基于AVL_Cruise的電動汽車續航里程優化方法

楊秀玲　喬華　王娟

摘 要：電動汽車的續航里程始終是用戶考慮購買電動汽車的首要因素之一，也是衡量電動汽車經濟性的核心指標。提升電動汽車的續航里程是各大主機廠發展電動汽車的頭等大事，文章旨在通過對影響續航里程的關鍵因素進行分析，提出提升電動汽車續航里程的方法。關鍵詞：電動汽車;續航里程;制動再生中圖分類號：U469.7 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）11-21-03

Abstract：?The range of electric vehicles is always one of the primary factors for users to consider purchasing electric vehicles， and it is also the core indicator to measure the economy of electric vehicles.?It is the top priority for the automobile enterprise to improve the range of electric vehicles. This paper aims to analyze the key factors that affect the range of electric vehicles， and put forward the methods to improve the range of electric vehicles.Keywords：?Electric vehicle; Range; Regenerative brakingCLC NO.：?U469.7 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）11-21-03

1 前言

純電動汽車續航里程作為衡量電動汽車經濟性的核心指標，更是吸引用戶購買電動汽車的條件之一。提升電動汽車的續航里程不僅僅是為了滿足客戶的需求，也是汽車企業可持續發展的必經之路。

我國針對新能源汽車出臺了各種政策、法規和要求，提升電動汽車續航里程成為各大主機廠發展電動汽車的頭等大事。本文旨在通過對影響續航里程的關鍵因素進行分析，提出提升電動汽車續航里程的方法。

2 正文

根據能量守恒定律，能量不能憑空產生也不會憑空消失，只會從一種狀態轉化為另一種狀態。動力電池的能量=汽車的動能+克服阻力耗費的能量+效率耗散能量。電動汽車續航里程完全由驅動汽車行駛的能量和耗散能量的分配來決定，因此增加驅動汽車行駛的能量，減少耗散能量是增加電動汽車續航里程的主要方法。

本文以某一在研中的電動汽車為例，原車型的技術參數定義如表1所示。

在AVL_cruise中建立電動汽車計算模型如圖1所示：

2.1 整備質量對續航里程的影響

根據GB 18386-2017《電動汽車能量消耗率和續駛里程試驗方法》，電動汽車運行的工況速度是按照NEDC工況預先設定值，因此降低汽車的動能只能從降低汽車的重量入手。

將整車重量按照±10kg 的步長進行調整，分別計算不同重量下的續航里程，續航里程的結果對比見圖2所示，其中黃色柱圖為基準重量，基準重量左側為重量遞減，右側為重量遞增。最左側的-100kg到最右側的+70kg，整車重量變化了170kg，續航里程變化了6201m。

這里結合降重的成本，設定整車整備重量為1070kg。

2.2 整車速比對續航里程的影響

變速箱速比的調整會影響電機運行工況點的位置，不同的工況點位置將有不同的電機效率點，能夠影響不同的效率耗散能。在保證需求的動力性的前提下，試采用不同的速比計算，計算結果見表2。這里結合動力性的相關要求，選取速比6.8。

2.3 整車行駛阻力的優化

整車行駛阻力由風阻和整車機械阻力組成，在優化風阻的過程中，主要著眼于封堵無效開口;優化曲面，使氣流平滑過渡;設置擋板將渦流打散，使湍流強度減小。由于風阻優化與造型強相關，在本例中不做詳細討論。機械阻力實際上是一個關于車速的函數，在項目開發初期可以使用固定常數來代替平均數值進行計算。

優化機械阻力的過程中，同時需要考慮技術指標優化帶來的成本上升，以及平衡相應的其他問題。調整后計算結果見表3：

2.4 三電系統的優化與制動能量再生

三電系統對續航里程的影響體現在動力電池內阻、動力電池放電窗口、制動能量再生效率、以及驅動電機的效率上。本文中電芯的平均內阻取2毫歐，動力電池放電窗口取95%。將制動能量再生采用串聯式制動能量再生模式，進行電機全功率回收。制動力優先采用電機負扭矩提供，不足部分再由摩擦制動提供。

在本文以上的分析中，都是努力降低整車的阻力能量，降低耗散能量，屬于“節流”，而制動能量再生是真正的對動力電池電能進行“開源”。為保證制動再生能量的最大化，對制動能量再生策略做如下優化：

（1）為保證電機反電動勢，車速v在10km/h以上時，才進行制動能量再生;

（2）為防止電池過充電影響電池壽命，當電池荷電狀態低于95%時，或者電池電量小于滿電量2kwh時，允許電池充電;

（3）調整BMS中對電池的充電倍率1C的限制，允許按照電機滿功率充電;

根據以上制動能量再生策略，在Matlab Simulink中建立串聯式制動再生模型，如圖所示，并編譯成dll，與AVL_Cruise軟件進行信號連接計算，具體連接過程本文不再贅述。

將優化后的所有指標更新至計算模型中，重新計算，優化前后參數及計算結果如表4所示，續航里程達到了291.58 km，增加了32km。

3 結論

以某一在研車型為例，從能量守恒的角度考慮，定量分析了各個影響因素對電動汽車續航里程的影響，并提出了相應的解決方案。基于AVL_Cruise和Matlab/simulink的聯合仿真，節省了大量時間和成本。文中提出的續航里程優化方法，尤其在項目開發前期可對各種技術方案選型提供一定參考。

參考文獻

[1] GB 18386-2017電動汽車能量消耗率和續駛里程試驗方法.

[2] 余志生.汽車理論.第5版.北京機械工業出版社，2009.2.

[3] 劉威等，純電動汽車串聯式再生制動控制策略建模與仿真.輕工機械.2019.2.