電動汽車整車性能檢測研究進展*

許冀陽 文 昊

（1-陜西工業職業技術學院汽車工程學院 陜西 咸陽 712000 2-陜西省計量科學研究院）

引言

電動汽車是指以車載電源為動力，全部或部分采用電機驅動，符合道路交通、安全法規各項要求的車輛。主要包括純電動汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車[1-2]。

隨著德國、英國和法國等國家相繼推出禁止銷售燃油車的時間表，電動汽車在全球范圍內受到了廣泛關注，正在改變世界交通運輸的未來[3-4]。電動汽車以運行效率高、零排放和低噪聲等優點得到快速發展，許多國家把電動化作為汽車工業的發展方向。在我國，隨著汽車產銷的快速增長，汽車保有量不斷增加，傳統汽車已成為溫室氣體和空氣污染物排放的來源之一[5-6]。為應對可持續交通、能源安全和氣候變化方面的挑戰，我國政府將以電動汽車為主的新能源汽車產業上升到國家戰略的層面，并出臺了一系列政策措施保證其健康發展[7-8]。2015 年，我國新能源汽車產量為34 萬輛，銷量為33 萬輛，產銷均居世界第一，并持續保持領先優勢[9-10]；2015 年～2019年，我國連續5 年成為全球最大的新能源汽車產銷國。2019 年，我國新能源汽車銷量為120.6 萬輛，其中純電動汽車銷量為97.2 萬輛。

電動汽車雖然得到了快速發展，但是在續航里程、動力穩定性和制動能量回收等方面問題依然突出，自燃爆炸、斷電停車、碰撞起火等問題頻發。2018年發生的電動汽車起火事故多達25 起，引發了極高的公眾關注度[11-12]。

為保證電動汽車在各種交通路況、天氣環境下能夠安全、高效、穩定、可靠行駛，需根據電動汽車構造特性及運行特性，對其進行全面的性能檢測、分析和研究。

電動汽車性能檢測是進行電動汽車技術開發、產品性能優化和在用車檢驗不可或缺的重要環節，對電動汽車的產業化和使用評價起著至關重要的作用。

1 電動汽車檢測的相關標準

世界上很多國家都非常重視電動汽車的檢測和測試工作，在整車動力性、續航里程、能量消耗率、行駛穩定性及制動能量回收性能等方面開展了相關測試和研究，并制定了一系列檢測標準，不斷提高電動汽車測試評價技術來推動電動汽車的技術革新、產業發展和在用車輛性能評價。

國外的國家汽車標準中，最具有代表性的是美國、歐洲以及日本3 大汽車標準體系[13]。美國汽車工程師協會（SAE）先后發布了電動汽車技術標準51項，包括各類電動車輛安全技術要求以及整車動力性、經濟性等方面的測試方法，主要有SAE J1634：2012 《純電動汽車的能源消耗和里程測試規程》、SAE J1711：2010 《混合動力汽車燃料經濟性和排放污染檢測推薦規程》[14-16]。歐洲標準化委員會主要負責純電動汽車和混合動力汽車領域的標準化工作，發布了EN 1821-1、EN 1821-2《電動道路車輛·能耗測量方法》，EN1986-1、EN1986-2 《電動道路車輛·道路行駛性能的測量方法》等。日本政府高度重視純電動汽車的檢測和評價工作，日本電動車輛協會制定了JEVS Z 111-1995 《電動車輛標準能量消耗量試驗方法》、JEVS Z 109-1995《電動車輛加速性能試驗方法》、JEVS Z 112-1995《電動車輛爬坡能力試驗方法》等整車檢測標準。

在我國，國家質量監督檢驗檢疫總局先后發布了GB/T 18385-2005 《電動汽車動力性能試驗方法》、GB/T 28382-2012 《純電動乘用車技術條件》、GB/T 18384-2015 《電動汽車安全要求》、GB/T 18386-2017《電動汽車能量消耗率和續駛里程試驗方法》以及GB/T 35179-2017《在用電動汽車安全行駛性能臺架檢驗方法》5 項國家標準。

2 電動汽車性能檢測

電動汽車從開發到整車成型，直到進入市場以及后期的使用性能評價，每個環節都離不開電動汽車性能的檢測。目前，國內外電動汽車性能測試的研究方法主要有計算機建模仿真測試、室內試驗臺架測試和室外真實道路實車測試[17]。電動汽車性能檢測主要包括動力系統性能檢測、能耗和續航里程檢測以及制動能量回收系統檢測。

2.1 動力系統性能檢測

電動汽車驅動系統作為評價電動汽車性能優劣重要標準之一，決定了電動汽車的能效、距離、速度和加速性能，很多研究人員開展了驅動系統測試平臺的測試方法和快速評價方法的研究。

吳海龍等[18]等基于Labview 系統開發了電動汽車動力系統性能測試平臺，如圖1 所示。

圖1 臺架性能測試平臺系統結構

該測試平臺利用9 點控制的動態切換PID 控制策略，能夠實現電動汽車不同行駛工況下的負載轉矩模擬，對驅動系統在驅動狀態下的動力性和發電狀態下的制動能量回收系統性能進行測試。測試精度高、性能好，完全滿足電動汽車動力系統各性能的測試要求。

周美蘭等[19]開發的電動汽車道路工況模擬測試平臺，采用雙獨立控制器實現電機控制，不僅能夠實現實時準確地給驅動電機加載，還能模擬汽車制動能量回收系統發電運行，響應時間提升20%，能源利用率超過80%，如圖2 所示。

圖2 對拖式電動汽車道路工況模擬測試臺

滿敏等[20]基于高級車輛仿真軟件，將整車行駛工況轉化為驅動電機工況，設計了電動汽車動力測試平臺，實現了整車道路工況試驗在電動汽車動力測試平臺上的模擬，滿足初期電動汽車驅動系統的性能測試與評價。

李炯等[21]基于GPIB 和CAN 總線集散控制系統，設計搭建了電機驅動系統性能測試平臺。

柴華等[22]利用XiL（Xin-the-Loop）技術開發了燃料電池汽車動力系統（FCV）的分布式多任務動態測試平臺，首次在FCV 領域基于馬爾可夫可靠性理論實施了大型綜合測試設備主控制器冗余切換策略設計。

通過控制加載電機的負載轉矩或負載功率，模擬電動汽車在不同行駛路況下的運行工況，綜合評價驅動系統的驅動性能，精度高，可控性好，易實現極限工況下的測試，不受外界環境和駕駛員因素影響，但是與真實道路行駛工況和裝車運行測試仍有一定差距。

2.2 能耗與續航里程測試

電動汽車的續航里程與內燃機汽車仍有不小的差距，降低能源消耗，提高續航里程是電動汽車的重點研究方向之一[23]。由于電動汽車與傳統內燃機汽車在結構方面有著本質不同，故內燃機汽車的能耗檢測和評價方法不能簡單應用于電動汽車，很多研究者通過真實道路檢測或者開發檢測系統來進行純電動汽車能耗和續航里程檢測。

K.Ruangjirakit 等[24]利用2 輛不同的電動汽車分別在實驗室和曼谷固定線路的實際道路上，按照新歐洲行駛工況和曼谷行駛工況，進行了不同里程的能耗測試。結果表明，在平均車速為35～45 km/h 時，2 種電動汽車的功耗均最低。

Zhang Heng Jia 等[25]通過對電動汽車和傳統汽車在6 個月內的行駛里程進行比較，研究電動汽車的節油效率。結果表明，電動汽車在不同季節、不同平均溫度下行駛時，電耗差異很大。在高溫或低溫下，電耗較大；工作日和休息日的節油效率分別為80.3%和42.2%，電動汽車在工作日的節油效果最好。

D.Karner 等[26]采用AVTA 的基準測試和快速可靠性測試對混合動力汽車的燃油經濟性和動力電池退化進行了研究。研究發現，在使用空調時，燃油經濟性大幅降低，如表1 所示。混合動力汽車的燃油經濟性在季節變化上有10%的差異，而在車輛不同使用壽命期間變化不大。

表1 混合動力汽車燃油經濟性

Noh K.H.等[27]采用美國EPA 循環工況法對中混合動力汽車進行了能耗測試和研究。如圖3 所示。圖中，A、B 為2 輛不同的混合動力汽車。結果表明，能量效率最高的是FTP-75，其后依次是HWFET、SC03、冷FTP-75、US06。FTP-75 循環工況比其他工況具有更高的能量效率，常溫FTP-75 工況的能量效率比低溫FTP-75 工況高34.3%，一次充電的行駛距離比低溫FTP-75 工況高36.7%。

圖3 5 種循環工況的能量效率

Jonathan Oakley 等[28]在不同駕駛工況下進行了真實道路檢測，評估音箱、空調等汽車附件的使用以及乘客數量對電動汽車的能耗和續航里程的影響。結果表明，空調使用能耗增加約30%；增加總質量為150 kg 的2 名乘客后，能耗增加約21%。另外，交通狀況、駕駛習慣、天氣狀況對能耗也有一定的影響。

J.Restrepo 等[29]在海拔為2 600 m、平均溫度為15 ℃的哥倫比亞首都波哥大對電動汽車進行了100次道路測試，研究溫度、道路類型、加速度、速度、地形和空調的使用情況對電動汽車能耗和性能的影響。

P.Dost 等[30]基于500 多名測試人員的實際道路測試數據，研究了環境溫度對純電動汽車（BEV）和增程式電動汽車（EREV）能耗的影響。研究發現，BEV 和EREV 的能耗隨季節變化，與溫度變化密切相關。當溫度從25 ℃降至0 ℃時，若開空調取暖，EREV 的平均能耗增加了60%，BEV 的平均能耗增加了51%；如果沒有額外能耗，EREV 和BEV 的平均能耗將分別增加30%。

電動汽車能耗和續航里程的真實道路檢測更符合車輛的真實運行工況，準確度更高。電動汽車在不同季節、不同溫度下，能耗和續航里程不同；空調、音箱等附件的使用對電動汽車的能耗影響較大；在工作日的節油效果最好。

2.3 電動汽車制動能量再生系統測試

制動能量回收系統在電動汽車上應用非常普遍，裝車率較高，不僅對能耗產生影響，而且對整車安全性能具有重要意義，故國內外對動汽車制動能量回收效率檢測和評價方法進行了很多研究。

Li Chen 等[31]采用NEDC 循環工況在底盤測功機上對3 種電動汽車進行了測試。研究表明，再生制動系統的能量效率提升了11.18%，續航里程提升貢獻率為12.58%。

Qiu Chengqun 等[32]采用中國典型城市再生制動循環工況對電動汽車進行了制動能量回收系統的實際道路測試。結果表明，制動能量回收系統對提高能量效率和續航里程的貢獻率分別達到41.09%和24.63%。

Li Ning 等[33]研究了電動汽車附件系統能耗對制動能量回收貢獻率的影響，在分析純電動客車、燃料電池客車和混合動力客車3 種典型電動客車能量流的基礎上，提出了考慮附件系統制動能量回收效率評價指標。試驗結果表明，車輛輔助系統的能耗對制動能量回收貢獻率的影響不大。

章艷等[34]進行了NEDC 工況下的制動能量回收效率測試。結果表明，電池、電機參數與整車匹配性較好的純電動汽車往往能夠更好地回收利用制動能量。

王計廣等[35]基于制動能量回收時不同能量間的轉化關系，提出了制動可回收率、制動轉化率、制動回收率3 個能量回收效率評價指標，并通過搭建測試平臺對電動汽車進行了NEDC 工況下的制動能量回收效率測試研究。研究發現，制動可回收率和制動回收率受制動初速度和減速度影響較大，制動轉化率受初速度和減速度影響較小。同時，指出了NEDC工況在制動能量回收系統測試中的局限性和不足。

初亮等[36]通過制動力和整車能量流分析，提出了制動能量回收率、節能貢獻率和續航里程貢獻度3個評價指標以及其詳細的計算方法，并通過試驗驗證了評價指標的合理性和穩定性。

制動能量回收系統測試主要基于整車的實際駕駛工況進行道路和臺架測試，基本能夠反映制動能力回收的效果和性能。目前，雖然在測試與評價方面進行了很多研究和試驗，但缺乏統一的評價標準和測試方法，不同的研究提出了不同的評價標準。

3 結束語

已上升到國家戰略的電動汽車產業發展規模不斷壯大，表現出良好的上升勢頭。我國電動汽車保有量不斷增長，占全球市場50%以上。電動汽車快速增長所面臨的安全問題日益凸顯，各種性能檢測方法和評價標準仍需不斷完善。

本文對電動汽車的動力系統、能耗和續航里程、制動能量回收系統的檢測方法與評價標準進行了分析和研究，結果發現，目前，電動汽車整車性能檢測方面的研究相對較少，電動汽車整車檢測與評價還處在探索階段，沒有形成統一的評價標準，很多檢測仍然借助傳統燃油車整車檢測方法和思路，開發針對電動汽車結構特點和運行特性的檢測方法成為主要的研究方向。