純電動汽車續航提升方案探究

韋慧紅　肖國鈺

摘 要：純電動汽車續航里程是衡量純電動汽車續航能力的重要指標，也是消費者在購買純電動汽車時最關心的問題之一。在純電動汽車出現之前，汽車的續航里程主要由燃油的儲存和使用來決定。然而，純電動汽車沒有燃油，而是依靠電池來儲存能量，因此續航里程成為了純電動汽車的最大挑戰。雖然隨著技術的不斷進步，純電動汽車的續航里程也在逐步提高，但是相對于傳統燃油汽車，純電動汽車的續航里程仍然存在著較大的局限性，因此，本文探討了純電動汽車續航提升方案，并對措施進行了驗證，以解決純電動汽車開發中續航問題。

關鍵詞：純電動汽車 續航里程 能耗

1 引言

隨著純電動汽車在汽車市場的占有率不斷提高，消費者對純電動汽車的要求也不斷提高，目前在抱怨最前位的就是純電動車的續航焦慮，于是續航里程也逐漸成為各車型核心競爭力。新上市的純電動汽車在里程上面一再提升，一次充電可以行駛從200公里不斷提升到600、700公里，低能耗技術已成為純電動汽車成本控制的最關鍵因素之一，各新能源車企紛紛以低能耗、長續航作為市場贏點，重點打造、重點宣傳。本文就純電動汽車續航提升展開研究，探索能夠提升續航的應用方案。

2 純電續航里程影響因素

純電動汽車續航里程是指一輛純電動汽車在單次充電后能夠行駛的最遠距離，而純電動汽車的能耗決定了續航里程，所以挖掘影響續航里程的因素，能耗是根本。

一般來說，純電動汽車的能量消耗量是指新能源汽車在行駛過程中消耗的能量，通常用單位時間內消耗的能量來表示。能量消耗量的計算公式為：

E=P*t

其中，E表示能量消耗量，單位為千瓦時（kWh），P表示純電動汽車的功率，單位為千瓦（kW）：t表示行駛時間，單位為小時（h）。

從公式上看，純電動汽車的功率是主要的影響因素，而純電動汽車的功率包含各個用電器模塊的功率消耗，而電機驅動車輪行駛的功率又是主要的能量消耗來源。純電動汽車在行駛中，是通過電機驅動克服輪胎與路面接觸面上的牽引力來使車輛向前運動，該作用力由驅動系統的扭矩產生，并通過傳動系統傳遞，最終帶動驅動輪，所以驅動系統里面的傳遞效率是能耗影響的關鍵。同時車輛運動還會受到阻礙其運動的阻力，一般包括空氣阻力、輪胎滾阻阻力、坡道阻力、加速阻力等，這些同樣是影響能耗的一系列因素，且占比顯著。

依據以上理論，通過試驗樣車讀取各用電器的能量消耗情況，可繪制基本整車能量消耗分布如下圖1。

從圖1可見，具體能量消耗在如下方面：

（1）汽車行駛的時候，汽車動力系統提供的能量，主要消耗在：一是能量轉化為機械能的過程中產生的效率損耗。二是對于電機而言，消耗在電池放電效率以及逆變器效率，還有電機效率上，因此，可以通過擴大電機的高效區，或是選擇合適的傳動比，進行汽車動力傳動系統合理匹配，提高汽車電機的效率。

（2）汽車傳動機構的內部摩擦損耗。汽車內燃機和汽車發動機提供的能量，一定程度上消耗在各齒輪傳動軸等的內部摩擦上。電動汽車和傳統內燃機汽車相比，因為電動汽車的傳動裝置結構更簡易，所以這部分損失小于內燃機汽車。

（3）克服道路阻力以及空氣阻力消耗。在平整程度較好的道路上用勻速行駛汽車的時候，汽車對外界的能量消耗全在克服道路阻力以及空氣阻力上。隨著車速飆升，兩種阻力都升高了，而且空氣阻力所占比例隨著車速加快而變大。

（4）汽車加速以及爬坡的過程中，轉化為動能或是勢能所消耗。汽車所獲得的動能在汽車減速以及制動過程中被消耗。

（5）汽車內部電器和空調等消耗，空調運行會快速消耗電池電量。空調功能除了乘員艙的制冷制熱消耗，還要兼顧電池冷卻的消耗，因此能耗占比也有一定比例。

（6）從汽車放電量的絕對值來看，汽車放電功率越小，實際放電容量越大。因為汽車放電電流越大，汽車電池以及電機，還有逆變器的發熱都將增加，汽車放電功率和汽車行駛速度相關。

電池是能量的提供端，其他各個系統及部件是能量的消耗端。能量是守恒的，供能能量和耗能能量是相等的。因此，挖掘續航提升方案，一方面從電池放電效率，提高供能效率；一方面降低能量消耗端各個部件所使用的能量，從而降低單位里程電池所需能量，以達到提升續航的目的。

根據以上能量消耗分布，通過模型仿真計算調整各參數，可得出對應節能方案，匯總如下表1。

表1是根據純電動汽車能耗提出的對應節能方案，在實際應用中，需要考慮多個因素的影響，根據具體車型情況進行調整和優化，以提高純電動汽車的能源利用率和經濟性。

3 純電續航提升方案驗證

在驗證方案階段，從列表的續航提升方案中，提取了適合樣車車型的部分可應用方案，實施在試驗樣車上，通過試驗樣車驗證續航提升方案的有效性。本次試驗樣車主要采用了電機提效和整車降阻方案，具體如下：

（1）本次試驗樣車采用了扁線電機，提高電機效率。扁線電機的優勢在于電機體積更緊湊、更節約材料、功率更強勁，在整車表現上，扁線電機能提供更優越的加速性能，并且噪音更小，大幅提升了整車性能。相比起傳統的圓線電機，扁線電機能降低8%-12%的有效材料成本，同時效率提升給整車性能、電耗等方面帶來貢獻。如下圖2從整體趨勢看扁線電機在低速低扭矩區域優勢明顯，整體效率較優。

（2）本次試驗樣車還采用了整車阻力降低的一系列措施，如低拖滯力卡鉗降低制動系統阻力，使用低滾阻輪胎降低了輪胎與路面的阻力，低粘度油品的使用降低零件摩擦內阻，輕量化技術降低整車重量直接降低載荷，低風阻技術對阻力的貢獻也很顯著。

實施降阻措施，依據國標CLTC工況標準，進行工況驗證。試驗樣車道路阻力滑行發現，以上續航提升方案實施后，整車阻力下降約19N。

本次試驗樣車，使用以上道路阻力，輸入臺架，進行CLTC工況續航驗證，整車續航從原始狀態505km，經過各個方案的驗證疊加，累計提升續航51km，達到556km，總體續航提升約10%。各個方案貢獻量具體如下表2。

綜上，可見純電動汽車續航可提升的空間還有很多，各提升方案均有貢獻，以電機效率的貢獻尤為明顯。電機是純電動汽車唯一的動力源，也是消耗能量最大的用電器，隨著電機技術得到快速改進，能在續航上做出更多的貢獻。扁線電機之所以會成為未來趨勢，是由新能源汽車電驅系統發展決定的，小型化、集成化、高功率密度等特點都是新能源汽車電驅系統的演進方向。

整車開發是一個系統工程，整車能耗可能跟很多其他性能是相斥的，需要優化和取舍，例如風阻系數和迎風面積與造型和乘坐空間的取舍，多電機功率分配策略和駕駛性的取舍等等，因此，整車開發在明確車輛的受眾群體和車輛的風格，在各續航提升方案中匹配出最適合車型的方案才是最重要的工作。

4 結語

本文探討了純電動汽車續航影響因素，根據影響因素，分析了續航提升方案，經過實車道路阻力驗證，以及臺架CLTC工況續航驗證，各續航提升方案有不同程度的貢獻，可作為后續純電動汽車開發作為技術參考。

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