纯电动汽车剩余续驶里程计算方法研究

李中耀,李达峰

(深圳市聚马新能源汽车科技有限公司，广东深圳 518116)

0 引言

纯电动汽车当前受限于充电速度和充电设施，在使用便利性上与传统燃油车仍有不小的差距，所以电动汽车在大部分地区的使用环境中(特别是充电设施较为缺乏的地区)，表显剩余续驶里程必然是驾驶员时刻关注的一个重要数据，以防止车辆出现突然趴窝的情况。目前市场上大部分主流的纯电动汽车对这一项数据的处理都比较简单直接，并不能结合车辆实际驾驶的情况对计算系数进行实时调整，所以不能较为真实地反映车辆当前还能行驶多少里程，也带来了较多的客户抱怨。

本文作者把影响纯电动汽车剩余续驶里程的各种因素都考虑在内，在计算过程中实时监测车辆当前的电耗，同时为避免表显剩余续驶里程数据发生突变，又引入了必要的修正系数和变量限值，使计算结果在尽可能真实的前提下，又能在车辆行驶时让表显剩余里程数据平滑地进行变化，给驾驶员一个准确且又容易接受的数据参考。

1 车辆满电时的剩余续驶里程

当车辆第一次充满电后，仪表上SOC(车辆当前剩余电量)显示为100%时，剩余续驶里程数据应显示为车辆的NEDC标准里程Snedc，即车辆按照NEDC试验标准实际能跑的最大里程数据。

后期随着车辆的持续使用，动力电池会存在一定程度的衰减，把动力电池的健康程度定义为SOH(取值范围为0～100%)，例如SOH等于90%时代表动力电池储存电量的能力降低了10%。所以以后每次车辆充满电时，仪表上的剩余续驶里程数据应显示为S满电=Snedc×SOH。

2 车辆行驶时的剩余续驶里程

S行驶=SOC当前×100×n显示

式中：SOC当前指车辆当前的电量值，数据分辨率0.1%；n显示指显示系数，为整车控制器通过计算电耗等数据得出的一个合理系数值，反映了车辆每消耗1%的电能所行驶里程数。

2.1 最近50 km理论系数计算

在计算显示系数之前，先要根据车辆实际行驶的情况计算出一个理论系数n理论，计算时截取最近50 km的耗电量，所以n理论可以反映出最近50 km内车辆平均每消耗1%的电能跑的里程。

车辆每行驶1 km，整车控制器便把这1 km所消耗的电量值以SOC百分比的形式记录并保存下来，则最近50 km所消耗的总电量值W50 km为最近50个保存数据之和。则理论系数计算公式如下：

n理论=50/W50 km

以上计算过程中针对50 km耗电量数据的处理有以下几点说明：

(1)车辆停止在原地时，由于空调、电气设备等耗电而造成的SOC减少不计入总耗电量。

该项目10株变异单株是从300万株组培苗后代中选出的，中选率为3.3×10-6，可见利用无性系变异选育新品种虽然快速有效，但效率极低。为了进一步提高突变体筛选的效率，今后可采用诱变剂对中间繁殖体进行处理。

(2)车辆连续下长坡行驶时，可能会出现SOC不降反升的现象，此时的耗电量在计算时不进行负值累加，而是计为0，以防止计算结果出现较大的跳变。

2.2 显示系数的取值方法

纯电动汽车行驶在不同路况下的电耗变化会比较大，从而使理论系数n理论的计算结果也存在较大的波动。如果直接用此理论系数代入公式来计算剩余续驶里程的话，会造成表显剩余里程数据在一定范围内产生突变，无法给驾驶员提供准确有效的参考。因此引入显示系数n显示来对理论系数进行修正后参与计算。

车辆行驶过程中，程序设定每1 km变化一次显示系数，变化时比较n显示和n理论的大小，若n显示>n理论，则让显示系数减小，反之让其增大。同时限定n显示以每次最大0.003的幅度进行变化(若当前仪表显示系数与理论系数差值小于0.003，则此次变化后的n显示=n理论)。

例如：当需要变化显示系数时，上一次的n显示为2.888,而当前计算得出的n理论为2.666，则将本次显示系数变化为2.888-0.003=2.885。

显示系数计算除了以上需要考虑的因素外，为了避免因车辆故障或特殊驾驶路况带来的数据异常变化，还需要设定一个限制，根据经验，应规定显示系数的变化范围遵循如下原则：

n标准×0.6

上面公式中的标准系数n标准=Snedc/100×SOH。

有了以上计算出的显示系数和车辆当前的SOC数据，代入公式即可得出当前仪表需要显示的剩余续驶里程数据。

3 车辆充电时的剩余续驶里程

车辆在充电时，驾驶员除了要关注车辆SOC值外，还需关注当前充入的电量能够使车辆行驶多少公里，所以充电时剩余续驶里程数据也要能正常显示。然而在充电时没有实时的电耗数据作为计算依据，又不能使仪表显示的数据相比于充电前发生突变，只能综合考虑充电前的显示系数与NEDC标准系数等因素来进行估算。

充电时的剩余里程数据S充电仍参照行驶时的计算公式，不同的是显示系数取值没有理论系数作为参考，只能让显示系数随着SOC的变化逐渐线性变化靠近NEDC标准系数，如此可以在充满电时，恰好让n显示=n标准=Snedc/100×SOH。充电时的显示系数计算公式如下：

式中：SOC充电前指本次充电开始前的SOC值，n充电前指本次充电开始前的显示系数。

然后可以计算出充电时的剩余续驶里程数据：

S充电=SOC当前×100×n显示

4 计算剩余续驶里程的其他因素

4.1 SOC数据的精度

通常在电动汽车上，SOC数据由BMS(电池管理系统)通过CAN总线提供，这一数据会直接影响到剩余续驶里程计算结果的准确性。所以在车辆前期调试阶段，必须要求BMS厂商综合考虑电池工作温度、电池衰减程度等因素，将SOC的估算精度控制到国家标准要求范围内，即估算误差不能大于5%。

4.2 电池单体电压不均衡

对于安装有单体电压主动均衡系统的车辆，一般不会存在此问题，但对于不具备主动均衡功能的车辆，长时间使用后，各个电池单体必然会存在电压差异较大的问题。造成单体电池电压存在差异有单体电芯自放电的原因，也有可能是因为各单体衰减程度不同。

当单体电压存在一定的差异后，车辆在行驶放电过程中，会有某些单体的电量率先释放完，此时BMS为了保护电池会提前切断高压，但此时仪表上剩余续航里程还显示有较多的数据，因此会给驾驶员造成电池还有电但车辆已无法行驶的困惑，会误以为车辆存在故障。

为消除此问题带来的影响，在进行剩余续驶里程的计算时须实时监测单体电压最低值，当发现放电末端单体电压有提前降低的趋势时，便将剩余续驶里程数据按一定的条件(具体条件的设定与车辆所搭载动力电池的特性和参数有关)加速收敛至0 km，以便驾驶员能及时感知到电量将会耗尽，并立即寻找充电桩对车辆进行补电。

5 结论

结合车辆实际使用过程中的各项因素，研究了车辆行驶、充电、满电等各种工况下表显剩余续驶里程的计算方法。且此计算方法经过实车路试验证后发现能达到预期的效果，计算结果也能最大程度地反映驾驶员驾驶车辆时的习惯。

文中SOC数据精度这个重要因素如今在整个电动汽车行业里仍困扰着绝大多数汽车制造企业，不过相信随着动力电池行业的技术进步，在未来的BMS算法中可以把SOC估算精度进一步大幅度提高，只有这样才能彻底解决动力电池虚电、续驶里程显示不准确等问题。