基于工況法的電動(dòng)汽車電量及續(xù)駛里程指示精度研究*

羅玲，譚淳洲，鄭望曉

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基于工況法的電動(dòng)汽車電量及續(xù)駛里程指示精度研究*

羅玲，譚淳洲，鄭望曉

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

剩余電量和續(xù)駛里程是電動(dòng)汽車行駛過程的重要顯示參數(shù)?？紤]到等速法存在的精度和適用性問題，文章提出了基于工況法的試驗(yàn)方法，針對(duì)NEDC工況、高速工況、US06工況等三種駕駛工況，研究了不同工況下的試驗(yàn)方法以及對(duì)剩余電量和續(xù)駛里程的指示精度的影響，并用某一車型實(shí)車驗(yàn)證。結(jié)果表明：該車型在三種工況下均有較好的指示精度，可以有效緩解用戶的里程誤導(dǎo)和里程焦慮問題。

電動(dòng)汽車；電量；續(xù)駛里程；工況法

前言

電動(dòng)汽車以其零排放、低噪聲、能源利用率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，目前得到了廣泛的推廣應(yīng)用，預(yù)計(jì)至2020年，國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車的年銷售量將達(dá)到200萬輛[1]。但是，現(xiàn)階段電動(dòng)汽車剩余電量和續(xù)駛里程指示的不精確性仍嚴(yán)重影響著用戶對(duì)剩余路線的規(guī)劃，易于產(chǎn)生里程焦慮。因此，在電動(dòng)汽車推廣過程中，剩余電量和續(xù)駛里程的指示精度是關(guān)注的焦點(diǎn)之一。

剩余電量和續(xù)駛里程是電動(dòng)汽車非常重要的性能指標(biāo)。文獻(xiàn)2分析了電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的影響因素，并定性研究了整車參數(shù)、環(huán)境溫度等與續(xù)駛里程之間的關(guān)系。文獻(xiàn)3重點(diǎn)考察了低溫對(duì)續(xù)駛里程的影響，并對(duì)比分析了不同測(cè)試案例中的結(jié)果。GB/T 18386《電動(dòng)汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法》[4]提出了基于等速法的電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程試驗(yàn)方法，文獻(xiàn)5結(jié)合試驗(yàn)條件、試驗(yàn)程序等，對(duì)等速法的適應(yīng)范圍進(jìn)行了討論，分析了不同測(cè)試方法的適用性。在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)6針對(duì)中國(guó)、歐盟、美國(guó)、日本和ISO純電動(dòng)汽車標(biāo)準(zhǔn)中續(xù)駛里程測(cè)試所用的工況進(jìn)行了對(duì)比研究和分析。

然而，在目前的國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)體系中，尚無針對(duì)電動(dòng)汽車電量及剩余純電續(xù)駛里程指示精度的試驗(yàn)方法。因此，本文基于工況法，針對(duì)三種不同工況對(duì)電動(dòng)汽車電量及續(xù)駛里程的指示精度進(jìn)行研究，從而可以在電動(dòng)汽車開發(fā)過程中，為剩余電量及剩余續(xù)駛里程估算所涉及的仿真校核和設(shè)計(jì)改善提供更多的客觀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)方法。

1 試驗(yàn)工況和方法

目前，電動(dòng)汽車主要通過儀表指示的電量格數(shù)和剩余純電續(xù)駛里程值來提示用戶進(jìn)行里程規(guī)劃。電量格數(shù)從能量角度反映當(dāng)前車輛狀態(tài)，而表顯電續(xù)駛里程則向用戶提供直接參考信息。兩者因瞬時(shí)電耗參數(shù)相互關(guān)聯(lián)，卻又相互獨(dú)立，因此需要對(duì)以上兩參數(shù)的精度進(jìn)行校核，以免對(duì)用戶里程規(guī)劃進(jìn)行誤導(dǎo)。

1.1 典型駕駛工況

目前，典型的電動(dòng)汽車測(cè)試一般采用NEDC典型駕駛工況。在該測(cè)試工況下，車輛按照NEDC規(guī)定的工況行駛，每完成一個(gè)工況循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，記錄此時(shí)車輛指示的電量格數(shù)、剩余電續(xù)駛里程值以及車輛行駛的實(shí)際里程；同時(shí)，車輛進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，直至車速低于當(dāng)前工況曲線規(guī)定速度2 km/h或發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)停止試驗(yàn)時(shí)停止。

1.2 高速工況

考慮到電動(dòng)汽車在高速公路上進(jìn)行長(zhǎng)途駕駛需要通過充電站進(jìn)行快速充電，如果里程規(guī)劃失誤則有導(dǎo)致車輛半路拋錨的風(fēng)險(xiǎn)，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)高速勻速工況來進(jìn)行驗(yàn)證。一般情況下國(guó)內(nèi)高速公路的最高限速是120km/h，最低限速為60km/h。因此選取120km/h作為勻速行駛工況的試驗(yàn)速度，試驗(yàn)持續(xù)至發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)或車速低于60km/h。

在該測(cè)試工況下，車輛以120km/h勻速行駛，通過功率分析儀監(jiān)控動(dòng)力電池實(shí)時(shí)放電電能，車速以車輛底盤測(cè)功機(jī)上指示的實(shí)際車速為準(zhǔn)。當(dāng)動(dòng)力電池放電電能每增加1kW?h時(shí)，記錄此時(shí)車輛指示的電量格數(shù)、剩余電續(xù)駛里程值以及放電1kW?h過程中車輛行駛的實(shí)際里程。車輛進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，直至發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或全油門速度低于60km/h停止試驗(yàn)。

1.3 激進(jìn)駕駛工況

電動(dòng)汽車具有加速快、推背感強(qiáng)烈等特點(diǎn)，因此在車輛電量充裕的情況下部分用戶會(huì)采用較為激進(jìn)的駕駛風(fēng)格，同時(shí)根據(jù)動(dòng)力電池特性，車輛進(jìn)行瞬時(shí)大功率放電時(shí)其電量計(jì)算誤差較大。因此需設(shè)計(jì)一個(gè)具備激進(jìn)駕駛風(fēng)格的、放電功率大的行駛工況來進(jìn)行驗(yàn)證。本文選取US06作為激進(jìn)駕駛工況。

在該測(cè)試工況下，車輛按照US06工況行駛，每完成一個(gè)工況循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，記錄此時(shí)車輛指示的電量格數(shù)、剩余電續(xù)駛里程值以及車輛行駛的實(shí)際里程。車輛進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，直至車速低于當(dāng)前工況曲線規(guī)定速度2 km/h或發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)停止試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)平臺(tái)

2.1 試驗(yàn)平臺(tái)要求

為保證試驗(yàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)的真實(shí)性，試驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)包含電流、電壓、車速、力等參數(shù)的測(cè)試，一般采用電流傳感器、電壓傳感器、功率分析儀、底盤測(cè)功機(jī)、CAN記錄儀等試驗(yàn)儀器；同時(shí)，設(shè)備的參數(shù)必須滿足GB/T 19753規(guī)定的精度和量程要求。

為了驗(yàn)證車輛在使用過程中的用戶體驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)所采用的整車道路阻力曲線為對(duì)應(yīng)試驗(yàn)車型的實(shí)車道路阻力曲線；在沒有該阻力曲線的情況下，可以采用該車型同階段能量消耗量試驗(yàn)或續(xù)駛里程試驗(yàn)所對(duì)應(yīng)的道路阻力曲線進(jìn)行替代。

2.2 車輛要求

試驗(yàn)配載條件通常為電動(dòng)汽車試驗(yàn)質(zhì)量，為電動(dòng)汽車整車整備質(zhì)量與試驗(yàn)所需附加質(zhì)量的總和。其中，附加質(zhì)量的具體規(guī)定為：

a）對(duì)于M1、N1、最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量不超過3500kg的M2類車輛，該質(zhì)量為100kg；

b）對(duì)于城市客車，在進(jìn)行城市典型公交循環(huán)時(shí)，該質(zhì)量為最大設(shè)計(jì)裝載質(zhì)量的65%；在進(jìn)行C-WTVC循環(huán)時(shí)，該質(zhì)量為最大裝載質(zhì)量；

c）對(duì)于其他車輛，該質(zhì)量為最大裝置質(zhì)量。

為了保證試驗(yàn)的有效性和可追溯性，試驗(yàn)車輛的動(dòng)力電池系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、變速機(jī)構(gòu)、壓縮機(jī)、空調(diào)控制器、組合儀表等硬件須符合整車技術(shù)條件的要求，VCU、DCU、BMS、TGW、ABS/ESP、HVAC、ICM等控制器的軟件更新到最新狀態(tài)。同時(shí)，為測(cè)試車輛在全電量范圍內(nèi)的剩余純電續(xù)駛里程，試驗(yàn)的起始階段通常為電池組的滿電狀態(tài)，也即電池組SOC為100%的荷電狀態(tài)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)上述試驗(yàn)工況、試驗(yàn)平臺(tái)及車輛要求，市場(chǎng)面某一車型作為測(cè)試車輛，分別進(jìn)行NEDC典型駕駛工況、高速工況、US06激烈駕駛工況試驗(yàn)；同時(shí)，為減小溫度對(duì)電池組荷電狀態(tài)的影響，試驗(yàn)過程的環(huán)境溫度維持在25℃±5℃之間。

3.1 NEDC典型工況試驗(yàn)

NEDC典型駕駛工況代表了大部分用戶的用車情況。試驗(yàn)過程中，設(shè)置一個(gè)循環(huán)工況的行駛時(shí)間為1180s，最大車速為120km/h，最大加速度和減速度分別為1.06m/s2和-1.39 m/s2，其運(yùn)行速度曲線如圖1所示。因此，可知其單個(gè)循環(huán)工況的行駛距離約為11公里，平均車速約為34 km/h。以單次NEDC工況結(jié)束時(shí)為一個(gè)數(shù)據(jù)記錄點(diǎn)，可以得到表顯剩余續(xù)駛里程及電量格數(shù)如圖2所示。

圖1 NEDC工況曲線圖

圖2 A車型 NEDC工況試驗(yàn)結(jié)果

由圖2可知，試驗(yàn)車輛初始顯示續(xù)駛里程值為270km，實(shí)際NEDC工況可行駛302.8km。在行駛過程中，隨著車輛放電電能的增加，儀表顯示純電續(xù)駛里程以及顯示的剩余電量均小于實(shí)際可行駛里程和剩余電量，給用戶預(yù)留約40km的可行駛里程，可以有效減輕用戶的里程焦慮問題。

3.2 高速工況試驗(yàn)

考慮到目前不同的電動(dòng)汽車所指示的電量格數(shù)對(duì)應(yīng)的電能值不盡相同，且電量格數(shù)跳變?yōu)樗查g變化，高速工況采用動(dòng)力電池每放電1kwh作為一個(gè)數(shù)據(jù)分析記錄點(diǎn)，同時(shí)在每個(gè)記錄點(diǎn)處當(dāng)前車輛指示的剩余續(xù)駛里程及電量格數(shù)。該工況測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

由圖4可知，試驗(yàn)車輛初始續(xù)駛里程值為235km，實(shí)際高速工況可行駛171.83km。在行駛的前半程中，隨著車輛放電電能的增加，儀表顯示純電續(xù)駛里程值恒大于實(shí)際純電可行駛里程值，但是差距逐漸縮?。辉谛旭偟暮蟀氤?、也即電池約放掉一半電量之后，儀表顯示純電續(xù)駛里程小于實(shí)際可行駛里程，給用戶預(yù)留了約25km的可行駛里程，可以有效減輕用戶的里程焦慮。同時(shí)，在行駛的前半程中，儀表顯示剩余電量和實(shí)際剩余電量相吻合；而在行駛的后半程，儀表顯示剩余電量小于實(shí)際剩余電量，該結(jié)果與續(xù)駛里程的預(yù)測(cè)結(jié)果具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，均可有效緩解用戶的里程焦慮。

圖3 A車型高速工況試驗(yàn)結(jié)果

3.3 US06激進(jìn)工況試驗(yàn)

US06為典型的激進(jìn)駕駛工況，其最大加速度和最大減速度一般可以達(dá)到3.73m/s2和-3.01m/s2。試驗(yàn)過程中，設(shè)置一個(gè)循環(huán)工況的行駛時(shí)間為601s，最高車速為129.2km/h，則其運(yùn)行速度曲線如圖4所示。因此，可知其單個(gè)循環(huán)工況的行駛距離為12.79公里，平均車速約為76.6km/h。以單次US06工況結(jié)束時(shí)為一個(gè)數(shù)據(jù)記錄點(diǎn)，可以得到表顯剩余續(xù)駛里程及電量格數(shù)如圖5所示。

圖4 US06工況曲線圖

由圖5可知，試驗(yàn)車輛初始表顯續(xù)駛里程值為233km，而實(shí)際US06工況可行駛里程僅為169.54km。通過對(duì)比NEDC工況，可知US06工況下電動(dòng)汽車的電量消耗大，導(dǎo)致初始表顯里程與實(shí)際可行駛里程相差較大。但是，在車輛行駛過程中，隨著車輛放電電能的增加，實(shí)際剩余里程和儀表顯示的純電續(xù)駛里程值差距逐漸縮小，并在第7個(gè)循環(huán)工況開始，通過修正使得車輛實(shí)際剩余里程和儀表顯示純電里程相吻合；同時(shí)，在整個(gè)行駛過程中，表顯電量百分比和實(shí)際電量百分比一直保持在接近吻合的狀態(tài)，因此不會(huì)給用戶造成誤導(dǎo)，有較好的用戶體驗(yàn)感。

圖5 A車型US06工況試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

剩余電量及續(xù)駛里程是電動(dòng)汽車行駛過程中重要的指示參數(shù)。本文提出了基于工況法的電動(dòng)汽車電量及續(xù)駛里程指示精度試驗(yàn)方法，針對(duì)NEDC工況、高速工況、US06工況等三種典型且差異化明顯的駕駛工況，研究了三種代表性工況下剩余電量和續(xù)駛里程顯示試驗(yàn)方案。且測(cè)試車輛表顯電量及續(xù)駛里程與實(shí)際吻合度高，擁有良好的指示作用。該試驗(yàn)方法測(cè)試用例可有效反映電動(dòng)汽車當(dāng)前指示精度水平，同時(shí)為標(biāo)定提供更多的客觀試驗(yàn)數(shù)據(jù)以改善剩余電量和續(xù)駛里程顯示。

[1] 歐陽明高.中國(guó)新能源汽車的研發(fā)及展望[J].科技導(dǎo)報(bào),2016,34(6): 13-20.

[2] 陳勇,孫逢春.電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程及其影響因素研究[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào),2001, 21(5): 578-582.

[3] 陳德兵,葉磊,楊杰.低溫對(duì)純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的影響分析[J]. 客車技術(shù)與研究, 2012, 02: 53-55.

[4] GB/T 18386,電動(dòng)汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法[S].

[5] 吳憩棠.電動(dòng)車?yán)m(xù)駛里程試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)探討[J].汽車與配件,2009, 37(3): 44-45.

[6] 安以敏.國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程測(cè)試方法對(duì)比研究[C].第12屆中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化論壇論文集, 2015, 874-878.

Research on indication accuracy of electricity quantity and driving mileage of electric vehicle based on working mode method*

Luo Ling, Tan Chunzhou, Zheng Wangxiao

（GAC Automotive Research & Development Center, Guangdong Guangzhou 511434）

Residual electricity quantity and driving mileage are important parameters for electric vehicle. Considering the problems of accuracy and applicability of constant velocity method, the test method is proposed based on the working mode method. According to the different working conditions of NEDC, high-speed and US06, the test methods are studied respectively and their influences on the indicator precision of residual electric quantity and driving mileage are carried out through real car test. The results show that the test methods all have better indication accuracy under three working conditions, effectively alleviating the user’s mileage misleading and mileage anxiety.

Electric vehicle; electricity quantity; driving mileage; working mode method

A

1671-7988(2018)20-18-04

U469.7

A

1671-7988(2018)20-18-04

U469.7

羅玲，碩士，就職于廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院。研究方向：電動(dòng)汽車試驗(yàn)領(lǐng)域。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.006