(jì)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(jì)算的能量; E耗為整車消耗的能量;S空為空調(diào)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(diào)里程的加入使剩余里程能準(zhǔn)確的顯示當(dāng)前工況下開啟空調(diào)整車所能行駛的里程。

2.1 能量狀態(tài)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(huán)次數(shù)增加（循環(huán)壽命）和歲月流失（日歷壽命），電池內(nèi)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(yīng)考慮電池的健康度SOH。

（2）考慮電池組內(nèi)電池單體的一致性的SOE估算策略

電池廠家的生產(chǎn)制造水平、電池箱體內(nèi)的環(huán)境不一致等因素影響電池單體或模塊的不一致性，直接導(dǎo)致整組電池的能量效率下降。因此，當(dāng)整組電池中有個(gè)別模組或單體或能量衰減過快時(shí)，可以根據(jù)單體電池的SOE-OCV曲線進(jìn)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(shí)的SOE估算

電池組淺充電淺放電，長時(shí)間不能進(jìn)行充電高端和放電低端OCV修正，SOE存在累計(jì)計(jì)算誤差;單次循環(huán)誤差在1%～2%。針對該種情況可以通過車載穩(wěn)定的充電電流對應(yīng)的SOE狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正。不同溫度下電池單體0.2C低倍率充電SOE和動(dòng)態(tài)電壓關(guān)聯(lián)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(jì)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(jù)整車剩余里程的計(jì)算公式，則會(huì)出現(xiàn)剩余里程急劇下降并發(fā)生跳變，根據(jù)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(yù)測下一個(gè)0.1km的剩余里程，同時(shí)每0.1km計(jì)算平均公里能耗，其存儲(chǔ)數(shù)組A中，每0.2km進(jìn)行計(jì)算公里能耗平均值。

（2）考慮空調(diào)開啟時(shí)的平均公里能耗計(jì)算策略

通過試驗(yàn)標(biāo)定整車開啟空調(diào)與否時(shí)的續(xù)駛里程差值，一旦用戶有空調(diào)使用請求時(shí)，整車剩余里程減去該差值，車輛行駛再次計(jì)算平均能耗時(shí)，去掉空調(diào)等的二次能耗。

1）空調(diào)制冷：開啟制冷功率為1.5～2kw，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得空調(diào)開啟制冷時(shí)，車輛行駛里程減少30km，空調(diào)開啟時(shí)按照下表進(jìn)行線性插值。開啟空調(diào)后又關(guān)閉空調(diào)時(shí)，剩余里程增加值與之前的SOC/SOE相對應(yīng)，即如果開啟空調(diào)SOC為50%，剩余里程為75km，此時(shí)關(guān)閉空調(diào)，剩余里程變?yōu)?5+15=90km。

2）空調(diào)制熱：開啟加熱功率為2.5kw，按照與空調(diào)制冷時(shí)相同的參數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)空調(diào)開啟，但車輛沒有行駛，此時(shí)計(jì)算空調(diào)的能耗至剩余里程。

3）考慮制動(dòng)能量回收的平均公里能耗計(jì)算策略。

整車開發(fā)能量回收功能，因此計(jì)算的平均公里能耗有負(fù)值，車輛滑行或制動(dòng)減速時(shí)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(nèi)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(shí)，低壓啟動(dòng)，剩余里程不做處理，DCDC工作會(huì)引起電池放電能量增大，在平均公里能耗上有所體現(xiàn)（此條參考對標(biāo)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(jìn)行一次滿充，剩余里程按照新能量值進(jìn)行計(jì)算;

（2）更換電池組，按照新電池組的能量進(jìn)行策略計(jì)算。

3 平均公里能耗計(jì)算流程

由BMS實(shí)現(xiàn)對放電能量的積分，并通過CAN報(bào)文上報(bào)VCU。由儀表實(shí)現(xiàn)對整車?yán)塾?jì)行駛里程的計(jì)算，通過CAN報(bào)文上報(bào)VCU。VCU根據(jù)放電能量和行駛里程，計(jì)算每0.2km里程內(nèi)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(chǔ)數(shù)組A中，用其預(yù)測下一個(gè)0.1km的剩余里程。對于存儲(chǔ)數(shù)組A內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行均值處理得出。

4 剩余里程計(jì)算流程

剩余里程計(jì)算由三部分構(gòu)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(yàn)證

將車輛按照車載慢充充滿電，進(jìn)行不同工況轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)，過程中用電腦監(jiān)控電池放電能量、平均公里能耗及剩余里程變化，結(jié)果如下圖所示：

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