电动汽车剩余里程估计算法研究及验证

车速 电池电压 电池电流 附件功率
设定时间 内的行驶 距离 设定时间 内的电池 消耗能量 × 一段时间 的平均真 实能耗 加 权 计 算
车辆能耗
÷
图 4 车辆能耗估计原理框架
3
剩余里程估计策略模型的实现
依照第二部分内容介绍的剩余里程估计控制逻辑，在 MATLAB/ SIMULINK 环境建立了控制策略模型。
剩余里程，而电动汽车的剩余里程估计受到很多因素的影响，估计精度很难满足要求。本文提出了一种基于电池剩余能 量估计和车辆能耗估计的剩余里程估计模型，在电池剩余能量估计方面，采用基于电池试验数据的电池修正模型，考虑 电池电流、温度等多因素的影响，而在车辆能耗估计方面，则是基于过去一段时间的能耗进行计算。最后通过轮毂试验 和实车试验对该模型进行了验证，验证结果表明该模型可准确估计车辆的剩余里程，较大提高了剩余里程的估计精度。 关键词：电动汽车；剩余里程估计；电池能量估计；能耗估计
电池SOC 电池电压 电池电流 电池SOH 电池容量 电池温度 电池电压最 大/小值 电池温度最 大/小值
电池实际SOC估计
+
SOC允许使用下限 策略保留部分SOC 温度/电流/SOH的 修正量 放 电 截 止 SOC
×
电池剩余可 用能量
放电容量估计
端电压预测
图 3 电池剩余能量估计原理框架
电池剩余可用能量估计的计算过程是：根据电池实际 SOC 与放电截止 SOC 得到电池可用的 SOC 值， 与放电容量估计模块预测的容量进行相乘得到电池剩余可用容量，再与预测的端电压值进行相乘，即可得
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EmBaidu Nhomakorabeail: wangyanjing119@163.com
Abstract
In order to reduce drivers’ anxieties about electric vehicles’ remaining driving range and to promote the popularization of the electric vehicles, one direct and effective approach is to offer drivers the accurate data of remaining driving ranges. However, the remaining driving range is a random variable that depends on many factors, so it ’s very difficult to satisfy the accuracy request of vehicles. This paper introduces a remaining driving range estimation model based on the battery’s remaining energy estimation and the vehicle’s average energy consumption estimation. As to the battery’s remaining energy estimation, an experiment-based model is proposed, which considers many factors, such as current, temperature, difference between battery cells, and so on. As to the vehicle’s average energy consumption estimation, a model which is built on the historical energy consumption is proposed. Finally the scheme is validated with the environment space test and road test. Validation results show that this scheme can offer exact remaining driving range, which increases the accuracy of the remaining range greatly. Keywords: Electric Vehicle; Driving Range Estimation; Battery Energy Estimation; Vehicle Energy Consumption Estimation
*
基金资助：受“新能源汽车产业技术创新工程——长安 C206 纯电动汽车技术开发项目”支持资助。 -1http://www.ivypub.com/des
动汽车剩余里程估计的精度是提高电动汽车普及率、促进电动汽车产业发展的重要因素。 电动汽车剩余里程估计取决于动力电池的剩余能量估计和车辆的能耗估计。国内外对电动汽车剩余里 程估计问题已有一些研究。国内的部分研究建立车辆剩余里程与电池 SOC 的关系；部分研究局限于简单的 对车辆的历史能耗进行累积均值处理，这两种处理方式比较简单，考虑因素较少，估计精度差。国外文献 对这一问题提出了解决方案，即基于 GPS 确定未来路段信息，根据过去的能耗参数和未来路况预测计算剩 余里程，但该解决方案所需车辆信息较多，需预测未来的行驶工况和环境工况，但估计难度很大[5]。 本文结合电池剩余能量估计和车辆能耗估计，提出了一种电动汽车剩余里程的估计模型。在电池剩余 能量估计中，考虑了未来放电过程中电池的状态变化，包括温升、电流特性、电池耐久性等，从而对未来 行驶中的电池状态进行了准确估计。在车辆行驶能耗估计中，采用了过去一段时间的真实能耗进行加权计 算。最后，基于长安某款纯电动车进行了转毂试验和实车试验，进一步验证了估计模型的准确性。 本文结构如下：第 1 部分介绍纯电动车剩余里程估计的原理；第 2 部分介绍剩余里程估计的策略分析与 设计，第 3 部分介绍控制策略模型的实现，第 4 部分介绍剩余里程估计的试验，第 5 部分是全文的总结。
Yanjing Wang1#, Guangming Liu2, Chao Feng1, Hong Fu1, Shan Xue1, Languang Lu2, Jianfeng Hua2, Minggao Ouyang2
1. CHONGQING CHANG’AN New Energy Automobile Co. LTD, Chongqing, China 2. State Key Laboratory of Automotive Energy and Safety, Tsinghua University, Beijing, China
Development of Energy Science February 2015, Volume 3, Issue 1, PP.1-7
Study on Remaining Driving Range Estimation and Test Validation for Electric Vehicles
-2http://www.ivypub.com/des
辆能耗。该种方法的优点是基于未来工况预测，准确度高。但是所需车辆信息很多，未来的行驶工况和环 境工况均需预测，其使用受到了极大的限制。 本文中的车辆能耗预测，即是采用过去一段时间的真实能耗进行加权计算，计算公式如下：
eout (n 1) ecurrent (n 1) a eout (n) b
引言
随着石油危机和环境污染的加剧，电动汽车已然成为未来地面交通的主要发展方向。相对于充电时间、 行驶经济性、车辆动力性、环境友好性等性能，电动车的剩余里程受到普通用户的更多关注[1]。目前受到电 池能量密度和电池成本等因素的影响，电动汽车的续驶里程相对传统车仍有很多差距[2]，而且受到环境温度、 行驶工况、车身电器附件开关等因素的影响，车辆能耗变化波动较大，导致里程估计值与实际行驶里程值 相差较大[3]，这使得乘客担心现有电量不能保证车辆达到目的地，产生所谓“里程焦虑感”[4]。因此提高电
不一致性/SOH模型
电池剩余能量预测模型
端电压与SOC预测 电池温度预测
剩余能量
里程计算模型
信息融合 模式切换功能
续驶里程
车速 电池电流
车辆能耗模型
行驶能耗估计
车辆能耗
真实行驶 距离
电池电压 附件功率
附件能耗估计
图 2 剩余里程估计模型系统框架
2.1 电池剩余能量估计策略设计
电池剩余可用能量估计的计算原理如图 3 所示。
耗估计模型和里程计算模型，其中电池剩余能量预测模型中主要是电池端电压和电池放电截止 SOC 的预测， 车辆能耗估计模型中主要包括行驶能耗估计和附件能耗估计，而里程计算模型则是基于电池的剩余能量和 车辆的平均能耗计算车辆的剩余里程。 本文详细介绍电池剩余可用能量估计子模型和车辆能耗估计子模型。
电池电流 电池电压 电池温度
Srange
Ebat *100 eavg
（1）
式中： Srange ---电动汽车的剩余里程（单位：km）； Ebat ---电池在未来工况下的剩余可用能量（单位： kWh）； eavg ---电动汽车未来一段路程的平均能耗（单位 kWh/100km）。
1.1 电池剩余能量估计
电池剩余可用能量估计是电动汽车剩余里程估计的基础，是从当前 SOC 开始，直到 SOC 达到放电截止 SOC，此过程中电池端电压与容量的累积乘积，如图 1 所示。 从图中得出，电池剩余可用能量估计的基础即是电池端电压的预测和电池 SOC 的预测，即根据电池的 放电工况，并考虑电池不一致性、电池耐久性和电池温升等因素的影响，去预测放电截止的 SOC。
（2）
式中： eout (n 1) ---当前时刻输出的车辆平均能耗； e current (n 1) ---当前时刻的真实能耗（过去一段时 间）； eout (n) ---上一时刻输出的车辆平均能耗； a, b ---权重系数。
2
剩余里程估计策略设计
剩余里程估计策略模型的系统框架如图 2 所示，该模型包括三部分，即电池剩余能量预测模型、车辆能
模型包括了电池剩余可用能量计算子模型、车辆能耗计算子模型及剩余里程计算子模型。输入信号包括了 电池的状态信号（如电压、电流、SOC、温度、SOH、电压最大/小值、温度最大/小值等）、电机的状态信 号（电机电流、电机电压）、附件的状态信号（DCDC 输入电流、DCDC 输入电压、PTC 功率、空调功率、 空调设定档位、空调开关、风机设定档位等）以及车辆实时车速，最终得到了车辆的剩余里程。
电压/V
SOC开路电压曲线
当前SOC对应的 开路电压: UOCV
放电SOC端电压曲线
电池放电截止 电压U0
SOC 100
当前SOC 放电截止SOC 0
图 1 电池能量估计示意图
1.2 车辆能耗估计
车辆能耗受到车辆行驶路线、道路交通拥堵情况、天气情况以及驾驶员操作等多因素的影响，若要准 确地估计车辆未来一段时间的能耗，需建立准确的车辆能耗预测模型，即根据最近的车辆能耗进行自适应 参数辨识，并结合 GPS 收集的未来工况信息、天气预报信息等建立未来工况预测模型，最终得到未来的车
电动汽车剩余里程估计算法研究及验证*
王艳静 1，刘光明 2，冯超 1，傅洪 1，薛山 1 ，卢兰光 2，华剑锋 2，欧阳明高 2
1. 重庆长安新能源汽车有限公司，重庆 401120 2. 清华大学 汽车安全与节能国家重点实验室，北京 100084 摘 要：为了减轻驾驶员对剩余里程的焦虑感并提高电动汽车的用户认可度，一种有效的解决途径是为用户提供可靠的
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剩余里程估计原理介绍
国家 EV863-标准法规规定，电动汽车的续驶里程是指：电动汽车从动力电池满电状态开始到标准规定
的试验结束时所走的里程。而剩余里程自然是指汽车在当前情况下保持现有驾驶模式还能行驶的里程[6]。电 动汽车剩余里程不仅与动力电池的剩余能量有关，还与驾驶方式及环境等有很大关系，其计算公式[7]如下：
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到电池的剩余可用能量，其中计算放电截止 SOC 过程中综合考虑了放电过程中的电池温度变化、电池电流 及电池不一致性、耐久性等因素的影响。
2.2 车辆能耗估计策略设计
车辆能耗估计是基于一段时间的平均真实能耗进行加权计算的，该平均真实能耗是基于设定时间内的 行驶距离和电池消耗能量进行计算的，计算原理如图 4 所示。