張帥領(lǐng) 張宇 王婷

摘 要：以某純電動汽車為研究對象，提出了一種基于動力電池剩余能量估計和車輛歷史能耗估計的剩余里程估計模型，對剩余里程估計基本原理進(jìn)行了分析，并開發(fā)了剩余里程估計軟件模塊，實現(xiàn)了動力電池剩余可用能量估計、歷史能量估計、駕駛員操作條件修正等功能，并進(jìn)行了實際綜合路況試驗，試驗數(shù)據(jù)結(jié)果表明：該續(xù)駛里程估計算法的精確性和可靠性。

關(guān)鍵詞：純電動汽車;剩余里程估計;動力電池能量估計;歷史能耗估計

0 引言

目前受到電池能量密度和電池成本等因素的影響，電動汽車的續(xù)駛里程相對傳統(tǒng)車仍有差距，而且受到環(huán)境溫度、行駛工況、空調(diào)附件及駕駛員駕駛習(xí)慣等因素的影響，車輛能耗變化波動較大，導(dǎo)致續(xù)駛里程估計值與實際行駛里程值存在較大誤差，這使得乘客產(chǎn)生里程焦慮和抱怨。因此在電動車逐步邁向產(chǎn)業(yè)化的過程中，相對于經(jīng)濟(jì)性、動力性等性能，電動車的剩余里程受到普通用戶的更多關(guān)注[2]，研究提高續(xù)駛里程顯示精度和解決用戶續(xù)駛里程焦慮問題是提高電動汽車普及率和促進(jìn)電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要課題。

1 剩余里程估計技術(shù)研究分析

電動汽車的續(xù)駛里程是電動汽車上動力蓄電池以全充電狀態(tài)開始到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗結(jié)束時所走過的里程，它是純電動汽車重要的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)[3]。電動汽車剩余里程不僅與動力電池的剩余能量有關(guān)，還與駕駛方式及環(huán)境等有很大關(guān)系。剩余里程估計功能主要由電池剩余能量預(yù)測、車輛能耗預(yù)測和里程估計三部分功能構(gòu)成，續(xù)駛里程估計功能框架圖如圖1所示[4]：

1.1 動力電池剩余可用能量估計方案設(shè)計

電池剩余可用能量估計主要是電池端電壓UEND的預(yù)測和放電截至SOCEND的預(yù)測。根據(jù)電池的過去一段時間內(nèi)的放電特性、當(dāng)前動力電池SOH、動力電池最高溫度、動力電池最低溫度、單體最高電壓、單體最低電壓、電池循環(huán)壽命信息、日歷壽命信息以及動力電池故障信息等因素的影響[4，5]，整車控制器預(yù)測動力電池放電截至值SOCEND，當(dāng)前SOC與SOCEND的之間差值與動力電池額定容量的乘積，即是動力電池剩余可用能量E，電池剩余可用能量估計示意圖如圖2所示。

1.2 車輛能耗估計方案設(shè)計

若續(xù)駛里程估計僅采用NEDC工況經(jīng)驗?zāi)芎膩砉烙?，則車輛真實能耗對續(xù)駛里程估計得無法反映出來也不利于引導(dǎo)駕駛員采取合理的駕駛習(xí)慣;同樣若續(xù)駛里程估計僅采用過去一段時間歷史能耗，在駕駛員駕駛習(xí)慣、道路擁堵路況和空調(diào)開啟狀態(tài)變化時，續(xù)駛里程估計存在跳變值過大問題，給駕駛員帶來的續(xù)駛里程顯示感受性變差。首先，根據(jù)動力電池標(biāo)稱容量和車輛NEDC工況下續(xù)駛里程實驗值，進(jìn)行計算NEDC能耗eNEDC。其次，對車速進(jìn)行積分計算過去一段時間車輛行駛里程，同時根據(jù)動力電池電量的變化量估算對應(yīng)行駛里程所消耗的電能，計算過去一段時間內(nèi)真實能耗eAVG。最后，車輛能耗預(yù)測采用NEDC工況能耗eNEDC和過去一段時間內(nèi)真實能耗eAVG進(jìn)行加權(quán)估算車輛能耗e，計算公式如下：

2 續(xù)駛里程估計算法開發(fā)

2.1 動力電池剩余可用能量估計

與傳統(tǒng)燃油汽車相比，純電動車輛剩余可用電能估計無法像油液傳感器那樣直接來測量，因為動力電池組的剩余可用電量受單體一致性和環(huán)境溫度影響大，尤其在溫度過低和高速行駛大電流放電時，動力電池剩余可用能量會急劇減少。如果整車控制器僅根據(jù)動力電池SOC狀態(tài)無法精確估計動力電池剩余可用電能。動力電池剩余可用能量估計的計算過程：

2.1.1 SOCEND預(yù)測

根據(jù)動力電池SOC、端電壓、電池溫度、單體溫度MAX/MIN值、電池故障狀態(tài)信息、單體電壓MAX/MIN值、單體電壓壓差、環(huán)境溫度及過去一段時間內(nèi)放電電流大小對動力電池放電截至SOCEND進(jìn)行預(yù)測。

2.1.2 SOH值修正

根據(jù)動力電池等效的循環(huán)壽命和日歷壽命信息以及單次小計SOC變化量和單次小計放電能量值對動力電池的SOH值進(jìn)行修正。

2.1.3 剩余可用電能計算

電池當(dāng)前SOC與放電截至SOCEND得到電池可用的?SOC量與動力電池的額定能量進(jìn)行相乘，再與SOH修正值進(jìn)行相乘，即可得到動力電池的剩余可用能量E，動力電池剩余可用能量估計原理如圖3所示。

2.2 歷史能耗估計

根據(jù)車輛輪轂臺架NEDC工況能耗eNEDC和過去固定一段時間周期內(nèi)歷史能耗eAVG，進(jìn)行開發(fā)車輛歷史能耗估計控制策略，詳細(xì)如圖所示。

2.2.1 δ_SOC=0||δ_Mileage=0

若過去固定一段時間周期內(nèi)，動力電池電量消耗量δ_SOC為0或車輛累計行駛里程δ_Mileage為0，車輛歷史能耗采用NEDC工況能耗，計算公式為：

2.2.2 δ_SOC≠0 &&δ_Mileage≠0

在過去固定一段時間周期內(nèi)，對車速進(jìn)行積分計算車輛行駛里程δ_Mileage，同時根據(jù)動力電池電量的變化量δ_SOC估算對應(yīng)行駛里程所消耗電能δ_E，計算過去固定一段時間周期內(nèi)實際能耗eAVG。若過去固定一段時間周期內(nèi)動力電池電量δ_SOC≠0

且車輛行駛里程累積量δ_Mileage≠0時，車輛歷史能耗計算公式為：

2.2.3 歷史能耗計算

采用一個長度為N的隊列eN，采用滑動均值濾波處理的方法對車輛歷史能耗進(jìn)行平滑濾波處理，隊列里面能耗數(shù)據(jù)ei在固定周期性（ΔT）內(nèi)來不斷更新。每計算得到一個車輛歷史能耗新采樣值遵循“先進(jìn)先出”的原則更新隊列，對歷史能耗數(shù)據(jù)起到序列平滑的作用，增強能耗數(shù)據(jù)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，環(huán)形隊列濾波函數(shù)公式為：

2.3 剩余里程估算

首先，根據(jù)動力電池剩余可用電能估計值E和車輛歷史能耗估計值e進(jìn)行估算得車輛續(xù)駛里程值S，其計算公式為：

3 剩余里程估計試驗與試驗結(jié)果分析

3.1 試驗條件

環(huán)境溫度：-10℃;車輛狀態(tài)：空調(diào)24℃、ECO模式;綜合路況：含高速、低速和郊區(qū)路況，其中綜合工況詳細(xì)說明見下圖4：

3.2 試驗結(jié)果數(shù)據(jù)分析

在整個試驗過程中估計續(xù)駛里程DTE和實際行駛里程之間邏輯關(guān)系圖如圖5所示，里程預(yù)估相對保守，在SOC23--83%之間實際里程平均高于預(yù)估里程1.07倍，低預(yù)估階段占比全程60%的區(qū)間，該區(qū)間實際行駛略高于預(yù)估里程。里程預(yù)估相對準(zhǔn)確，DTE顯示策略可根據(jù)溫度變化、用戶駕駛習(xí)慣等因素實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整，可為用戶提供較準(zhǔn)確的續(xù)駛里程信息，消除里程焦慮。

4 結(jié)語

本文針對某電動車前期示范運營過程中用戶重點關(guān)心的續(xù)駛里程估計精度低和電動汽車?yán)锍探箲]等問題，提出了提高續(xù)駛里程估計精度的具體方案：設(shè)計了電池可用能量估計和車輛能耗估計模型，準(zhǔn)確地估計了電動汽車的剩余里程，有助于減少電動車?yán)锍探箲]問題。

1）所開發(fā)的動力電池可用剩余能量估計軟件功能模塊在不直接估計電量狀態(tài)SOC的情況下，整車控制器結(jié)合動力電池溫度、單體電壓狀態(tài)對對剩余可用SOC進(jìn)行修正，實現(xiàn)了對動力電池剩余可用電能的估計，方案集成性好，對原BMS軟件改動小，開發(fā)周期短。

2）能耗估計功能模塊根據(jù)NEDC經(jīng)驗?zāi)芎暮瓦^去一段內(nèi)歷史能耗兩種能耗進(jìn)行歷史能耗估計，該方案既能實時反映駕駛習(xí)慣對能耗的影響，又能保證歷史能耗數(shù)值的連續(xù)性。

3）續(xù)駛里程修正模塊，根據(jù)溫度、空調(diào)附件和駕駛模式使用狀態(tài)，對續(xù)駛里程估計值進(jìn)行修正，直觀地反映駕駛員操作對續(xù)駛里程的影響，有利于使用戶樣車節(jié)能駕駛的習(xí)慣。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：張帥領(lǐng)（1985-），男，河南柘城人，碩士研究生，主要研究方向：新能源汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)研究。