基于平均電耗的電動汽車續(xù)航里程研究

程帥朋， 徐柏興， 路高磊， 葛俊夏

（鄭州比克新能源汽車有限公司， 河南 鄭州 451450）

1 引言

隨著國家新能源汽車的推廣，越來越多電動汽車走入百姓家中。但目前的電動汽車面臨著續(xù)航里程短、充電時間長、充電樁少的問題［1］。其中續(xù)航里程一般在汽車組合儀表中顯示，車主以此和SOC （State Of Charge，電池核荷電狀態(tài)，一般用來表示剩余電量的百分比） 來判斷是否需要及時充電，而續(xù)航里程更直觀、更容易被車主理解，因而GB/T 19836-2019《電動汽車儀表》中提出了純電動汽車應(yīng)指示或顯示可行駛里程的要求，旨在提升電動汽車對使用者的友好程度。而各個廠家宣稱的續(xù)航里程僅是在指定試驗條件下測得，無法及時準確地提醒車主。

謝明維［2］研究了3種剩余續(xù)航里程估算方法，得出工況預(yù)測法是最佳方案的結(jié)論，該方法將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和馬爾科夫結(jié)合在一起，實現(xiàn)在一定范圍內(nèi)的工況預(yù)測，算法復(fù)雜；謝小娟［3］等發(fā)明了一種電動汽車續(xù)航里程的估算方法，該方法通過導(dǎo)航系統(tǒng)獲取當(dāng)前位置到目的位置的路徑，并依據(jù)預(yù)先統(tǒng)計到的路徑平均電池消耗數(shù)據(jù)和當(dāng)前車輛剩余的電池數(shù)據(jù)對比，從而在汽車上顯示剩余電量或者該路徑可到達的地方，該方法依賴于車載導(dǎo)航系統(tǒng)，且沒有考慮到駕駛習(xí)慣突然改變或者更換駕駛?cè)说臓顩r；郭景華［4］等發(fā)明了一種基于卡爾曼濾波的續(xù)航里程估算方法，該方法利用積分法獲得單位行駛里程內(nèi)的電能消耗，然后獲取N個單位的平均電耗，然后依據(jù)剩余電能和平均電耗求得剩余續(xù)航里程，該方法積分的數(shù)據(jù)受到車輛瞬時狀態(tài)影響，例如急加速或急減速，會導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準確；本文提出了一種基于平均電耗的續(xù)航里程算法，該方法能根據(jù)車主駕駛習(xí)慣或車輛狀態(tài)及時調(diào)整儀表顯示的續(xù)航里程，算法簡單，不受車輛瞬時狀態(tài)影響，不依賴于導(dǎo)航系統(tǒng)，誤差小、適用范圍廣。

2 平均電耗

2.1 初始平均電耗

首先利用AVL Cruise建立整車模型，如圖1所示，輸入車輛參數(shù)、動力系統(tǒng)、電池系統(tǒng)參數(shù)及其他附件參數(shù)，模擬NEDC工況下整車的運行狀況，如圖2所示，獲取每公里的耗電量 （kWh），分別命名為Qa，為便于理解，平均電耗單位統(tǒng)一規(guī)定為kWh/100km，則每公里平均電耗Ma為：

2.2 建立平均電耗池

不同于燃油車以平均油耗計算獲取續(xù)航里程［5］，該方法以50個每公里平均電耗數(shù)據(jù)建立平均電耗池。每行駛1公里，將此每公里平均電耗數(shù)據(jù)放入平均電耗池中，同時將第一個記錄的每公里平均電耗數(shù)據(jù)刪除，使平均電耗池始終保存在50個數(shù)據(jù)。以此50個每公里平均電耗數(shù)據(jù)，計算出平均電耗N：

即，平均電耗為最近50公里每公里平均電耗的平均值。

該方法取50個每公里平均電耗數(shù)據(jù)建立平均電耗池，取值太少，如采用30個每公里平均電耗數(shù)據(jù)建立平均電耗池，會出現(xiàn)續(xù)航里程跳變，不穩(wěn)定，影響駕駛體驗；取值太多，如采用100個每公里平均電耗數(shù)據(jù)建立平均電耗池，不能及時反映當(dāng)前平均電耗，會導(dǎo)致續(xù)航里程變化太慢，致使駕駛員判斷出現(xiàn)誤差。

圖1 整車模型圖

圖2 NEDC循環(huán)工況

2.3 續(xù)航里程

實際續(xù)航里程A為：

式中：SOE表示剩余電量，單位為kWh，即：實際續(xù)航里程為剩余電量與平均電耗的商，單位為km。剩余電量由組合儀表從汽車CAN （Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)絡(luò)） 總線上獲取。

如果汽車組合儀表顯示實際續(xù)航里程，則客戶在使用過程中可能存在跳變情況，即某一時段客戶駕駛習(xí)慣良好，平均電耗較低，計算所得的實際續(xù)航里程會有增加，不符合實際情況，影響客戶體驗。故需對實際續(xù)航里程進行濾波處理，由VCU計算并通過CAN總線發(fā)送給組合儀表，在組合儀表上顯示的續(xù)航里程即為濾波處理后的顯示續(xù)航里程B。表1為續(xù)航里程濾波方法。

表1 續(xù)航里程濾波方法

該濾波方法能根據(jù)駕駛習(xí)慣或路況調(diào)整顯示續(xù)航里程下降的快慢，同時考慮到停車休息的情況，特規(guī)定了在指定時間內(nèi)也要計算，并依據(jù)表1規(guī)則顯示續(xù)航里程。使顯示續(xù)航里程B和實際續(xù)航里程A趨于一致，增加續(xù)航里程的準確度。

3 測試方法

將車輛充滿電 （此時SOC為100%），通過車輛OBD口連接Vector VN1630A，用Vector VN1630A記錄車輛在運行過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，包含總里程、SOC、續(xù)航里程等，接好相關(guān)設(shè)備后由同一駕駛員駕駛，直至SOC降到10%以下。因天氣原因，開1擋空調(diào)（制冷，功率1.5kW）。

為了保證車輛電量低時保證車輛能夠開到充電樁附近，在SOC低于10%時，車輛最大速度限制在30km/h，為安全起見，停止測量。

4 分析

將記錄的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Vector CANoe 9.0中，加載協(xié)議，查看指定的數(shù)據(jù)，得到的相應(yīng)數(shù)據(jù)如表2所示。

數(shù)據(jù)對比如表3所示。

從表2可以看出，剛開始測試時每5%的SOC行駛的距離并不相同，這反映出路況的差異，車速高 （80km/h以上）、起步頻繁的時候平均電耗大，續(xù)航里程下降快；可以看出，隨著SOC的下降，續(xù)航里程的減小值和總里程的增加值之間的差值呈現(xiàn)出波浪形變化，即二者之間的差值先增加后減小、再增加后減小，最終趨于平穩(wěn)，這體現(xiàn)出了儀表顯示續(xù)航里程根據(jù)路況不斷調(diào)整的功能。除去續(xù)航里程在調(diào)整駕駛員駕駛習(xí)慣時的誤差外，其他誤差不超過5%。

從表3可以看出，從開始到結(jié)束過程中，SOC下降了90%，續(xù)航里程減少了198km，而總里程增加了196km，誤差僅1%左右，符合規(guī)定的精度。

圖3是續(xù)航里程隨SOC的變化曲線，從圖3中可以看出續(xù)航里程隨著SOC的減少而減少，續(xù)航里程變化平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)突變情況。

表2 續(xù)航里程變化

表3 數(shù)據(jù)對比

圖3 續(xù)航里程隨SOC變化曲線

5 結(jié)論

不同于轉(zhuǎn)轂臺架上測試分析，針對實際道路測試記錄的數(shù)據(jù)進行了分析，得到如下結(jié)論。

1） 該方法顯示的續(xù)航里程在行駛過程中隨著SOC的減少而減少，續(xù)航里程變化平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)突變情況。

2） 該方法算法簡單、誤差小，符合主機廠規(guī)定的精度。

該方法的剩余電量從CAN總線獲取，由BMS （Battery Management System，電池管理系統(tǒng)） 計算當(dāng)前電池包當(dāng)前狀態(tài)后所發(fā)送，能夠真實反映當(dāng)前車輛狀態(tài)，不受路況、天氣等影響。隨著客戶使用次數(shù)的增加，該方法能夠逐步適應(yīng)車主的駕駛習(xí)慣，顯示的續(xù)航里程更準確。