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摘 要：本文从电动汽车的动力电池可用容量和电动汽车的能耗角度分析电动汽车续驶里程的影响因素。基于这些因素，电动汽车的续驶里程可以通过结合整车基础参数和采集整车的驾驶信息、行驶环境信息和电池信息等建立数学估算模型，并通过自适应算法实时修正车辆续驶里程，从而提高续驶里程估算的精度。
关键词：电动汽车 续驶里程 动力电池 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
隨着不可再生能源的减少及环境污染的日益加剧，电动汽车（Electric vehicles，EV）由于其具有低能耗、零碳排放、乘坐舒适和轻便等优点越来越受欢迎[1]。电动汽车与传统燃油车的最大区别是其动力源来自于动力电池，动力电池提供的电能作为电机的驱动能源，可以做到汽车尾气零排放，缓解汽车尾气带来的大气污染问题。
虽然电动汽车的环保效益远胜于燃油车，然而目前电动汽车的充电体验却也远不及燃油车加注汽油的便利性。电动汽车需要到固定的充电设施处才能补充电能，并受限于充电设施的位置距离及其充电时间。因此，电动汽车单次充电的最大续驶里程往往作为评价其性能的最重要指标。
电动汽车的最大续驶里程决定着单次满充后的最大行驶半径，类似于燃油车的油箱装满后的最大行驶里程;电动汽车的剩余续驶里程（剩余电量）作用类似于燃油车的油量表，可以给驾驶员提供信息参考，匹配当前车辆续航与目的地距离，以判断当前续航能否支持行驶至目的地。续驶里程预估不准则可能导致车辆半途没电、趴窝。
由于电动汽车最大续驶里程和剩余续驶里程预估准确度的重要性，本文对电动汽车续驶里程的影响因素进行分析，并对电动汽车剩余续驶里程估算方法进行研究。
2 动力电池可用容量对续驶里程的影响
锂离子动力电池具有寿命长、充放电倍率大、能量密度高等特点，广泛应用于现阶段的电动汽车和储能。一辆电动汽车的动力电池容量的大小，决定了车辆可用于驱动车辆行驶的能量多少，直接影响着车辆的可行驶里程。
锂电池动力电池可用容量受多个因素影响，额定容量、电池温度、充放电倍率、电池健康状态SOH等都是影响动力电池可用容量的因素。
2.1 额定容量与容量保持率
在设计规定的放电倍率、温度（一般为常温）下，动力电池放电至终止电压时所放出的容量总和即为设计与生产时的规定的电池的容量，称为额定容量或标成容量，用Q1表示。
在某一温度、某一放电倍率下，动力电池放电至终止电压时所放出的容量，成为当前实际容量，用Q2表示;
容量保持率η=Q2/Q1。
温度和放电倍率都会影响电池的实际容量，即影响容量保持率η。在实验条件下，可以通过电芯或Pack的测试，标定出各温度、放电倍率下的容量保持率。如下图所示，同一动力电池在相同放电倍率的工况下，温度越低，其放出的实际容量越低（图1）;在相同温度环境下，放电倍率越大，其放出的实际容量越低（图2）;
2.2 电池健康状态SOH
锂离子动力电池在使用生命周期内，其性能随着使用次数的增加而衰减老化，其衰减老化是一个长期渐变的过程，使用电池健康状态（SOH：State of Health）表示当前电池的健康或老化状态。由于锂离子电池的性能指标较多，评判SOH的维度也较多，如容量、电量、内阻、循环次数、峰值功率等。
目前电池行业内已经建立起许多的动力电池充放电模型及电池寿命（SOH）预估模型。一个合理的锂电池等效电路模型应能够较为准确地描述电池在使用过程中表现出的动静态特性，实时计算当前动力电池的可用容量和可用电量[2]，模型阶数合理，模型参数辨识较为容易，易于工程实现等。
3 电动汽车能耗对续驶里程的影响
电动汽车能耗指标一般用百公里能耗评估。百公里能耗，即电动汽车行驶100公里所消耗的电能的多少，单位为kWh（千瓦时）。假设某一电动汽车当前时刻的电池可用能量已确定，则其续驶里程与百公里能耗成反比，百公里能耗越低，可行驶里程越长。 影响电动汽车能耗的因素包括固有的整车参数、车载高压附件、驾驶工况等。
3.1 固有的整车参数
固有的整车参数指的车辆造型和配置设计所决定的风阻系数、滑行阻力系数、驱动系统效率等参数，这些参数在车辆设计时已经确定，车辆的迎风阻力系数越低、滑行阻力系数越低、驱动系统效率越高，则百公里能耗越低。虽然车辆的系统阻力（风阻、滑行阻力等）在设计时就已经确定，但在实际使用过程中，仍然会因为很多因素导致阻力变化。
据研究，一辆高速行驶的汽车，其能量60～70%用于克服迎风阻力，故迎风阻力系数大小是衡量汽车好坏的重要指标之一。现代汽车迎风阻力系数一般在0.23-0.5之间，系数越大，则空气阻力越大。车窗的开启和关闭也会导致风阻系数的变化，从而导致车辆能耗的变化，进而影响车辆的续驶里程。
滚动阻力也是评价汽车性能好坏的重要指标之一。滚动阻力是指汽车车轮滚动时，轮胎和路面变形造成的阻碍汽车行驶的力。轮胎气压、封闭轮毂、整备质量、轮胎宽度、橡胶材料、地面摩擦系数、温度等主要因素对滑行阻力都有一定的影响[3]。
3.2 车载高压附件
电动汽车实际使用时，除电机驱动车辆行驶的能量消耗外，车载高压附件的能量也会消耗动力电池能量，如空调制冷/制暖消耗的能量、DC-DC（直流转换器）功耗等。车辆行驶时使用车载高压附件，会增加百公里能耗;
3.3 车辆行驶工况
同一车辆在不同行驶工况下的百公里能耗区别也较大。在实际驾驶过程中，因驾驶员的驾驶习惯、实际道路路况、天气等因素差异，都会导致车辆的百公里能耗变化。
4 总结
本文从电动汽车的动力电池可用容量和电动汽车能耗角度分析了电动汽车续驶里程的影响因素。基于这些因素，再结合整车基础参数，并采集整车的驾驶信息、行驶环境信息、电池信息等，可以建立电动汽车的剩余续驶里程估算模型，并通过自适应算法实时修正车辆續驶里程，从而提高续驶里程估算的精度。
参考文献：
[1]熊平，陶骞.动力锂电池健康状态评估方法综述[J].智能电网，2020，10（04）.
[2]刘熹，李琳，刘海龙.动力型锂电池SOC 与SOH协同估计[J].微电子、微系统与物理电子学，2020，18（4）.
[3]熊福明，崔川扬，黄俊.纯电动汽车道路滑行阻力试验影响因素浅析[J].汽车实用技术，2020，45（24）.
关键词：电动汽车 续驶里程 动力电池 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
隨着不可再生能源的减少及环境污染的日益加剧，电动汽车（Electric vehicles，EV）由于其具有低能耗、零碳排放、乘坐舒适和轻便等优点越来越受欢迎[1]。电动汽车与传统燃油车的最大区别是其动力源来自于动力电池，动力电池提供的电能作为电机的驱动能源，可以做到汽车尾气零排放，缓解汽车尾气带来的大气污染问题。
虽然电动汽车的环保效益远胜于燃油车，然而目前电动汽车的充电体验却也远不及燃油车加注汽油的便利性。电动汽车需要到固定的充电设施处才能补充电能，并受限于充电设施的位置距离及其充电时间。因此，电动汽车单次充电的最大续驶里程往往作为评价其性能的最重要指标。
电动汽车的最大续驶里程决定着单次满充后的最大行驶半径，类似于燃油车的油箱装满后的最大行驶里程;电动汽车的剩余续驶里程（剩余电量）作用类似于燃油车的油量表，可以给驾驶员提供信息参考，匹配当前车辆续航与目的地距离，以判断当前续航能否支持行驶至目的地。续驶里程预估不准则可能导致车辆半途没电、趴窝。
由于电动汽车最大续驶里程和剩余续驶里程预估准确度的重要性，本文对电动汽车续驶里程的影响因素进行分析，并对电动汽车剩余续驶里程估算方法进行研究。
2 动力电池可用容量对续驶里程的影响
锂离子动力电池具有寿命长、充放电倍率大、能量密度高等特点，广泛应用于现阶段的电动汽车和储能。一辆电动汽车的动力电池容量的大小，决定了车辆可用于驱动车辆行驶的能量多少，直接影响着车辆的可行驶里程。
锂电池动力电池可用容量受多个因素影响，额定容量、电池温度、充放电倍率、电池健康状态SOH等都是影响动力电池可用容量的因素。
2.1 额定容量与容量保持率
在设计规定的放电倍率、温度（一般为常温）下，动力电池放电至终止电压时所放出的容量总和即为设计与生产时的规定的电池的容量，称为额定容量或标成容量，用Q1表示。
在某一温度、某一放电倍率下，动力电池放电至终止电压时所放出的容量，成为当前实际容量，用Q2表示;
容量保持率η=Q2/Q1。
温度和放电倍率都会影响电池的实际容量，即影响容量保持率η。在实验条件下，可以通过电芯或Pack的测试，标定出各温度、放电倍率下的容量保持率。如下图所示，同一动力电池在相同放电倍率的工况下，温度越低，其放出的实际容量越低（图1）;在相同温度环境下，放电倍率越大，其放出的实际容量越低（图2）;
2.2 电池健康状态SOH
锂离子动力电池在使用生命周期内，其性能随着使用次数的增加而衰减老化，其衰减老化是一个长期渐变的过程，使用电池健康状态（SOH：State of Health）表示当前电池的健康或老化状态。由于锂离子电池的性能指标较多，评判SOH的维度也较多，如容量、电量、内阻、循环次数、峰值功率等。
目前电池行业内已经建立起许多的动力电池充放电模型及电池寿命（SOH）预估模型。一个合理的锂电池等效电路模型应能够较为准确地描述电池在使用过程中表现出的动静态特性，实时计算当前动力电池的可用容量和可用电量[2]，模型阶数合理，模型参数辨识较为容易，易于工程实现等。
3 电动汽车能耗对续驶里程的影响
电动汽车能耗指标一般用百公里能耗评估。百公里能耗，即电动汽车行驶100公里所消耗的电能的多少，单位为kWh（千瓦时）。假设某一电动汽车当前时刻的电池可用能量已确定，则其续驶里程与百公里能耗成反比，百公里能耗越低，可行驶里程越长。 影响电动汽车能耗的因素包括固有的整车参数、车载高压附件、驾驶工况等。
3.1 固有的整车参数
固有的整车参数指的车辆造型和配置设计所决定的风阻系数、滑行阻力系数、驱动系统效率等参数，这些参数在车辆设计时已经确定，车辆的迎风阻力系数越低、滑行阻力系数越低、驱动系统效率越高，则百公里能耗越低。虽然车辆的系统阻力（风阻、滑行阻力等）在设计时就已经确定，但在实际使用过程中，仍然会因为很多因素导致阻力变化。
据研究，一辆高速行驶的汽车，其能量60～70%用于克服迎风阻力，故迎风阻力系数大小是衡量汽车好坏的重要指标之一。现代汽车迎风阻力系数一般在0.23-0.5之间，系数越大，则空气阻力越大。车窗的开启和关闭也会导致风阻系数的变化，从而导致车辆能耗的变化，进而影响车辆的续驶里程。
滚动阻力也是评价汽车性能好坏的重要指标之一。滚动阻力是指汽车车轮滚动时，轮胎和路面变形造成的阻碍汽车行驶的力。轮胎气压、封闭轮毂、整备质量、轮胎宽度、橡胶材料、地面摩擦系数、温度等主要因素对滑行阻力都有一定的影响[3]。
3.2 车载高压附件
电动汽车实际使用时，除电机驱动车辆行驶的能量消耗外，车载高压附件的能量也会消耗动力电池能量，如空调制冷/制暖消耗的能量、DC-DC（直流转换器）功耗等。车辆行驶时使用车载高压附件，会增加百公里能耗;
3.3 车辆行驶工况
同一车辆在不同行驶工况下的百公里能耗区别也较大。在实际驾驶过程中，因驾驶员的驾驶习惯、实际道路路况、天气等因素差异，都会导致车辆的百公里能耗变化。
4 总结
本文从电动汽车的动力电池可用容量和电动汽车能耗角度分析了电动汽车续驶里程的影响因素。基于这些因素，再结合整车基础参数，并采集整车的驾驶信息、行驶环境信息、电池信息等，可以建立电动汽车的剩余续驶里程估算模型，并通过自适应算法实时修正车辆續驶里程，从而提高续驶里程估算的精度。
参考文献：
[1]熊平，陶骞.动力锂电池健康状态评估方法综述[J].智能电网，2020，10（04）.
[2]刘熹，李琳，刘海龙.动力型锂电池SOC 与SOH协同估计[J].微电子、微系统与物理电子学，2020，18（4）.
[3]熊福明，崔川扬，黄俊.纯电动汽车道路滑行阻力试验影响因素浅析[J].汽车实用技术，2020，45（24）.