純電動汽車剩余續(xù)駛里程計算方法研究

李中耀,李達(dá)峰

(深圳市聚馬新能源汽車科技有限公司，廣東深圳 518116)

0 引言

純電動汽車當(dāng)前受限于充電速度和充電設(shè)施，在使用便利性上與傳統(tǒng)燃油車仍有不小的差距，所以電動汽車在大部分地區(qū)的使用環(huán)境中(特別是充電設(shè)施較為缺乏的地區(qū))，表顯剩余續(xù)駛里程必然是駕駛員時刻關(guān)注的一個重要數(shù)據(jù)，以防止車輛出現(xiàn)突然趴窩的情況。目前市場上大部分主流的純電動汽車對這一項數(shù)據(jù)的處理都比較簡單直接，并不能結(jié)合車輛實際駕駛的情況對計算系數(shù)進(jìn)行實時調(diào)整，所以不能較為真實地反映車輛當(dāng)前還能行駛多少里程，也帶來了較多的客戶抱怨。

本文作者把影響純電動汽車剩余續(xù)駛里程的各種因素都考慮在內(nèi)，在計算過程中實時監(jiān)測車輛當(dāng)前的電耗，同時為避免表顯剩余續(xù)駛里程數(shù)據(jù)發(fā)生突變，又引入了必要的修正系數(shù)和變量限值，使計算結(jié)果在盡可能真實的前提下，又能在車輛行駛時讓表顯剩余里程數(shù)據(jù)平滑地進(jìn)行變化，給駕駛員一個準(zhǔn)確且又容易接受的數(shù)據(jù)參考。

1 車輛滿電時的剩余續(xù)駛里程

當(dāng)車輛第一次充滿電后，儀表上SOC(車輛當(dāng)前剩余電量)顯示為100%時，剩余續(xù)駛里程數(shù)據(jù)應(yīng)顯示為車輛的NEDC標(biāo)準(zhǔn)里程Snedc，即車輛按照NEDC試驗標(biāo)準(zhǔn)實際能跑的最大里程數(shù)據(jù)。

后期隨著車輛的持續(xù)使用，動力電池會存在一定程度的衰減，把動力電池的健康程度定義為SOH(取值范圍為0～100%)，例如SOH等于90%時代表動力電池儲存電量的能力降低了10%。所以以后每次車輛充滿電時，儀表上的剩余續(xù)駛里程數(shù)據(jù)應(yīng)顯示為S滿電=Snedc×SOH。

2 車輛行駛時的剩余續(xù)駛里程

S行駛=SOC當(dāng)前×100×n顯示

式中：SOC當(dāng)前指車輛當(dāng)前的電量值，數(shù)據(jù)分辨率0.1%；n顯示指顯示系數(shù)，為整車控制器通過計算電耗等數(shù)據(jù)得出的一個合理系數(shù)值，反映了車輛每消耗1%的電能所行駛里程數(shù)。

2.1 最近50 km理論系數(shù)計算

在計算顯示系數(shù)之前，先要根據(jù)車輛實際行駛的情況計算出一個理論系數(shù)n理論，計算時截取最近50 km的耗電量，所以n理論可以反映出最近50 km內(nèi)車輛平均每消耗1%的電能跑的里程。

車輛每行駛1 km，整車控制器便把這1 km所消耗的電量值以SOC百分比的形式記錄并保存下來，則最近50 km所消耗的總電量值W50 km為最近50個保存數(shù)據(jù)之和。則理論系數(shù)計算公式如下：

n理論=50/W50 km

以上計算過程中針對50 km耗電量數(shù)據(jù)的處理有以下幾點說明：

(1)車輛停止在原地時，由于空調(diào)、電氣設(shè)備等耗電而造成的SOC減少不計入總耗電量。

該項目10株變異單株是從300萬株組培苗后代中選出的，中選率為3.3×10-6，可見利用無性系變異選育新品種雖然快速有效，但效率極低。為了進(jìn)一步提高突變體篩選的效率，今后可采用誘變劑對中間繁殖體進(jìn)行處理。

(2)車輛連續(xù)下長坡行駛時，可能會出現(xiàn)SOC不降反升的現(xiàn)象，此時的耗電量在計算時不進(jìn)行負(fù)值累加，而是計為0，以防止計算結(jié)果出現(xiàn)較大的跳變。

2.2 顯示系數(shù)的取值方法

純電動汽車行駛在不同路況下的電耗變化會比較大，從而使理論系數(shù)n理論的計算結(jié)果也存在較大的波動。如果直接用此理論系數(shù)代入公式來計算剩余續(xù)駛里程的話，會造成表顯剩余里程數(shù)據(jù)在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生突變，無法給駕駛員提供準(zhǔn)確有效的參考。因此引入顯示系數(shù)n顯示來對理論系數(shù)進(jìn)行修正后參與計算。

車輛行駛過程中，程序設(shè)定每1 km變化一次顯示系數(shù)，變化時比較n顯示和n理論的大小，若n顯示>n理論，則讓顯示系數(shù)減小，反之讓其增大。同時限定n顯示以每次最大0.003的幅度進(jìn)行變化(若當(dāng)前儀表顯示系數(shù)與理論系數(shù)差值小于0.003，則此次變化后的n顯示=n理論)。

例如：當(dāng)需要變化顯示系數(shù)時，上一次的n顯示為2.888,而當(dāng)前計算得出的n理論為2.666，則將本次顯示系數(shù)變化為2.888-0.003=2.885。

顯示系數(shù)計算除了以上需要考慮的因素外，為了避免因車輛故障或特殊駕駛路況帶來的數(shù)據(jù)異常變化，還需要設(shè)定一個限制，根據(jù)經(jīng)驗，應(yīng)規(guī)定顯示系數(shù)的變化范圍遵循如下原則：

n標(biāo)準(zhǔn)×0.6

上面公式中的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)n標(biāo)準(zhǔn)=Snedc/100×SOH。

有了以上計算出的顯示系數(shù)和車輛當(dāng)前的SOC數(shù)據(jù)，代入公式即可得出當(dāng)前儀表需要顯示的剩余續(xù)駛里程數(shù)據(jù)。

3 車輛充電時的剩余續(xù)駛里程

車輛在充電時，駕駛員除了要關(guān)注車輛SOC值外，還需關(guān)注當(dāng)前充入的電量能夠使車輛行駛多少公里，所以充電時剩余續(xù)駛里程數(shù)據(jù)也要能正常顯示。然而在充電時沒有實時的電耗數(shù)據(jù)作為計算依據(jù)，又不能使儀表顯示的數(shù)據(jù)相比于充電前發(fā)生突變，只能綜合考慮充電前的顯示系數(shù)與NEDC標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)等因素來進(jìn)行估算。

充電時的剩余里程數(shù)據(jù)S充電仍參照行駛時的計算公式，不同的是顯示系數(shù)取值沒有理論系數(shù)作為參考，只能讓顯示系數(shù)隨著SOC的變化逐漸線性變化靠近NEDC標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)，如此可以在充滿電時，恰好讓n顯示=n標(biāo)準(zhǔn)=Snedc/100×SOH。充電時的顯示系數(shù)計算公式如下：

式中：SOC充電前指本次充電開始前的SOC值，n充電前指本次充電開始前的顯示系數(shù)。

然后可以計算出充電時的剩余續(xù)駛里程數(shù)據(jù)：

S充電=SOC當(dāng)前×100×n顯示

4 計算剩余續(xù)駛里程的其他因素

4.1 SOC數(shù)據(jù)的精度

通常在電動汽車上，SOC數(shù)據(jù)由BMS(電池管理系統(tǒng))通過CAN總線提供，這一數(shù)據(jù)會直接影響到剩余續(xù)駛里程計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。所以在車輛前期調(diào)試階段，必須要求BMS廠商綜合考慮電池工作溫度、電池衰減程度等因素，將SOC的估算精度控制到國家標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，即估算誤差不能大于5%。

4.2 電池單體電壓不均衡

對于安裝有單體電壓主動均衡系統(tǒng)的車輛，一般不會存在此問題，但對于不具備主動均衡功能的車輛，長時間使用后，各個電池單體必然會存在電壓差異較大的問題。造成單體電池電壓存在差異有單體電芯自放電的原因，也有可能是因為各單體衰減程度不同。

當(dāng)單體電壓存在一定的差異后，車輛在行駛放電過程中，會有某些單體的電量率先釋放完，此時BMS為了保護(hù)電池會提前切斷高壓，但此時儀表上剩余續(xù)航里程還顯示有較多的數(shù)據(jù)，因此會給駕駛員造成電池還有電但車輛已無法行駛的困惑，會誤以為車輛存在故障。

為消除此問題帶來的影響，在進(jìn)行剩余續(xù)駛里程的計算時須實時監(jiān)測單體電壓最低值，當(dāng)發(fā)現(xiàn)放電末端單體電壓有提前降低的趨勢時，便將剩余續(xù)駛里程數(shù)據(jù)按一定的條件(具體條件的設(shè)定與車輛所搭載動力電池的特性和參數(shù)有關(guān))加速收斂至0 km，以便駕駛員能及時感知到電量將會耗盡，并立即尋找充電樁對車輛進(jìn)行補電。

5 結(jié)論

結(jié)合車輛實際使用過程中的各項因素，研究了車輛行駛、充電、滿電等各種工況下表顯剩余續(xù)駛里程的計算方法。且此計算方法經(jīng)過實車路試驗證后發(fā)現(xiàn)能達(dá)到預(yù)期的效果，計算結(jié)果也能最大程度地反映駕駛員駕駛車輛時的習(xí)慣。

文中SOC數(shù)據(jù)精度這個重要因素如今在整個電動汽車行業(yè)里仍困擾著絕大多數(shù)汽車制造企業(yè)，不過相信隨著動力電池行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，在未來的BMS算法中可以把SOC估算精度進(jìn)一步大幅度提高，只有這樣才能徹底解決動力電池虛電、續(xù)駛里程顯示不準(zhǔn)確等問題。