【电车续航】纯电动汽车续航里程计算

     纯电动汽车作为替代能源汽车具有广阔的发展前景。电动汽车以其使用过程中零污染、噪声低、能源效率高等特点，在各国的城市低碳交通建设中的作用备受期待。然而由于电动汽车续航里程普遍较短、充电配套设施建设滞后等原因，电动汽车的推广和使用受到了严重制约。另外，随着汽车蓄电池的深度放电以及电池老化，都会影响到续航里程。因此估算续航里程，对于电动汽车使用者规划最优节能路线、寻找充电设施有重要需求，且对于促进电动汽车的使用和推广具有非常重要的意义。

        纯电动汽车的续航里程是指电动汽车从充满电的状态下到实验结束时所行驶的距离，单位为km。

        电动汽车的续航里程受多种因素影响，且影响有大有小。比如行驶所在的路况，路况差异对于续航里程有一定影响；道路的坡度，坡度越大，耗电量也越大，续航里程也越小；风力的风向和大小，迎风状态下会影响到续航里程；车辆行驶时的气温以及道路温度也会影响到汽车蓄电池的放电状态，从而影响续航里程；此外，道路的种类、交通拥挤状态甚至司机的驾车习惯都会影响到续航里程。其中，气温对于电池放电的影响见下图1：

一、电动汽车蓄电池的存储总能量

    目前电动汽车由车上携带的蓄电池供能，多节单体电池并联一起成为一个逻辑单体，多个逻辑单体串联组成一个电池，此时便可给电动汽车供能了，由此可得蓄电池额定总能量W0为：

式中，Ce为单个电池容量，单位A·h；Ue为单个电池额定电压，单位V；M为电池组串联数；N为每组并联的电池数。

        电池的工作电压降低到一定程度就不能在继续放电，否则会对电池寿命造成损害，此时这种程度时的电压为截止工作电压，该电压对应于电池组放电曲线的拐点。如图1所示为不同倍率下的放电曲线，图中拐点即为截至工作电压：

则电池中可以释放的总能量W为:

其中η为放电深度，常用百分比来表示。

当前纯电动汽车为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态都装有BMS系统，通过BMS系统可以详细得知电池的SOC。SOC可用来反映电池剩余容量状态，其数值上可用电池剩余容量占电池总容量的比值来表示。电池满点状态下SOC数值为1。

二、续航里程中的能量计算

        纯电动汽车续航过程中的能量由汽车所携带的蓄电池所储存的电能转换而来，分析电能转换为机械能时要遵循能量相等这一理论事实。则车辆行驶所需功率P为：

式（3）中：P为行驶所需功率，单位为kw；M为汽车质量，单位为kg；G为汽车重力，单位为N；g为重力加速度；V为速度，单位为Km/h；dv/d t为加速度，单位为m/s2；f为滚动阻力系数；CD为空气阻力系数，是一常数；A为迎风面积，单位为m2。式（4）中，Pf为滚动阻力所消耗的功率；Pw为空气阻力所消耗的功率；Pi为坡度阻力所消耗的功率；Pj为加速阻力所消耗的功率。

        电动汽车在平坦道路上匀速行驶时，可以忽略坡度阻力消耗的功率和加速阻力消耗的功率。故此时所需的功率Pf为：

三、续航里程的理论计算

        计算续航里程有等速法和工况法两种测量方法。计算可以针对上述两种工况进行。但是，由于工况法的循环只比等速法多加速和减速状态，在计算消耗功率时计入加速时的功率消耗就可以了。所以等速法和工况法在某一状态时的计算方法是相同的。

1.等速法续航里程计算

        纯电动汽车以等速运行时，其坡度阻力和加速阻力消耗的功率忽略不计，续航里程的计算值s=vt，其中电池可持续放电时间t为：

式中，η为机械系统和电气系统的总效率。

则电动汽车在速度 V 下单位行驶里程消耗的电能(kwh/km)

2.工况法续航里程计算

        纯电动汽车续航里程在进行工况试验测量续航里程时，一般包括启动、加速、匀速、减速、停止等几个工况。对匀加速、匀速、匀减速3个工况分别计算能量消耗，然后计算其总能量消耗。在匀减速过程中需要考虑再生制动，再生制动对电池进行短时间 (一般小于0.1 s)充电。另外制动后车辆仍有一段空档滑行距离，所以一般可以延长续航里程7%～20% 。因此在进行计算时，工况的续航里程应考虑再生制动所提供的能量。

车辆每完成一个启动、运行、停止的距离定义为一个行驶区段。将每个区段计算出的能量累加等于电池所能释放出来的总能量，汽车所能行使的总距离即为所需计算的续航里程。则工况法续航里程为：

式中Si为每个区段所行驶的距离，单位为km；K为车辆完成的区段总数。

四、基于cruise的电动汽车续航里程仿真预测

        Cruise软件是奥地利 AVL公司开发的高级仿真软件，可用于车辆的燃油经济性、动力性的仿真。Cruise 软件可以实现的功能包括：汽车能量消耗（循环工况下和匀速工况下）仿真分析；传动系统中各个传动比优化和匹配；变速箱换挡性能的研究；新能源汽车开发及各项性能仿真；汽车动力性和驾驶性能的优化分析等。

基于实例电动汽车续航里程预测

1．电动汽车模型建立

        将相应的模块从模块库中拖到工作界面上，用到的模块包括：轮胎模型、动器模型、电池组模型、电机模型、差速器模型、主减速器模型、驾驶室模型、防滑控制模块、监控模块、电机控制器和函数模块。然后进行模块间的物理连接和信号连接，并将各模块的参数输入。建立的电动汽车模型如图4所示。

2．等速行驶续航里程仿真

        等速行驶续航里程仿真实验按照GB/T 18386-2017《电动汽车能量消耗率和续航里程》中规定，电动汽车以60km/h的速度行驶。在计算任务项的 cycle run 中设定 60km/h的仿真工况计算

        cruise根据公式（7）实时计算单位里程能量消耗量，在结合电池包的放电容量，就可以得到总的续航里程数。

3．循环工况续航里程仿真

        按照各种循环工况计算，根据cruise计算的单位里程能量消耗量，在结合电池包的放电容量，就可以得到总的续航里程数。