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为什么电动车就没办法像智能手机般精准显示剩余电量呢?

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自从智能手机开启“电量百分比”功能之后,现代人对于充电的焦虑感貌似愈发迫切了?无独有偶,现在的电动车也大都具有“剩余电量百分比”显示,但不同于智能手机,电动车上的电量显示可不太精准哦,好多车主都因此吃过亏!

针对这个问题,EVLAB邀请到了在某大型汽车零部件厂担任电池系统开发经理的赵玮炜先生来陪大家聊一聊“为什么电动汽车电池不能精确显示剩余电量?

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这个问题的答案是:

能显示百分比,不一定要显示百分比

这有点拗口,我们一个一个来看。

可以显示剩余电量百分比

业界对电池的剩余电量是有统一定义的,统称为SOC(全称是State of Charge)荷电状态,也叫剩余电量,代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值,常用百分数表示。其取值范围为0~100%,当SOC=0%时表示电池放电完全,当SOC=100%时表示电池完全充满。

SOC是最直观的告诉你电池剩余多少电量的指标。这个指标对于电池管理系统的各种控制策略也是非常关键的,所以每一个设备,无论是手机还是电动汽车,其实电池管理系统都会实时去计算出这个变量(先不管算的是否准确)然后用来做各种控制。

既然系统里面有这个变量,所以回到第一个问题本身:电动汽车可以像手机一样精确显示以百分比计算的剩余电量。

如何获取SOC

从上面这段话可以看出SOC=剩余电量/可用容量 *100%。剩余电量好理解,是电池还能够放出的安时数(AH)。可用容量就比较玄乎了,是电池在当前状态下能够允许存储的最大电量(AH)。

这个值可是随时在变的,最明显因素的是老化,随着时间推移,随着充放电循环数上升,可用容量都在逐渐减小。而且这个可用容量还不是线性变化的,也就是说不同的用法有不同的老化速度。典型的几个影响因素如下:

01 不同使用温度对可用容量的衰减有影响

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从上图可以清晰看出,温度在25摄氏度条件下循环寿命几乎是45℃环境下循环寿命的两倍。也就是说电池在这种情况下可用容量衰减比45℃慢。

02 不同充放电倍率对可用容量的衰减速度有影响

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上图表征的是不同充放电倍率对电池寿命的影响,可以直观理解为电池充电/放电功率大小对电池可用容量的影响。充放电功率越大,造得越狠,电池衰减越快,电池可用容量下降越快。

03 不同放电深度对可用容量的深度有影响

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放电深度(DOD)的概念可以理解为我放了多少电就往回充。例如我每天充到100%,上个班回家还有90% SOC,这时我立马充电回到100%,那放电深度就是10%。

这样的循环可以比你每天放到10%(90% 放电深度)可以支持的循环数要多得多。不过衰减到相同可用容量时候车子总里程未必会多很多,只是说会有些改善。

剩余电量=总可用容量-已放出的电量

这么一来我们就明白了:已放出电量可以用电流传感器经过安时积分得到,但可用容量却不那么容易。

电池的充放电本质上是化学反应的过程,化学反应受影响的因素多种多样。从上面的几个影响因素我们可以知道可用容量总是在变的,最有效的测量方法就是用小电流把电池充满,再用小电流把电池放空。计算放空时总共放出的安时数。但现实中哪有这样的机会啊,你总不能要求用户配合你慢慢开车把电放空吧,还要尽可能少刹车。

所以我们系统中的SOC总是不那么准的,业界一般只能做到5%左右的偏差。要命的是这还个精度是在实验室里面测的,实际到了车上情况会变得更糟糕。车子遍布天涯海角,每个人使用习惯千差万别,误差逐渐累积之后你也不知道这个SOC精度差到什么情况,除非你把车子再拿回实验室核对一次可用容量。这当然不现实。所以我们得出第一个结论:

SOC这个值可以显示“精确的“百分比给用户,但它不太准。

不一定要显示剩余电量百分比

好,我们知道可以显示这个值了,为什么很多车厂却没有去显示出来呢?而为什么手机要显示出来呢?我觉得这个问题并没有什么绝对的答案,但可以从几个方面去探究一下:

01 以终为始,我们为什么想知道剩余电量

想知道剩余电量无非是想知道这电池我还能用多久。用手机我们可以通过这个剩余电量推算出手机多久后会关机,心里好受一些没有这么焦虑;开车想知道剩余电量无非是想知道我能够开多远。开车与手机相比复杂性大很多,例如温度变化大,功率输出变化快,驾驶习惯多变,可能遇到各种路面情况等等。

就算我告诉你当前还剩90%的电量你也没办法通过心算和经验推算出你能走多远,因为很有可能在下个路口你就被堵住了,然后眼睁睁看着空调把你的可用电量耗到了80%。所以车厂一般都会给你一个剩余里程和模糊的剩余电量指示给你。

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厂家直接告诉你还剩多少续航里程,然后SOC用多少“格“来表示,每格代表10%。既然车子已经把我们想得到的信息:还可以开多远 告诉了我们,为什么我们还想要知道精确的百分比表示的可用电量呢?这也不是题主没事找事,主要还是这个续航里程信息还是太不靠谱了。

显示还有200公里的续航,上高速一飙可能就开不到下一个出口了,你说气人不气人。再加上各种温度的影响,夏天不敢开空调,冬天不敢制暖,冷不丁就从3格电直接掉到0了。所以车主很想知道具体的值,而不是大颗粒的格子,是为了心安。

但是从上面的原理我们也可以知道,即使显示了精确的剩余电量百分比,它不准确引起的恶果还是存在的,并没有什么改善。

02 怎么能让用户安心

其实就算这个SOC和剩余里程估算不精确也可以让用户安心开。举个例子:我的车极限能跑1000km。如果车子显示续航1000km很有可能到800km的时候就跑不动了(路况,风阻,驾驶习惯,温度等各种影响),换来用户各种吐槽,天然就不信任你。但如果显示续航500km,用户玩了命的开开到500km,指针指到0,还能再开100km随便去找充电桩。那用户肯定夸你,也不再要求你显示精确的SOC值,也不会管你到底算的准不准。

所以当前的矛盾并不真的是因为SOC算不准,而是电动车极限的续航太低了。车子的极限只有400,你再把续航标成200就真的没人买了。

再看回燃油车,燃油车的油量显示只有粗略的几格,剩余里程估计值也是可有可无的东西,为啥大家就没需求想知道剩余燃油究竟有多少升或者精确百分比呢?

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燃油车仪盘表

燃油车普遍续航很高,开到红线还可以很从容的找加油站,几分钟就满血复活了,谁还追着要精确的剩余油量或者续航里程呢?

03 业界的一些尝试

各车厂其实也在做一些努力去减轻用户对剩余电量或者续航里程估计准确性的忧虑。典型的做法是电池估算与智能系统结合。通过智能系统分析用户所有可能开的路径,分析用户开车的习惯,路径上的坡度,路面粗糙程度,实时拥堵情况,温度分布等等来分析用户可能的活动半径,直接在中控上显示出来,这比用户的经验要准确得多。这是宝马BMW i3 Range Assistant正在做的事情。

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这与其他车厂的做法不一样,你不需要告诉车子你要去哪个目的地。车子实时根据你当前的位置去算你通过三种不同的驾驶模式(S,D,ECO)往任意一条路可能走到的最远距离。

深色的区域是你一定会达到的,越浅的区域越需要省电的驾驶方式才能到达,并没有告诉你还能开多远,剩余多少AH电量,但是你一眼看下去可以很安心,该直接向前走还是先去充个电,完全不用老司机的经验或者数学家的心算,多好。

结论

总结回答题主的问题:

1.电动汽车可以显示精确的剩余电量百分比

2.电动汽车不显示这个百分比是因为即使显示了也没有解决实际问题

3.逐渐有更好的技术出现来缓解用户的焦虑,随着续航里程的增加,充电便利性变好,精确显示剩余电量的需求会逐渐变得不那么重要。

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