《【精选】电动汽车剩余续驶里程估算方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【精选】电动汽车剩余续驶里程估算方法（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第 3 章 电动汽车剩余里程估算方法及影响因素研究本章将结合前文所建立的电动汽车模型和对电池特性的研究，对电动汽车模型进行仿真，并运用 Matlab 软件对电动汽车剩余续驶里程进行估算，研究行驶工况对估算方法的影响，在此基础上提高剩余里程估算的精度。3.1 剩余续驶里程估算方法研究3.1.1 剩余续驶里程估算方法研究原理根据 3.1.4 小节所介绍的剩余里程的估算方法以及 3.4 小节所建立的 Matlab估算模型，我们可以根据电动汽车当前一段时间的运动状态，估算电动汽车的剩余里程，而验证剩余里程估算是否正确则必须要由 GT-drive 软件建立的电动汽车模型进行续驶里程仿真。将估算得到的剩余
2、里程与仿真得到的累积行驶里程做比较，以此来判断剩余里程估算方法的可行性。所谓剩余里程估算方法的可行性，即该估算方法能够实现估算结果随电动汽车运行工况的变化而做出的相应变化。在续驶里程估算方法满足该可行性条件的前提下，进一步讨论不同工况循环对于估算方法的影响，则需要运用多工况剩余里程估算结果的对比来研究。3.1.2 不同车速对续驶里程估算方法的影响为了确定剩余续驶里程估算过程中，不同车速对于剩余估算法的影响，设置匀速行驶工况，运用 GT-drive 软件进行仿真，对目标速度模块（Traget speed-1）输入如表 4-2 的工况循环。设定仿真时间以便得到最大行驶距离，运行模型得到仿真各项数据
3、，再运行 Matlab 软件对各工况循环进行剩余里程估算。根据表 4-1 中所设计的匀速工况，先将电动汽车模型加速至预订车速，然后保持该速度匀速行驶，到仿真结束后，调用 GT-Drive 仿真结果，在 Matlab中运行剩余续驶里程估算模型，并将得到得计算结果与仿真结果比较确定不同速度对算法的影响。表 4-1 电动汽车仿真循环工况的设定运行工况 电动汽车车速（km/h） 从 0 到目标速度加速时间(s)1 20 102 40 203 60 304 80 35(1)电动汽车以 20km/h 匀速行驶仿真如图 4-1，图 4-2 所示。将电动汽车模型的仿真时间设置为 80000S，得到电动车在匀速
4、 20km/h 行驶工况下的累计行驶距离。其累计行驶里程如图 4-4 所示。图 4-1 20km/h 动力电池 SOC 消耗曲线图 4-2 20k m/h 电动汽车累计行驶里程图 4-3 320km/h 匀速行驶剩余里程估算电动汽车模型仿真运行 61456s，行驶里程为 338km，运用 Matlab 软件对剩余续驶里程估算进行估算，设置估算仿真时间为 70000s，结果如图 4-5，GT-drive 模型仿真 15000s 时，电动汽车累计行驶 90km，其剩余续驶里程仿真结果为 248km，其剩余续驶里程估算结果为 270km，GT-drive 模型仿真 40000s 时，电动汽车累计行驶
5、 220km，其剩余续驶里程仿真结果为 118km，其剩余续驶里程估算结果为 110km，仿真结果与估算结果相差不多。（2）电动汽车以 40km/h 匀速行驶仿真结将电动汽车模型的仿真时间设置为 80000S，得到电动车在匀速 20km/h 行驶工况下的累计行驶距离。其累计行驶里程如图 4-4，图 4-5 所示。图 4-4 40km/h 匀速行驶行驶里程仿真结果 图 4-5 40km/h 匀速行驶仿真电池 SOC 曲线图 4-6 40km/h 匀速行驶剩余续驶里程估算电动汽车模型仿真运行 20994s，行驶里程为 233km，运用 Matlab 软件对剩余续驶里程估算进行估算，设置估算仿真时间
6、为 70000s，结果如图 4-5，GT-drive 模型仿真 5000s 时，电动汽车累计行驶 55.5km，其剩余续驶里程仿真结果为 177.7km，其剩余续驶里程估算结果为 270km，GT-drive 模型仿真 15000s 时，电动汽车累计行驶 167km，其剩余续驶里程仿真结果为 66.3km，其剩余续驶里程估算结果为 150km，仿真结果与估算结果相差较大，随着时间的增大误差越来越大。（3）电动汽车以 60km/h 匀速行驶仿真将电动汽车模型的仿真时间设置为 80000S，得到电动车在匀速 20km/h 行驶工况下的累计行驶距离。其累计行驶里程如图 4-7，图 4-8 所示。图
7、4-7 60km/h 匀速行驶累计里程图 4-8 60km/h 匀速行驶电池 SOC 消耗曲线图 4-9 60km/h 匀速行驶剩余续驶里程估算 电动汽车模型仿真运行 12035s，行驶里程为 200km，运用 Matlab 软件对剩余续驶里程估算进行估算，设置估算仿真时间为 70000s，结果如图 4-5，GT-drive 模型仿真 2500s 时，电动汽车累计行驶 42.5km，其剩余续驶里程仿真结果为 157.5km，其剩余续驶里程估算结果为 285km，GT-drive 模型仿真 10000s 时，电动汽车累计行驶 166km，其剩余续驶里程仿真结果为 34km，其剩余续驶里程估算结果
8、为 114km，仿真结果与估算结果相差较大，随着时间的增大误差越来越大。（4）电动汽车以 80km/h 匀速行驶仿真将电动汽车模型的仿真时间设置为 80000S，得到电动车在匀速 20km/h 行驶工况下的累计行驶距离。其累计行驶里程如图 4-10，图 4-11 所示。图 4-10 80km/h 匀速行驶累计里程图 4-11 80km/h 匀速电池 SOC 消耗曲线图 4-12 80km/h 匀速行驶剩余续驶里程估算电动汽车模型仿真运行 5747s，行驶里程为 127km，运用 Matlab 软件对剩余续驶里程估算进行估算，设置估算仿真时间为 70000s，结果如图 4-12，GT-drive
9、 模型仿真 2000s 时，电动汽车累计行驶 44km，其剩余续驶里程仿真结果为 83km，其剩余续驶里程估算结果为 249km，GT-drive 模型仿真 4500s 时，电动汽车累计行驶 100km，其剩余续驶里程仿真结果为 27km，其剩余续驶里程估算结果为 95km，仿真结果与估算结果相差较大，随着时间的增大误差越来越大。根据以上剩余里程的仿真结果同剩余里程的估算结果对比可以发现，对于车速小于 20km/h 的匀速运行工况，本文所采用的估算法可以很好的对电动汽车的剩余续驶里程进行估算。而电动车车速大于 20km/h 以上时，由于估算初始值的原因，导致剩余里程的仿真结果与估算结果误差在
10、50%以上。而根据各个匀速工况的剩余里程的仿真结果与剩余里程的估算结果比较，可以看出，对于行驶中的电动汽车，估算误差随着时间的增大而增大。各个匀速工况的剩余里程估算结果纵向比较而言，都有相同的初始值，然而车速越高，单位时间内剩余里程估算结果下降越快，剩余里程估算结果迅速下降的时刻越早。3.1.3 电动汽车 UDDS 循环仿真估算讨论完匀速工况下电动汽车的能量消耗情况和估算结果以后，本小节将UDDS 循环设置为电动汽车目标工况循环，以验证在实际工况行驶条件下剩余续驶里程估算方法的精确性。在 GT-Drive 电动汽车模型中找到目标速度模块（Target speed-1） ，在模块的速度选择栏选择
11、已经设定好的 UDDS 循环，运行模型仿真得到电动汽车模型以 UDDS 工况运行的里程，动力电池的消耗情况，如图 4-13 所示。图 4-13 UDDS 工况循环动力电池 SOC 消耗曲线 (A) (B)图 4-15 UDDS 工况电动汽车速度曲线图 4-14 UDDS 工况循环电动汽车模型行驶距离运行 Matlab 软件，启动电动汽车里程估算模型，设置仿真时常为 15000s，得到剩余里程估算结果如图 4-16 所示。剩余续驶根据电池模型 SOC 消耗曲线同剩余里程估算结果可知，电动汽车模型在高速情况下，能源消耗迅速，剩余续驶里程估算结果也迅速减小，而在动力电池模型 SOC 消耗到 0.4
12、以后，SOC 的下降速度明显增加。图 4-16 UDDS 循环剩余续驶里程估算根据 UDDS 工况循环仿真结果可以知道，在仿真时间为 2500s 时，电动汽车累计行驶路程仿真结果为 22km，由仿真全程得电动汽车续驶里程为 124km，故其剩余里程仿真结果为 102km，剩余里程估算结果为 288.5km。在仿真时间为 10000s 时，电动汽车累计行驶路程仿真结果为 88.8km，故其剩余里程仿真结果为 35.2km，此时电动汽车剩余里程估算结果为 137.1km。根据以上电动汽车续驶里程的仿真结果与估算结果对比可以得出如下结论，对于剩余里程估算方法来说，误差的产生来源于两个主要方面：第一点
13、，估算方法中对于功率消耗的计算是源于电池实际消耗功率对时间的积分，然而实际上电池的实际消耗的功率是电池输出功率与内阻消耗功率之和，随着 SOC 的下降，电池内阻不断增大，内阻消耗功率越来越大，因此误差越来越大，这就是随着时间的延长剩余里程的估算结果与仿真结果误差越来越大的原因；第二点，也是误差的主要来源，基于里程与能量消耗比值这种估算办法，其初始的估算值不能真实的反应电动汽车的实际续驶里程，其初始值过大，带来的剩余里程的估算结果与仿真结果误差往往高达 50%以上。综上所述，在电动汽车模型仿真时，电动汽车的行驶里程由电池的电量决定，而在剩余续驶里程估算方面，电池模型、汽车即时工况以及电池 SOC
14、 起决定性作用。在估算过程中，初始值估算误差，估算过程中误差累计变大，这都是要解决的问题。3.2 剩余里程估算方法分析3.2.1 估算方法的初始值由前文仿真结果与估算结果对比可以知道，电动汽车剩余续驶里程估算的误差主要集中在估算的初始值上。接下来对于估算初始值的分析首先从估算算法开始。将估算法数学公式（3-5）做如下变形：（4-1 ）式中 为电池的额定容量（Ah） ； 为电池的端电压； 为电池的放QmUe GDO电深度（% ） ； W 为电池总能量（ Ah） ； 为估算时间段得长度， 为估算时tS间段里电动汽车的累计行驶距离，p 为电池消耗功率。如公式（4-1 ）所示，W 是由汽车行驶之前检测
15、电池的核电荷数确定的固定值，根据 4.1.2 电动汽车匀速工况仿真，可以知道 S=t*v ，那么式中分子分母上的 t 消去，可以得到如下结果：(4-2)如公式（4-2 ）可知，初始值的大小仅与电动汽车的实际速度与电池实际功率消耗的比值有关，而对于同一仿真汽车模型来说，其速度与实际功率消耗的比值有略微差别，主要体现在实际速度越大，电机消耗的功率越大，而电机需求的功率由电池提供，较大的功率需要较高的放电电流，这使得电池的内阻消耗的功率增大，从而导致高速情况下的实际速度与电池实际功率消耗的比值要小于低速情况下的比值。根据估算模型的估算策略可以知道，初始值的估算是由电动汽车数据开始进去 Matlab
16、软件之后取一个固定的时间段 T，在 T 时刻之后对电动汽车剩余续驶里程进行第一次估算，其估算结果即为剩余里程估算结果的初始值。那么 T时刻的越大，高速状态下的估算初始值与低速状态下的估算初始值差距越大。为了验证上述分析的正确性，以 80km/h 和 20km/h 匀速行驶工况为对比工况对于 T 为 5s、50s、300s 进行估算仿真，仿真对比结果如表 4-3 所示。表 4-2 t 对于估算结果影响的仿真试验取值QmtWdvftptS*)(0*T=5s T=50s T=300s20km/h 估算初始值/km332.6 332.34 331.528680km/h 估算初始值/km332.5967 328.0525 318.2588以上两初始值差值/km0.0033 4.2875 13.2698根据表中数据可以确定以上关于 T 对剩余续驶里程估算方法初始值的影响分析是正确的。虽然估
