電動(dòng)車?yán)m(xù)駛里程及能量消耗率新試驗(yàn)方法分析

于洋 王洪巖 張相杰 呂巖

（中國汽車技術(shù)研究中心）

電動(dòng)汽車自誕生以來，在近十幾年的普及發(fā)展過程中，一直受到里程問題的影響，所以電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)歷來受到業(yè)內(nèi)的格外重視。我國又是電動(dòng)汽車普及發(fā)展的大國，所以我國電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程和能量消耗率的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂對(duì)于考核本國電動(dòng)汽車的經(jīng)濟(jì)性，引領(lǐng)本國電動(dòng)汽車節(jié)能技術(shù)的提升具有重要意義。對(duì)于電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程和能量消耗率的新國標(biāo)分析，及新舊國標(biāo)的測(cè)試方法的對(duì)比，能為企業(yè)研發(fā)人員的標(biāo)準(zhǔn)跟蹤及法規(guī)認(rèn)證人員開展相關(guān)電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性分析研究工作提供技術(shù)幫助。

1 標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)制定背景

GB/T 18386—2005《電動(dòng)汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法》[1]于2006年2月1日實(shí)施后沿用至今，成為近些年考核電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性最重要的標(biāo)準(zhǔn)。電動(dòng)汽車技術(shù)的進(jìn)步對(duì)汽車經(jīng)濟(jì)性和續(xù)駛里程的測(cè)試方法提出了新的要求。對(duì)電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性評(píng)測(cè)方法相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的修訂計(jì)劃于2015年8月正式下達(dá)，經(jīng)過相關(guān)整車企業(yè)、檢測(cè)機(jī)構(gòu)及行業(yè)內(nèi)相關(guān)專家的多輪討論，最后形成并制定了新的電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 18386—2017《電動(dòng)汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法》，該標(biāo)準(zhǔn)于2017年10月14日發(fā)布，已于2018年5月1日正式實(shí)施。針對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法，正在配套制定1個(gè)電動(dòng)汽車能量消耗率限值的國標(biāo)，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)汽車的100 km能量消耗率限值提出了具體要求。由此可見，我國政府通過標(biāo)準(zhǔn)的制定對(duì)電動(dòng)汽車的能耗提出了更高的要求，所以進(jìn)一步提高汽車能量利用率，升級(jí)汽車的節(jié)能效果勢(shì)在必行。

2 新舊標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

新標(biāo)準(zhǔn)主要是在老版GB/T 18386—2005中的汽車的加載質(zhì)量與滑行阻力試驗(yàn)質(zhì)量不一致、等速法續(xù)駛里程試驗(yàn)條件不可控、重型汽車沒有指定的工況法續(xù)駛里程等方面進(jìn)行了修訂。新版18386標(biāo)準(zhǔn)《電動(dòng)汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法》[2]主要的修訂內(nèi)容如下。

1）試驗(yàn)質(zhì)量。a.等速法：如果最大允許裝載質(zhì)量小于或等于180 kg，該質(zhì)量為最大允許裝載質(zhì)量；如果最大允許裝載質(zhì)量大于180 kg，但小于360 kg，該質(zhì)量為180 kg；如果最大允許裝載質(zhì)量大于360 kg，該質(zhì)量為最大允許裝載質(zhì)量的一半。等速法試驗(yàn)備注僅因政策或其他標(biāo)準(zhǔn)的引用而保留，因此，等速法試驗(yàn)質(zhì)量與GB/T18386—2005 保持一致。b.工況法：對(duì)于 M1、N1、最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量不超過3 500 kg的M2類汽車，該質(zhì)量為100 kg；對(duì)于城市客車，進(jìn)行城市典型公交循環(huán)時(shí)，該質(zhì)量為最大設(shè)計(jì)裝載質(zhì)量的65%，進(jìn)行C-WTVC循環(huán)時(shí)，該質(zhì)量為最大裝載質(zhì)量；對(duì)于其他汽車，該質(zhì)量為最大裝載質(zhì)量。

2）試驗(yàn)條件。在20～30℃室溫下進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。

3）曲線公差。增加適用于重型車工況法的曲線公差要求。

4）結(jié)束試驗(yàn)循環(huán)的標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)行規(guī)定的NEDC工況試驗(yàn)循環(huán)時(shí)，對(duì)最高車速≥120 km/h的試驗(yàn)汽車，不能滿足4.4.2所規(guī)定的公差要求時(shí)，應(yīng)停止試驗(yàn)；對(duì)最高車速＜120 km/h的試驗(yàn)汽車，在工況目標(biāo)車速大于車型申報(bào)最高車速時(shí)，目標(biāo)工況相應(yīng)速度基準(zhǔn)曲線調(diào)整為汽車申報(bào)最高車速，此時(shí)要求駕駛員將加速踏板踩到底，允許汽車實(shí)際車速超過4.4.2所規(guī)定的公差上限，當(dāng)不能滿足4.4.2所規(guī)定的公差下限時(shí)應(yīng)停止試驗(yàn)；在工況目標(biāo)車速小于等于車型申報(bào)最高車速時(shí)，不能滿足4.4.2所規(guī)定的公差要求，應(yīng)停止試驗(yàn)。更新增加中國典型城市公交循環(huán)工況和C-WTVC工況試驗(yàn)循環(huán)的結(jié)束試驗(yàn)循環(huán)標(biāo)準(zhǔn)。

5）充放電及試驗(yàn)環(huán)境。增加充電后、試驗(yàn)前的汽車放置環(huán)境：“在此期間，確保汽車在20～30℃的溫度條件下放置”。

6）汽車道路負(fù)荷設(shè)定。增加適用于重型商用汽車行駛阻力系數(shù)的推薦方案。

7）試驗(yàn)工況。對(duì)于M1、N1、最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量不超過3 500 kg的M2類試驗(yàn)汽車，在底盤測(cè)功機(jī)上采用NEDC循環(huán)進(jìn)行試驗(yàn)；對(duì)于城市客車，在底盤測(cè)功機(jī)上采用GB/T 19754—2015中規(guī)定的中國典型城市公交循環(huán)或GB/T 27840—2011中附錄C規(guī)定的C-WTVC循環(huán)工況進(jìn)行試驗(yàn)；對(duì)于其他汽車，在底盤測(cè)功機(jī)上采用GB/T 27840—2011中附錄C規(guī)定的C-WTVC循環(huán)工況進(jìn)行試驗(yàn)。

8）試驗(yàn)期間停車規(guī)定。除非有其他的規(guī)定，每6個(gè)工況試驗(yàn)循環(huán)，允許停車（10±1）min。停車期間，汽車啟動(dòng)開關(guān)必須處于“off”狀態(tài)，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)蓋及試驗(yàn)臺(tái)風(fēng)扇，釋放制動(dòng)踏板，不能使用外接電源充電。

9）重型車移動(dòng)問題。參考GB/T19754—2015，增加“重型車當(dāng)汽車充電位置與底盤測(cè)功機(jī)不在一起的情況，需要使用自身動(dòng)力在兩者之間移動(dòng)”的移動(dòng)規(guī)定。

10）續(xù)駛里程和能量消耗率的計(jì)算。a.M1、N1、最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量不超過3 500 kg的M2類車的工況法：對(duì)于測(cè)得的車輛續(xù)駛里程和能量消耗率，根據(jù)車輛的最高車速的不同，以10 km/h為間隔區(qū)間增加相應(yīng)的里程折算系數(shù)（在限值標(biāo)準(zhǔn)中體現(xiàn)）。b.M1、N1、最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量不超過3 500 kg的M2類車以外的工況法：對(duì)于城市客車，在底盤測(cè)功機(jī)上采用中國典型城市公交循環(huán)或C-WTVC循環(huán)進(jìn)行試驗(yàn)，移動(dòng)和試驗(yàn)過程，要求實(shí)時(shí)測(cè)量并記錄電池端的電壓和電流值，并依據(jù)試驗(yàn)期間的放電量比例計(jì)算能量消耗率，進(jìn)而計(jì)算等效續(xù)駛里程；對(duì)于其他車輛，在底盤測(cè)功機(jī)上采用C-WTVC循環(huán)工況，考慮不同車型的特征里程分配比例，在能量消耗率（C）的計(jì)算公式中加入了里程分配比例（K），其他計(jì)算思路與中國典型城市公交循環(huán)工況的計(jì)算相同。

11）擋位建議。如果廠家推薦的汽車駕駛模式能夠與工況參考曲線相配合，則使用廠家的推薦模式；如果廠家的推薦模式不能滿足工況參考曲線要求，則選擇最高車速相應(yīng)的模式。

以上11點(diǎn)是GB/T18386—2017《電動(dòng)汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法》主要的修訂內(nèi)容，除了一些具體的試驗(yàn)方法和試驗(yàn)條件的修訂外，最主要的是引入了中國典型城市公交循環(huán)工況和C-WTVC工況，考察商用車對(duì)應(yīng)工況的續(xù)駛里程和能量消耗率，這必將給這幾類汽車的能量利用率和節(jié)能技術(shù)提出更高的要求，這一部分也很可能將作為這幾類汽車申請(qǐng)國家新能源補(bǔ)貼要考察的主要技術(shù)指標(biāo)。

3 汽車能量利用率提升的4種途徑

3.1 整車輕量化設(shè)計(jì)

汽車能量利用率的提高，就是要減少汽車無用功的輸出，增加汽車有用功部分。汽車的質(zhì)量是最集中、最根本的汽車慣性改變的體現(xiàn)。在不妨礙汽車主動(dòng)、被動(dòng)安全的情況下，盡可能地減少汽車質(zhì)量是最根本的降低汽車行駛阻力的方法，所以整車減重、輕量化材料在車身上的大膽應(yīng)用及提高電池的能量密度等都是整車輕量化的具體體現(xiàn)。

3.2 降低風(fēng)阻系數(shù)及滾阻系數(shù)

從降低及減小汽車的阻力出發(fā)，汽車的行駛阻力（FT/N），如式（1）所示[3]，其中，f，CD，A 這些物理量都直接影響汽車的最終阻力，所以為了提高汽車的續(xù)駛里程及能量利用率，對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化是十分必要的。

式中：G——重量，N；

t——時(shí)間，s；

v——車速，km/h；

δ——旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；

m——汽車質(zhì)量，kg；

f——滾動(dòng)阻力系數(shù)；

CD——風(fēng)阻相關(guān)的系數(shù)；

A——迎風(fēng)面積，m2。

3.3 提高制動(dòng)能量回收率

制動(dòng)能量回收能力是搭載電機(jī)的新能源汽車獨(dú)有的能量回收能力，它是體現(xiàn)電動(dòng)汽車優(yōu)勢(shì)的一項(xiàng)技術(shù)，可以從制動(dòng)損失的能量中回收能量用于汽車驅(qū)動(dòng)。大量試驗(yàn)和理論模型推演的結(jié)果顯示，若汽車的制動(dòng)能量能夠全部由電機(jī)提供，即實(shí)現(xiàn)能量完全回收，對(duì)NEDC工況續(xù)駛里程的貢獻(xiàn)率可以達(dá)到20%左右，對(duì)ECE城市工況續(xù)駛里程貢獻(xiàn)率可以達(dá)到30%左右。

以耗電量為15 kW·h/100 km的汽車計(jì)算，每增加20%的續(xù)駛里程，需要增加3 kW·h的電，按1 kW·h需2 000元計(jì)算，需要增加6 000元，相比制動(dòng)回收系統(tǒng)對(duì)續(xù)駛里程的提升，性價(jià)比要低得多。目前汽車的再生制動(dòng)形式主要分為串聯(lián)協(xié)調(diào)式制動(dòng)回收系統(tǒng)和并聯(lián)疊加式制動(dòng)回收系統(tǒng)，這2種形式的能量回收系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)有效的制動(dòng)能量回收。但相對(duì)于簡(jiǎn)單的并聯(lián)疊加式制動(dòng)回收，串聯(lián)協(xié)調(diào)式回收系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)踏板力的解耦和液壓制動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，能量回收更充分，駕駛?cè)说奶ぐ甯杏X更好。

3.4 電池單體的一致性

電動(dòng)車的電池組往往由成百上千個(gè)單體組成，這些單體一致性的好壞直接影響汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的表現(xiàn)[4]。因?yàn)檎姵亟M的性能往往取決于較差的那個(gè)電池單體的性能，所以從電池最初出廠成組，到使用環(huán)節(jié)中電池充放電后電池的一致性，都會(huì)影響整包電池在放電深度上的表現(xiàn)，最終影響汽車的能量消耗率。電池的壓差、內(nèi)阻的差別及電池容量的差別都是反映電池單體一致性的關(guān)鍵參數(shù)。

4 結(jié)論

文章從2017版電動(dòng)車?yán)m(xù)駛里程和能量消耗率國標(biāo)的制定背景談起，重點(diǎn)分析了新版考核電動(dòng)車經(jīng)濟(jì)性的國標(biāo)與老版本續(xù)駛里程和能量消耗率國標(biāo)的區(qū)別，給出了標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)修改的部分以及修改初衷，最后對(duì)提高整車的續(xù)駛里程和能量消耗率給出了幾點(diǎn)建議。文章對(duì)幫助企業(yè)深入了解及研究電動(dòng)車經(jīng)濟(jì)性測(cè)試方法，提升汽車的經(jīng)濟(jì)性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。