用户驾驶习惯对电池SOC的影响分析.pdf

25文章编号006-8244(2023)01-025-4DRIVESYSTEMTECHNIQUEMarch20232023年3 月No.1动Vol.37术技传第3 7 卷第1期用户驾驶习惯对电池SOC的影响分析Analysis of the Influence of Users Driving Habits on Battery SOC徐世琦黄宏成1杨健姚炯?贾韩伟（1.上海交通大学，上海2 0 0 2 40；2.上汽大众汽车有限公司，上海2 0 18 0 5）Xu ShiqilHuang Hongcheng Yang Jian?Yao JiongJia Hangweil(1.Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240;2.SAIC Volkswagen Co.,Ltd,Shanghai 201805)摘要在驾驶过程中，动力电池耗电快慢不仅与其自身特性有关，也与驾驶行为存在密切的关系。研究驾驶行为对动力电池SOC的影响有利于推广节能省电的驾驶行为方式。针对W汽车A车行驶数据进行分析，对数据集的充放电循环进行了清洗、提取与切割处理工作。在用户驾驶行为分析上，对每百公里急加速次数、每百公里急减速次数、平均速度、行程距离四个驾驶行为进行提取与分析，并给出建议的驾驶行为。AbstractJIn the process of driving,the speed of power battery consumption is not only related to its owncharacteristics,but also has a close relationship with driving behavior.The research on the influence ofdriving behavior on power battery SOC is helpful to promote the energy-saving driving behavior.Thedriving data of Car W and Car A are analyzed,and the charge-discharge cycle of the data set is cleaned,extracted and cut.In terms of user driving behavior analysis,four driving behaviors are extracted and ana-lyzed,including the number of rapid acceleration per 1oo kilometers,the number of rapid deceleration per10o kilometers,the average speed and the travel distance,and the suggested driving behaviors are given.关键词：动力电池驾驶习惯贯SOCKey words:power batterydriving habitsSOC中图分类号：TH242.1文献标识码：A0引言纯电动汽车是一种以动力电池作为能量来源，用动力电池输出电流使电机转动，进而驱动车轮行驶的新能源汽车。纯电动汽车具有成本低、无污染、噪声小、能量转换效率高等优点，但也存在着续航里程短、充电时间长以及配套设施不完善等缺点。其中，电动汽车续航里程短是用户在驾驶时关心的主要问题。要解决纯电动汽车续航里程问题，除了增加充电桩数量、增大充电设施覆盖范围以及研究高性能动力电池外，还需要根据实车驾驶数据，研究驾驶基金项目：上海市科委科技创新项目（19DZ1207002）员的驾驶行为对纯电动汽车动力电池耗电特性的影响。对电动汽车生产商而言，研究驾驶行为对耗电特性的影响，便于优化纯电动汽车的设计制造参数；对纯电动汽车驾驶员而言，分析驾驶行为对耗电特性的影响，有利于找到合适的驾驶行为模式，提高用户在驾驶时的续驶里程。因此，本文以纯电动汽车驾驶实车数据为分析对象，以分析驾驶员的驾驶习惯以及驾驶行为对电动汽车动力电池耗电的影响为目的，旨在找出合适的驾驶行为模式并对纯电动汽车驾驶员提出合理的驾驶行为建议1-41行驶数据分析本文针对W汽车A车行驶数据进行分析，数26徐世琦等：用户驾驶习惯对电池SOC的影响分析据来源于其新能源汽车溯源平台。实车数据采集了A车从2 0 2 0 年5月至2 0 2 1年8 月的车辆行驶数据和电池状态数据，共计累计里程18 6 7 8 0.2 km，数据数量12 447 0 6 条。每条数据包含以下信息：采集时间、挡位、总电流、车辆状态、绝缘电阻、SOC、总电压、运行模式、累计里程、制动踏板状、车速、加速踏板行程值、充电状态等10 7 项指标。数据采集时间间隔一般为2 8 s，部分数据采集时间有特殊记录，从1s至3 min不等。一条包含部分指标的典型实车数据如下表1所示。表1典型的实车数据表Tab.1Typical real car data table采集时间挡位总电流车辆状态绝缘电阻2020-05-1023:59:43停车P挡-51.3ASTOPPED4470k2SOC总电压运行模式累计里程制动踏板状态75%384.7VEV5.967.7 km0车速加速踏板行程充电状态DC状态电池单体最高电压00CHARGING_STOPPEDNORMAL4.016V由于实际采集传感器的采集能力与车辆实际运动特性等原因，部分实车数据的指标未能采集或无有效数据，因此对这些指标进行初步清洗。清洗数据时采用两类标准，第一标准为数据集中该指标记录数据全为空或始终为同一值时，清洗掉该指标，第二标准为数据集中该指标与动力电池性能具有明显的不相关性，清洗掉该指标。经过清洗，符合第一类标准的共包含SOC跳变报警等2 5项指标，符合第二项标准的共包含系统标号等3 7 项指标，最终清洗得到的数据集包含采集时间、挡位、总电流、车辆状态、绝缘电阻、SOC、总电压、累计里程、制动踏板状态、车速、加速踏板行程值、充电状态等45项指标。2用户驾驶习惯因子提取本文主要介绍急加速、急减速、平均速度和行程距离四项用户驾驶行为，在数据集中的行驶过程进行提取51急加速在定义为油门百分比 2 4%，在数据集中则体现为“加速踏板行程值”指标 2 4%，为了平衡不同行驶过程中的急加速次数，选用每百公里急加速次数作为衡量急加速驾驶行为的指标急减速定义为刹车百分比 2 4%，在数据集中则体现为“制动踏板行程值”指标 2 4%，为了平衡不同行驶过程中的急减速次数，本文选用每百公里急减速次数作为衡量急减速驾驶行为的指标。平均速度定义为一次行程的速度中位数。选择中位数而非平均值是考虑到停车等短时间内的0车速行为对平均值有较大影响，中位数更能表征驾驶员长期保持的驾驶车速，因此选择车速中位数来代表平均速度。在数据集中，平均速度体现为单次行驶过程“车速”指标的中位数。由于中位数已经体现了对不同行驶过程的平衡，因此无需进一步平衡。行程距离首先需要明确行程的定义，其定义为：车辆启动状态为连续的STARTED且充电状态为NO_CHARGING，代表一次行驶，两次行驶时间间隔小于5分钟算一次出行，单次出行里程不足1km不记作出行次数。行程距离在数据集中体现为行程始末状态“累计里程”指标之差。为了衡量不同驾驶行为对动力电池性能的影响，引人“耗电率”s这一指标“耗电率”为单一行驶过程中，每百公里SOC变化量，即4.SOC(1)100选用“耗电率”而非通用的SOH指标有其现实考虑。一方面，行驶过程中存在车辆动力回收，即总电流并非单一的车辆输出功率对应的电流，而是输出电流与动力回收电流的差值，因此无法得到准确的输出功率对应的电流；另一方面，实际驾驶时，除了车辆运动，车辆其他部件也需要消耗能量，如空调、收音机等，因此车辆输出功率对应的电流也并非车辆运动所消耗的电流，而是包含与子集的关系，加之数据集时间跨度较大，形式情况复杂，计算SOH需要电流对时间积分，误差较大，而“耗电率”指标对应的SOC直接描述了车辆动力电池，不受上述影响。综上考虑，选用“耗电率”指标更合理。3用户驾驶习惯及其对动力电池性能的影响分析3.1急加速分析A车数据集中急加速的数据提取的百分比结27徐世琦等：用户驾驶习惯对电池SOC的影响分析果如表2 所示，表2 A车数据集中急加速百分比耗电影响Tab.2Influence of percentage power consumption ofsudden acceleration in data set of Car A每百公里急加速次数耗电率025255050757510000.251.60%1.22%1.00%0.50%0.250.5013.16%33.53%22.56%10.78%0.500.751.85%5.92%4.70%1.57%0.751.000.09%0.22%0.22%0.13%如上表所示，纵向比较每百公里急加速次数可以发现，该用户的单次驾驶每百公里急加速次数集中于2 57 5区间内，合计占比超过6 0%，其中2 550的区间占比超过40%。对耗电率进行横向比较，可以发现，耗电率集中于0.2 50.50 区间内，在给定每百公里急加速次数范围内占比超过8 0%，并且，随着每百公里急加速次数的增长，耗电率位于00.2 5的区间占比下降，耗电率位于0.2 50.50的区间占比波动下降，位于0.50 0.7 5范围区间占比显著上升，位于0.7 51.0 0 范围区间占比没有明显变化。但是随着加速次数的进一步增加，位于0.751.0 0 的范围区间占比上升，但0.2 50.50 依旧为主流占比。因此可以得出结论，每百公里急加速次数的增长对汽车电池耗电率有着正相关的影响，随着每百公里急加速次数的增加，高耗电率占比会增加，但耗电率主流占比始终为0.2 50.50 区间，该驾驶员有着急加速的习惯。在驾驶行为建议上，建议每百公里急加速次数小于50。3.2急减速分析A车数据集中急减速的数据提取的百分比结果如表3 所示，表3 A车数据集中急减速百分比耗电影响Tab.3Influence of percentage power consumption of suddendeceleration in data set of Car A每百公里急减速次数耗电率025255050757510000.252.60%1.54%0.19%0.00%0.250.5042.56%30.12%6.08%1.35%0.500.756.89%5.61%1.41%0.19%0.751.000.28%0.28%0.06%0.03%如表3 所示，纵向比较每百公里急减速次数可以发现，该用户的单次驾驶每百公里急减速次数集中于0 50 区间内，合计占比超过8 0%，其中0 2 5的区间占比超过50%。对耗电率进行横向比较，可以发现，耗电率集中于0.2 50.50 区间内，在给定每百公里急减速次数范围内占比约为8 0%，并且，随着每百公里急减速次数的增长，耗电率位于0 0.25的区间占比显著下降，耗电率位于0.2 50.50的区间占比下降，位于0.50 0.7 5范围区间占比显著上升，位于0.7 51.0 0 范围区间占比上升。但是随着减速次数的进一步增加，位于0.7 51.0 0 的范围区间占比进一步上升，位于0.50 0.7 5范围区间占比下降，但0.2 50.50 依旧为主流占比。因此可以得出结论，每百公里急减速次数的增长对汽车电池耗电率有着正相关的影响，随着每百公里急减速次数的增加，高耗电率占比会增加，但耗电率主流占比始终为0.2 50.50 区间，该驾驶员没有明显的急减速的习惯。在驾驶行为建议上，每百公里急减速次数小于50。3.3平均速度分析A车数据集中平均速度的数据提取的百分比结果如表4所示，速度单位km/h。表4A车数据集中平均速度百分比耗电影响Tab.4Influence of average speed percentage power consumptionindatasetofCarA平均速度/(km/h)耗电率01616333350507000.250.66%2.63%0.94%0.09%0.250.5017.67%56.63%5.39%0.72%0.500.754.07%8.71%1.22%0.13%0.751.000.22%0.31%0.06%0.03%如上表所示，纵向比较平均速度可以发现，该用户的单次驾驶平均速度集中于0 3 3 km/h区间内，合计占比超过90%，其中16 km/h3 3 k m/h 的区间占比超过6 0%。对耗电率进行横向比较，可以发现，无论平均速度处于何种区间之内，耗电率均集中于0.2 50.50 区间内，在给定平均速度范围内占比超过7 0%，并且，随着平均速度的增长，耗电率位于0.2 50.50 的区间占比波动下降，耗电率位于0.500.7 5的区间占比波动上升，耗电率位于0.7 51.0 0 的区间占比持续上升。因此，可以得出结论，平均速度的增长对汽车电池耗电率有着正相关的影响，随着平均速度增长，车辆耗电率总体上升，但耗电率主流占比始终为0.2 50.50 区间，该驾驶员习惯于低速驾驶。在驾驶行为建议上，建议低速行驶，这样有利于减小动力电池的耗电率。3.4行程距离分析A车数据集中行程距离的数据提取的百分比28徐世琦等：用户驾驶习惯对电池SOC的影响分析结果如表5所示，距离单位为km。表5A车数据集中行程距离百分比耗电影响Tab.5Influence of percentage power consumption ontravel distance of Car A data set行程距离/km耗电率60.95119.90178.85060.95119.90178.85237.8000.254.29%0.03%0.00%0.00%0.250.5051.80%21.37%6.14%1.10%0.500.759.21%3.85%1.07%0.03%0.751.000.56%0.09%0.00%0.00%如上表所示，纵向比较行程距离可以发现，该用户的单次驾驶距离集中于0 12 0 km区间内，合计占比超过8 0%，其中0 6 0.95的距离区间占比超过6 0%。对耗电率进行横向比较，可以发现，无论行程距离处于何种区间之内，耗电率均集中于0.250.50 区间内，在给定行程距离范围内占比超过8 0%，并且，随着行程距离的增长，耗电率位于0.250.50 的区间占比几乎不变，因此可以得出结论，行程距离的增长对汽车电池耗电率没有明显的影响，该辆车的耗电率集中于0.2 50.50 之间，该驾驶员习惯于中短途驾驶。在驾驶行为建议上，行程距离的长短影响不大。4总结介绍了驾驶行为的定义准则以及从实车数据集中的提取方法，提出了一种适用于实车驾驶的“耗电率”指标，分析了急加速、急减速、平均速度、行程距离四项驾驶行为对耗电率的影响，得出了急加速、急减速、平均速度与“耗电率”存在正相关的影响，而行程距离无明显影响，并分析得到了A车驾驶员的驾驶行为习惯。参考文献1毛正涛，张金喜基于新能源汽车远程监控数据的驾驶行为识别建模与应用J汽车与配件，2 0 17（17）：80-83.2纪少波，李洋，李萌，等。纯电动共享汽车驾驶行为对能耗的影响J吉林大学学报（工学版），2 0 2 2，52（4）：754-763.3 宋媛媛基于行驶工况的纯电动汽车能耗建模及叙事里程估算研究D.北京：北京交通大学，2 0 14.4李伦.基于纯电动汽车高频运行数据的驾驶行为研究D.济南：山东大学，2 0 2 1.5上汽大众.上汽大众一驾驶行为分析MI.2020.