電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的影響因素分析

黃振富　鐘日敏　黃祖朋

摘 要：本文從電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池可用容量和電動(dòng)汽車的能耗角度分析電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的影響因素。基于這些因素，電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程可以通過(guò)結(jié)合整車基礎(chǔ)參數(shù)和采集整車的駕駛信息、行駛環(huán)境信息和電池信息等建立數(shù)學(xué)估算模型，并通過(guò)自適應(yīng)算法實(shí)時(shí)修正車輛續(xù)駛里程，從而提高續(xù)駛里程估算的精度。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車 續(xù)駛里程 動(dòng)力電池 能耗

Analysis on the Influencing Factors of Driving Range of Electric Vehicles

Huang Zhenfu Zhong Rimin Huang Zupeng

Abstract：This paper analyzes the influencing factors of EV driving range from the available capacity of EV power battery and the energy consumption of EV. Based on these factors， the driving range of electric vehicles can be estimated by combining the basic parameters of the vehicle with the collection of vehicle driving information， driving environment information and battery information to establish a mathematical model， and the vehicle driving range can be revised in real time through the adaptive algorithm， so as to improve the accuracy of driving range estimation.

Key words：electric vehicle， driving range， power battery， energy consumption

1 引言

隨著不可再生能源的減少及環(huán)境污染的日益加劇，電動(dòng)汽車（Electric vehicles，EV）由于其具有低能耗、零碳排放、乘坐舒適和輕便等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受歡迎[1]。電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)燃油車的最大區(qū)別是其動(dòng)力源來(lái)自于動(dòng)力電池，動(dòng)力電池提供的電能作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)能源，可以做到汽車尾氣零排放，緩解汽車尾氣帶來(lái)的大氣污染問(wèn)題。

雖然電動(dòng)汽車的環(huán)保效益遠(yuǎn)勝于燃油車，然而目前電動(dòng)汽車的充電體驗(yàn)卻也遠(yuǎn)不及燃油車加注汽油的便利性。電動(dòng)汽車需要到固定的充電設(shè)施處才能補(bǔ)充電能，并受限于充電設(shè)施的位置距離及其充電時(shí)間。因此，電動(dòng)汽車單次充電的最大續(xù)駛里程往往作為評(píng)價(jià)其性能的最重要指標(biāo)。

電動(dòng)汽車的最大續(xù)駛里程決定著單次滿充后的最大行駛半徑，類似于燃油車的油箱裝滿后的最大行駛里程;電動(dòng)汽車的剩余續(xù)駛里程（剩余電量）作用類似于燃油車的油量表，可以給駕駛員提供信息參考，匹配當(dāng)前車輛續(xù)航與目的地距離，以判斷當(dāng)前續(xù)航能否支持行駛至目的地。續(xù)駛里程預(yù)估不準(zhǔn)則可能導(dǎo)致車輛半途沒電、趴窩。

由于電動(dòng)汽車最大續(xù)駛里程和剩余續(xù)駛里程預(yù)估準(zhǔn)確度的重要性，本文對(duì)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的影響因素進(jìn)行分析，并對(duì)電動(dòng)汽車剩余續(xù)駛里程估算方法進(jìn)行研究。

2 動(dòng)力電池可用容量對(duì)續(xù)駛里程的影響

鋰離子動(dòng)力電池具有壽命長(zhǎng)、充放電倍率大、能量密度高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)階段的電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能。一輛電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池容量的大小，決定了車輛可用于驅(qū)動(dòng)車輛行駛的能量多少，直接影響著車輛的可行駛里程。

鋰電池動(dòng)力電池可用容量受多個(gè)因素影響，額定容量、電池溫度、充放電倍率、電池健康狀態(tài)SOH等都是影響動(dòng)力電池可用容量的因素。

2.1 額定容量與容量保持率

在設(shè)計(jì)規(guī)定的放電倍率、溫度（一般為常溫）下，動(dòng)力電池放電至終止電壓時(shí)所放出的容量總和即為設(shè)計(jì)與生產(chǎn)時(shí)的規(guī)定的電池的容量，稱為額定容量或標(biāo)成容量，用Q1表示。

在某一溫度、某一放電倍率下，動(dòng)力電池放電至終止電壓時(shí)所放出的容量，成為當(dāng)前實(shí)際容量，用Q2表示;

容量保持率η=Q2/Q1。

溫度和放電倍率都會(huì)影響電池的實(shí)際容量，即影響容量保持率η。在實(shí)驗(yàn)條件下，可以通過(guò)電芯或Pack的測(cè)試，標(biāo)定出各溫度、放電倍率下的容量保持率。如下圖所示，同一動(dòng)力電池在相同放電倍率的工況下，溫度越低，其放出的實(shí)際容量越低（圖1）;在相同溫度環(huán)境下，放電倍率越大，其放出的實(shí)際容量越低（圖2）;

2.2 電池健康狀態(tài)SOH

鋰離子動(dòng)力電池在使用生命周期內(nèi)，其性能隨著使用次數(shù)的增加而衰減老化，其衰減老化是一個(gè)長(zhǎng)期漸變的過(guò)程，使用電池健康狀態(tài)（SOH：State of Health）表示當(dāng)前電池的健康或老化狀態(tài)。由于鋰離子電池的性能指標(biāo)較多，評(píng)判SOH的維度也較多，如容量、電量、內(nèi)阻、循環(huán)次數(shù)、峰值功率等。

目前電池行業(yè)內(nèi)已經(jīng)建立起許多的動(dòng)力電池充放電模型及電池壽命（SOH）預(yù)估模型。一個(gè)合理的鋰電池等效電路模型應(yīng)能夠較為準(zhǔn)確地描述電池在使用過(guò)程中表現(xiàn)出的動(dòng)靜態(tài)特性，實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前動(dòng)力電池的可用容量和可用電量[2]，模型階數(shù)合理，模型參數(shù)辨識(shí)較為容易，易于工程實(shí)現(xiàn)等。

3 電動(dòng)汽車能耗對(duì)續(xù)駛里程的影響

電動(dòng)汽車能耗指標(biāo)一般用百公里能耗評(píng)估。百公里能耗，即電動(dòng)汽車行駛100公里所消耗的電能的多少，單位為kWh（千瓦時(shí)）。假設(shè)某一電動(dòng)汽車當(dāng)前時(shí)刻的電池可用能量已確定，則其續(xù)駛里程與百公里能耗成反比，百公里能耗越低，可行駛里程越長(zhǎng)。

影響電動(dòng)汽車能耗的因素包括固有的整車參數(shù)、車載高壓附件、駕駛工況等。

3.1 固有的整車參數(shù)

固有的整車參數(shù)指的車輛造型和配置設(shè)計(jì)所決定的風(fēng)阻系數(shù)、滑行阻力系數(shù)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率等參數(shù)，這些參數(shù)在車輛設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)確定，車輛的迎風(fēng)阻力系數(shù)越低、滑行阻力系數(shù)越低、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率越高，則百公里能耗越低。雖然車輛的系統(tǒng)阻力（風(fēng)阻、滑行阻力等）在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)確定，但在實(shí)際使用過(guò)程中，仍然會(huì)因?yàn)楹芏嘁蛩貙?dǎo)致阻力變化。

據(jù)研究，一輛高速行駛的汽車，其能量60～70%用于克服迎風(fēng)阻力，故迎風(fēng)阻力系數(shù)大小是衡量汽車好壞的重要指標(biāo)之一。現(xiàn)代汽車迎風(fēng)阻力系數(shù)一般在0.23-0.5之間，系數(shù)越大，則空氣阻力越大。車窗的開啟和關(guān)閉也會(huì)導(dǎo)致風(fēng)阻系數(shù)的變化，從而導(dǎo)致車輛能耗的變化，進(jìn)而影響車輛的續(xù)駛里程。

滾動(dòng)阻力也是評(píng)價(jià)汽車性能好壞的重要指標(biāo)之一。滾動(dòng)阻力是指汽車車輪滾動(dòng)時(shí)，輪胎和路面變形造成的阻礙汽車行駛的力。輪胎氣壓、封閉輪轂、整備質(zhì)量、輪胎寬度、橡膠材料、地面摩擦系數(shù)、溫度等主要因素對(duì)滑行阻力都有一定的影響[3]。

3.2 車載高壓附件

電動(dòng)汽車實(shí)際使用時(shí)，除電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛的能量消耗外，車載高壓附件的能量也會(huì)消耗動(dòng)力電池能量，如空調(diào)制冷/制暖消耗的能量、DC-DC（直流轉(zhuǎn)換器）功耗等。車輛行駛時(shí)使用車載高壓附件，會(huì)增加百公里能耗;

3.3 車輛行駛工況

同一車輛在不同行駛工況下的百公里能耗區(qū)別也較大。在實(shí)際駕駛過(guò)程中，因駕駛員的駕駛習(xí)慣、實(shí)際道路路況、天氣等因素差異，都會(huì)導(dǎo)致車輛的百公里能耗變化。

4 總結(jié)

本文從電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池可用容量和電動(dòng)汽車能耗角度分析了電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的影響因素。基于這些因素，再結(jié)合整車基礎(chǔ)參數(shù)，并采集整車的駕駛信息、行駛環(huán)境信息、電池信息等，可以建立電動(dòng)汽車的剩余續(xù)駛里程估算模型，并通過(guò)自適應(yīng)算法實(shí)時(shí)修正車輛續(xù)駛里程，從而提高續(xù)駛里程估算的精度。

參考文獻(xiàn)：

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