某純電動乘用車經濟性優化方法研究

盛德濤 楊俊萍 袁利東

1.一汽凌源汽車制造有限公司 上海市 201900 2.鄭州宇通客車股份有限公司 河南省鄭州市 450016 3.一汽凌源汽車制造有限公司 上海市 201900

1 前言

純電動乘用車是以車載動力電池組為電源，依靠大功率驅動電機提供動力的交通工具，具有清潔無污染、能量轉換效率高、結構簡單等優點[1]。

當前純電動乘用車行業內已刊登的文獻中多數傾向于理論性研究，運用相關公式建立數學模型進行計算分析[2]。為此本文選定NEDC工況續駛里程作為評判依據，通過把理論定性分析、仿真分析與試驗測試相結合的方式，論述參量設計載荷、 滾動阻力系數、整車工作效率對車輛續駛里程的影響程度。

2 理論定性分析

2.1 整車供電原理簡介

在純電動乘用車產品開發初期，首先根據整車動力性設計目標確定電池、電機等關鍵高壓用電器參數，在此基礎上完成低壓用電器件的選型以及參數匹配，由于用電器配置確定后整車低壓用電器件的能耗很難降低，因此本文僅研究高壓用電器的能耗優化方法。驅動電機是主要的高壓用電器，其工作效率和電機轉速以及轉矩相關且直接影響整車能耗，因此在進行驅動電機匹配設計時，保證其高效區間與車輛經濟車速相匹配是基本的設計原則。

對于純電動乘用車經濟性的改善與提高，主要考慮續駛里程以及行駛工況能耗。行駛工況能耗是以一定車速或者循環行駛工況為基礎，以車輛行駛一定里程的能量消耗量來衡量[2-3]。這一點與GB/T 18386-2005《純電動車能量消耗率和續駛里程試驗方法》是一致的。

2.2 功率平衡方程

勻速行駛工況純電動乘用車的功率平衡方程

式中：P為驅動電機輸出功率，單位kW；η為整車工作效率因數；m為純電動乘用車設計載荷，單位kg；g為重力加速度，單位m/s2；f為滾動阻力系數；V為行駛車速，單位m/s；CD為風阻系數；A為正投影面積，單位m2。

勻加速行駛工況純電動乘用車的功率平衡方程

式中：δ為旋轉質量轉換系數；為加速度，勻加速行駛工況下為常量；其余字母含義與（1）式中相同。

NEDC工況試驗循環由4個市區循環和1個市郊循環組成。整個循環工況整車分為勻速行駛、勻加速行駛、熄火靜止三種行駛模式。因此，公式（1）和公式（2）可以用來對NEDC工況法經濟性優化進行理論分析，參考GB/T 18386-2005《純電動車能量消耗率和續駛里程試驗方法》附錄A求積分即可。

通常純電動乘用車經濟性優化有整車輕量化、提升整車工作效率、降低整車用電器件能耗、降低滾動阻力系數四大類途徑。結合公式（1），整車輕量化相當于降低整車整備質量即降低設計載荷m；提升整車工作效率對應于提高整車工作效率因數η；降低整車用電器件能耗主要是指降低整車用高壓電器件的能耗；降低滾動阻力系數則是優化f數值。

3 仿真分析

3.1 模型建立

以某微型純電動乘用車為例進行仿真分析，在Cruise軟件環境中構建仿真模型。把整車的相關參數輸入到模型中；把驅動電機外特性曲線圖等信息輸入到驅動電機模型中；動力電池組參數輸入到電池模型中；其余模型信息以此類推進行處理。模型建立后，調試驗證后進行仿真分析。

3.2 滾動阻力系數優化

初始狀態時，車輛采用的輪胎滾阻系數偏高，采用低滾阻輪胎進行仿真NEDC工況法分析，仿真分析結果見表1。

表1 NEDC工況法測試結果

優化滾動阻力系數后，兩兩對比續駛里程分別增加了10.7km、8.2km，增幅為8.3%、5.87%（對應滾動阻力系數優化幅度20%、16.7%），滾動阻力系數優化對于續駛里程的改善，效果較為顯著。

3.3 設計載荷優化

設計載荷優化的主要途徑是整車輕量化，主要途徑有減薄料厚、結構設計優化、采用鋁合金碳纖維等復合材料等。由于該微型純電動乘用車已經充分進行了整車輕量化工作，故仿真時采用設計載荷增值法進行分析，NEDC工況法仿真分析結果見表2。

表2 NEDC工況法測試結果

NEDC工況法兩兩對比續駛里程分別增加了1.9km、4km，增幅分別為1.54%、3.2%（對應設計載荷優化幅度4.85%、5.10%），設計載荷優化對于續駛里程的改善，效果較為顯著。

3.4 整車工作效率優化

整車工作效率優化主要有改善機械部分傳遞效率及電力部分傳遞效率兩大類方法。NEDC工況法仿真分析結果見表格3。

表3 NEDC工況法測試結果

NEDC工況法整車工作效率優化0.01（增幅1.25%）后，續駛里程增加1.2km，增幅0.93%，整車工作效率優化對于續駛里程的改善，效果顯著。

4 NEDC工況法測試

4.1 測試準備工作

準備新下線經過磨合的新商品車一輛（整車工作效率可調），隨帶充電槍等一系列工具，委托國內權威第三方檢測機構進行NEDC工況法測試，同時安排2名試驗人員及2名電氣工程師全程跟蹤試驗過程。試驗大綱可以與第三方檢測機構人員共同討論后定稿，其余工作依據GB/T 18386-2005《純電動車能量消耗率和續駛里程試驗方法》執行。

4.2 測試結果分析

測試過程中具體操作完全由第三方檢測機構人員進行，單項問題進行多次測試（關閉制動能量回收裝置），經過處理后的具體測試結果見表格4。

表4 NEDC工況法測試結果

通過把表4中測量結果分別與表1至表3的仿真分析結果對比發現，測向結果較仿真分析結果偏小，誤差在±1.5%以內，實測數據與仿真分析數據吻合性較好。

5 結論

（1）純電動乘用車設計開發過程中，在整車配置以及外造型確定的前提下，其低壓電器件能耗總功率P1、風阻系數CD、迎風面積A隨之確定，此時續駛里程S主要影響參變量是滾動阻力系數f、設計載荷m、整車工作效率η。

（2）整車工作效率η對續駛里程的影響最大，設計載荷m與滾動阻力系數f對續駛里程的影響次之。

（3）制動能量回收裝置涉及因素較多，具體有制動性、整車控制策略、主觀駕駛感受等，本位論述的是僅僅影響純電動乘用車能耗經濟性的單一因素，故本文不把其列為能耗經濟性優化方法之一進行論述。