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(dòng)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(dòng)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(shí)刻關(guān)注的一個(gè)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(chǎng)上大部分主流的純電動(dòng)汽車對(duì)這一項(xiàng)數(shù)據(jù)的處理都比較簡單直接，并不能結(jié)合車輛實(shí)際駕駛的情況對(duì)計(jì)算系數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，所以不能較為真實(shí)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(dòng)汽車剩余續(xù)駛里程的各種因素都考慮在內(nèi)，在計(jì)算過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛當(dāng)前的電耗，同時(shí)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(jì)算結(jié)果在盡可能真實(shí)的前提下，又能在車輛行駛時(shí)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(gè)準(zhǔn)確且又容易接受的數(shù)據(jù)參考。

1 車輛滿電時(shí)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(shí)，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(yàn)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)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(dòng)力電池會(huì)存在一定程度的衰減，把動(dòng)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(shí)代表動(dòng)力電池儲(chǔ)存電量的能力降低了10%。所以以后每次車輛充滿電時(shí)，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(shí)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(jì)算電耗等數(shù)據(jù)得出的一個(gè)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(jì)算

在計(jì)算顯示系數(shù)之前，先要根據(jù)車輛實(shí)際行駛的情況計(jì)算出一個(gè)理論系數(shù)n理論，計(jì)算時(shí)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(gè)保存數(shù)據(jù)之和。則理論系數(shù)計(jì)算公式如下：

n理論=50/W50 km

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

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

該項(xiàng)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(duì)中間繁殖體進(jìn)行處理。

(2)車輛連續(xù)下長坡行駛時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)SOC不降反升的現(xiàn)象，此時(shí)的耗電量在計(jì)算時(shí)不進(jìn)行負(fù)值累加，而是計(jì)為0，以防止計(jì)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(dòng)汽車行駛在不同路況下的電耗變化會(huì)比較大，從而使理論系數(shù)n理論的計(jì)算結(jié)果也存在較大的波動(dòng)。如果直接用此理論系數(shù)代入公式來計(jì)算剩余續(xù)駛里程的話，會(huì)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(duì)理論系數(shù)進(jìn)行修正后參與計(jì)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(shí)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(shí)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(shí)，上一次的n顯示為2.888,而當(dāng)前計(jì)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(jì)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(gè)限制，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，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(jì)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(shí)的剩余續(xù)駛里程

車輛在充電時(shí)，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(shí)剩余續(xù)駛里程數(shù)據(jù)也要能正常顯示。然而在充電時(shí)沒有實(shí)時(shí)的電耗數(shù)據(jù)作為計(jì)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(shí)的剩余里程數(shù)據(jù)S充電仍參照行駛時(shí)的計(jì)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(shí)，恰好讓n顯示=n標(biāo)準(zhǔn)=Snedc/100×SOH。充電時(shí)的顯示系數(shù)計(jì)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(jì)算出充電時(shí)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(jì)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(dòng)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(huì)直接影響到剩余續(xù)駛里程計(jì)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(duì)于安裝有單體電壓主動(dòng)均衡系統(tǒng)的車輛，一般不會(huì)存在此問題，但對(duì)于不具備主動(dòng)均衡功能的車輛，長時(shí)間使用后，各個(gè)電池單體必然會(huì)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?yàn)楦鲉误w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(huì)有某些單體的電量率先釋放完，此時(shí)BMS為了保護(hù)電池會(huì)提前切斷高壓，但此時(shí)儀表上剩余續(xù)航里程還顯示有較多的數(shù)據(jù)，因此會(huì)給駕駛員造成電池還有電但車輛已無法行駛的困惑，會(huì)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(jì)算時(shí)須實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(shì)時(shí)，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(dòng)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(shí)感知到電量將會(huì)耗盡，并立即尋找充電樁對(duì)車輛進(jìn)行補(bǔ)電。

5 結(jié)論

結(jié)合車輛實(shí)際使用過程中的各項(xiàng)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(jì)算方法。且此計(jì)算方法經(jīng)過實(shí)車路試驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)能達(dá)到預(yù)期的效果，計(jì)算結(jié)果也能最大程度地反映駕駛員駕駛車輛時(shí)的習(xí)慣。

文中SOC數(shù)據(jù)精度這個(gè)重要因素如今在整個(gè)電動(dòng)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(dòng)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(dòng)力電池虛電、續(xù)駛里程顯示不準(zhǔn)確等問題。