新能源電動汽車公告參數分析
2023-07-13 10:14:22閆強范敏鈞王迎春張蝶李彥榮
時代汽車 2023年13期
閆強 范敏鈞 王迎春 張蝶 李彥榮
摘 要：對公告中純電動乘用車車型的百公里能耗進行了統計分析，獲得了百公里能耗的分布特征，以及不同整備質量區間中百公里能耗的最大、最小值以及均值等特征參數。對公告中純電動乘用車的電機參數與整備質量的關系進行分析，分析純電動乘用車電機參數與百公里加速時間的關系，擬合出電機比功率與百公里加速時間的關系，為純電動乘用車主要動力經濟性能指標的確定提供數據支持設計，對國內外電機參數進行了比較。
關鍵詞：電動汽車 能耗 電機 百公里加速時間
1 引言
2022年我國新能源乘用車累計銷量達到680萬輛；其中，純電動車全年累計銷量536.5輛，占新能源車總量的81%，因此，可以說純電動乘用車已呈爆發式增長，出現這種現象的重要原因是2017年補貼政策重新調整和雙積分政策頒布后，各大車企在新能源汽車領域加大布局，以及國家和地方出臺了一系列推廣純電動乘用車的財政補助政策，推動國內市場開始進入到新能源市場高速增長期。
中國工信部發布的《新能源汽車推廣應用推薦目錄》和《免征車輛購置稅的新能源車型目錄》中純電動乘用車車型數量、生產企業及車的尺寸、純電動續駛里程、整備質量、最高車速、蓄電池能量密度、蓄電池的重量、蓄電池的電量、百公里能耗和電機參數等技術指標的現狀，本研究對已公布的《新能源汽車推廣應用推薦目錄》中的純電動乘用車的主要技術參數進行了統計分析，旨在獲得中國純電動乘用車純電動續駛里程、整備質量、最高車速、蓄電池能量密度、百公里能耗和電機參數之間的分布情況及技術指標之間的相互關聯性等，為純電動乘用車主要動力經濟性能指標先進性的確定提供數據支持設計，為新車型關鍵設計參數的確定、舊車型的改進等提供理論依據。
2 公告中純電動乘用車性能指標分析
百公里能耗一直是汽車制造商、研發人員、消費者和政府管理部門等關注的汽車關鍵技術指標之，而有限的續航里程是當前純電動汽車的主要發展瓶頸，這兩大問題導致了人們對純電動汽車的使用焦慮，而這兩者又是具有緊密的聯系。
本文對《新能源汽車推廣應用推薦目錄》2021 -2022年7月至12月共計10批車型（除8月份）進行統計分析（續航超過300km車型）。
圖1為《新能源汽車推廣應用推薦目錄》中純電動乘用車車型的百公里能耗E統計結果。統計時，首先根據E的范圍確定百公里能耗區間間隔為2kWh/100km。然后按照E ≤10、10 表1列出了10批《新能源汽車推廣應用推薦目錄》中個純電動乘用車車型百公里能耗（kWh/100 km）的統計結果，表中Emax、Emin、Ea和Emax/Emin依次表示百公里能耗的最大值、最小值、平均值和最大值與最小值的比值。Ea 和Emax/Emin越小，表明該區間內車型的能耗越低，并且變化范圍小。表2中整備質量區間采用了《新建純電動乘用車企業管理規定》中的劃分方法[1]，所以整備質量區間為非等分區間，全部純電動乘用車車型共分為10個不同整備質量區間。由于m≤750kg的三個區間內的車型樣本數量僅為1.所以表中僅列出了其平均值，分析時也僅作為參考，不與其它區間的數值進行比較。由表2中可知，純電動乘用車車型的Emax/Emin、Emax/Ea和Emin/Ea依次為3.2、2.0和0.64，這說明百公里能耗的分布范圍很寬，這主要是因為所有車型的整備質量相差過大所致。在m ≤2200kg的10個整備質量區間中Emax/Emin的均值為3.2；Emax/Emin的最大值和最小值分別2.0和1.2，其所在區間依次為750kg 根據2021年和2022年科技部、工業和信息化部和發展改革委發布的《新能源汽車推廣補貼方案及產品技術要求》中的方法，新補貼方案對于舊補貼方案有了較大變化，不再根據百公里能耗進行補貼，而是根據純電動續航里程進行補貼。根據《新能源汽車推廣補貼方案及產品技術要求》的規定，當某一輛純電動乘用車NEDC工況下的純電動續駛里程達到表格3規定的補貼標準時，該車將會得到政府的補貼，反之將不會得到政府的補貼。通過對這10批申報數據進行分析，可以得到全部車型中可以政府補貼車型的百分比為69%。 3 公告中純電動乘用車性能指標關聯性分析 《新能源汽車推廣應用推薦目錄》中整備質量m和百公里能耗E之間的關系如圖2所示：直線方程式為基于最小二乘法的擬合方程，R代表相關系數。 從圖2可以看出，m與E 之間的相關系數為0.77，說明百公里能耗與整備質量存在較強的相關性。隨著市場化推動技術提升，在2021-2022年，電動汽車的電池能量密度Eb由153（Wh/kg）提升到156（Wh/kg），從圖3可以看出電池能量密度在Eb≥160這個區間2021年和2022年分別占比51.3%和52.3%，并且有一定的緩慢提升。這說明純電動汽車的續航已經由幾年前由低電池能量密度的電池堆疊提升到利用高能量密度的電池來增加續航。同時，電池能量密度Ebmax/Ebmin由1.6增加到2.1，部分車型的Emb已處于世界先進水平，但很多車型Emb 仍有較大的提升空間。 4 公告中純電動乘用車電機性能指標分析 4.1 純電動乘用車電機性能與整備質量的關系 電機作為電動汽車動力的來源，其參數的正確選擇和合理匹配直接影響著電動汽車的動力性能和經濟性能。電機參數的選擇要綜合考慮多方面的因素，比如峰值功率，除了根據動力性所要求的最大功率外，還應考慮最大扭矩的影響[2]。電機選擇不合理，會導致整車的動力性不足或動力性過剩。 目前，很多汽車公司電動總成平臺化，就會出現純電動乘用車不同整備質量使用同一電動總成平臺，可能會導致車型動力性不足或過剩。從整車動力性能要求出發，通過整理分析《新能源汽車推廣應用推薦目錄》，得到行業的電機發展水平，充分分析百公里加速時間與電機參數之間的相互關系，通過實車試驗證明電動汽車電機選擇的合理性，為新能源車型合理選擇電機提供理論依據。 圖4是行業主要汽車廠新能源車型整備質量與電機比功率的關系，電機比功率與車輛的百公里加速時間有很大的關系，從圖中可以看出特斯拉電機比扭矩高于國內行業車型的比扭矩，國外車型的電機比扭矩也是高于國內車型電機的比扭矩，2022年行業車型比扭矩較2021年有較小的提升。 圖5是行業主要汽車廠新能源車型整備質量與電機比扭矩的關系，電機比功率與車輛的百公里加速時間有很大的關系，從圖5可以看出公司電機比扭矩高于行業車型的比扭矩，國外車型的電機比扭矩高于國內車型電機的比扭矩，2022年行業車型比扭矩2021年有較小的提升。 4.2 新能源車加速時間與電機參數的關系 《新能源汽車推廣應用推薦目錄》中電機參數包括電機修值功率、峰值扭矩、最高轉速，電機峰值功率的選擇取決于整車在加速工況和爬坡工況下的工作性能。電機峰值功率、峰值扭矩越大，汽車的動力性能越好，但由此會帶來成本的增加[3-4]。因此，電機參數的選擇需要綜合考慮，合理選擇。 圖6、圖7是電機參數與百公里加速時間的關系，從圖中可以看出，國外車型的平均百公里時間小于國內車型的平均百公里加速時間，其中大部分車企是集中在8-10s這個區間，而國外車企主要集中在4-6s這個區間。原因是百公里加速時間主要是與電機的峰值功率和電機峰值扭矩有關[5]。國外車企的電機峰值功率和峰值扭矩大部分都高于國內車企，所以國外平均百公里加速時間小于國內的平均百公里加速時間。而且可以通過圖6、圖7中可以看出，電動汽車百公里加速時間隨著電機比功率、比扭矩的增大而減少。在使用相同電機的情況下，質量越小，百公里加速時間自然就越小。考慮電機峰值比功率和電機峰值比扭矩可以忽略掉重量的影響，可以更直接比較國內外車企的電機性能。從圖6可以看出通過比功率和百公里加速時間擬合的關系中發現，在相同的比扭矩下，國內車企的平均百公里加速時間大于國外的平均百公里加速時間；從圖7可以看出通過比功率和百公里加速時間擬合的關系中發現，在相同的比功率下，國內車企的平均百公里加速時間大于國外的平均百公里加速時間。因此可以得出，國外車企的電機動力性能是相對優于國內電機動力性能。 5 結語 本文分析了《新能源汽車推廣應用推薦目錄》中純電動乘用車車型的主要技術指標，得到了以下主要結論。 （1）在《新能源汽車推廣應用推薦目錄》中百公里能耗區間12 （2）《車型推薦目錄》中純電動乘用車能耗指標的統計結果表明，m<2200kg的10個整備質量區間中Emax/Emin的均值為3.2；Emax/Emin的最大值和最小值分別2.0和1.2，其所在區間依次為750kg （3）全部車型中可得到政府補貼車型的百分比為 69%，其中在區間m>1400kg，可得到政府補貼的車型百分比最高，達到73%。 （4）國外車型的平均百公里時間小于國內車型的平均百公里加速時間，其中大部分車企是集中在8-10s這個區間，而國外車企主要集中在4-6s這個區間。 （5）電動汽車百公里加速時間隨著電機比功率、比扭矩的增大而減少。 （6）國外車企的電機動力性能是相對優于國內電機動力性能。 參考文獻： [1]李興虎.純電動乘用車能耗指標先進性判定方法研究[J].汽車工程學報，2017，7（04）：280-287. [2]何洪文，余曉江，孫逢春，張承寧.電動汽車電機驅動系統動力特性分析[J].中國電機工程學報，2006（06）：136-140. [3]張琦.電動汽車電機傳動系統參數匹配與優化[J].微電機，2015，48（01）：20-23. [4]姬芬竹，高峰.電動汽車驅動電機和傳動系統的參數匹配[J].華南理工大學學報（自然科學版），2006（04）：33-37. [5]楊祖元，秦大同，孫冬野.電動汽車動力傳動系統參數設計及動力性仿真[J].重慶大學學報（自然科學版），2002（06）：19-22.
