基于縮短法的純電汽車(chē)能量消耗量試驗(yàn)方法優(yōu)化研究

摘要：目前對(duì)純電動(dòng)車(chē)進(jìn)行能量消耗量測(cè)試主要根據(jù)GB/T 18386.1-2021《電動(dòng)汽車(chē)能量消耗量和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法》中的縮短法進(jìn)行，縮短法雖然在常規(guī)工況法的基礎(chǔ)上大大減少了試驗(yàn)時(shí)間，但為了在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低整車(chē)開(kāi)發(fā)的試驗(yàn)成本，在對(duì)縮短法和常規(guī)工況法數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，選取具有代表性的試驗(yàn)循環(huán)進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。先對(duì)某純電汽車(chē)的能耗進(jìn)行Cruise仿真，得出具有代表性的不同SOC下的能量消耗量結(jié)果，并進(jìn)行計(jì)算得出車(chē)輛綜合能量消耗量；再在整車(chē)轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)室按照本文試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，得出實(shí)際綜合能耗結(jié)果后與縮短法結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)循環(huán)優(yōu)化后的測(cè)試結(jié)果與縮短法基本一致，且試驗(yàn)成本下降了60%。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車(chē)；能耗；縮短法；試驗(yàn)優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：U467" 收稿日期：2024-01-10

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.03.024

1 前言

相對(duì)于傳統(tǒng)汽車(chē)，純電汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)很明顯，用車(chē)成本低、零排放，并且動(dòng)力性、駕駛性、NVH等性能都有明顯優(yōu)勢(shì)。但由于消費(fèi)者對(duì)純電汽車(chē)普遍有續(xù)航焦慮，且續(xù)航和能耗在純電動(dòng)汽車(chē)上的性能權(quán)重達(dá)到了30%[1]，所以在純電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，如何對(duì)其能量消耗量進(jìn)行合理測(cè)試也成為了重點(diǎn)課題之一。

目前，對(duì)純電動(dòng)車(chē)進(jìn)行能量消耗量測(cè)試主要根據(jù)GB/T 18386.1-2021《電動(dòng)汽車(chē)能量消耗量和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法》中的縮短法進(jìn)行。縮短法相較于傳統(tǒng)的常規(guī)工況法，大大縮短了測(cè)試時(shí)間，降低了試驗(yàn)成本，提高了工作效率，并且用兩種方法測(cè)出的能量消耗量結(jié)果基本一致[2]。縮短法雖然在常規(guī)工況法的基礎(chǔ)上大大減少了試驗(yàn)時(shí)間，但目前純電汽車(chē)的趨勢(shì)是動(dòng)力電池電量越來(lái)越高，續(xù)駛里程越來(lái)越長(zhǎng)，所以對(duì)續(xù)駛里程在500 km以上的車(chē)型來(lái)說(shuō)，即使用縮短法來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，所花費(fèi)的時(shí)間也在5 h以上，且在整車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，用縮短法進(jìn)行試驗(yàn)的費(fèi)用也相對(duì)較高。

為降低整車(chē)開(kāi)發(fā)的試驗(yàn)成本，在縮短法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步減少使用試驗(yàn)設(shè)備的時(shí)間。本文在對(duì)縮短法和常規(guī)工況法數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，選取具有代表性的試驗(yàn)循環(huán)進(jìn)行仿真分析和優(yōu)化試驗(yàn)。

2 代表性SOC的選取

縮短法的試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)大約為4個(gè)完整的CLTC循環(huán)加上兩個(gè)恒速段CSSM和CSSE，而本研究是在完整的常規(guī)工況中選取3個(gè)具有代表性起始SOC的測(cè)試循環(huán)，用其平均能耗代表完整的測(cè)試循環(huán)能耗，此方法在本文中稱(chēng)為“循環(huán)優(yōu)化法”。

考慮到不同車(chē)型的驅(qū)動(dòng)控制策略和能量回收策略的差異，以及盡量減少車(chē)輛上下轉(zhuǎn)轂的次數(shù)以提高開(kāi)展便利性，選取的3個(gè)試驗(yàn)循環(huán)具體為：

a.第一測(cè)試循環(huán)：車(chē)輛浸車(chē)后上轉(zhuǎn)轂預(yù)處理完成后，在10mins以?xún)?nèi)開(kāi)始進(jìn)行的第一個(gè)CLTC循環(huán)。

b.第二、三測(cè)試循環(huán)：起始SOC為30%的連續(xù)兩個(gè)CLTC循環(huán)。

其循環(huán)消耗的電能分別記為EDC，1、EDC，2、EDC，3，行駛距離分別記為d1、d2、d3。

在此規(guī)則下的仿真結(jié)果中選取相應(yīng)的試驗(yàn)循環(huán)，計(jì)算得出整車(chē)能量消耗量為：

ECDC’=（EDC，1+EDC，2+EDC，3）/（d1+d2+d3）"""""""" （1）

3 建模仿真

3.1 建立整車(chē)仿真模型

整車(chē)仿真主要參數(shù)如表1所示，仿真模型如圖1所示。

3.2 仿真結(jié)果

a.常規(guī)法的仿真結(jié)果。

運(yùn)行Cruise，可以得出常規(guī)工況法的能量消耗量仿真結(jié)果為121.4 W·h/km。

b.循環(huán)優(yōu)化法的仿真結(jié)果。

運(yùn)行Cruise得出每個(gè)代表性循環(huán)的能耗仿真結(jié)果如表2所示。

按照式（1）計(jì)算得出綜合能耗結(jié)果為：

Edc=120.3 W·h/km

循環(huán)優(yōu)化法與常規(guī)法的仿真結(jié)果相比，差異大約為0.9%，可以滿(mǎn)足產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)于結(jié)果偏差的要求。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)在整車(chē)轉(zhuǎn)轂臺(tái)架上進(jìn)行，環(huán)境溫度控制在（23.0±5）℃，濕度控制在（50.0±5）%，環(huán)境倉(cāng)中主要的設(shè)備如表3所示。

4.2 試驗(yàn)工況

整個(gè)試驗(yàn)采用的道路循環(huán)工況是中國(guó)乘用車(chē)行駛工況CLTC-P，包含低速、中速、高速3個(gè)速度區(qū)間，工況時(shí)長(zhǎng)共計(jì)1 800 s。運(yùn)行工況如圖2所示。

4.3 試驗(yàn)方案

根據(jù)本方案設(shè)定，按照GB/T 18386.1-2021的要求按表4的順序進(jìn)行試驗(yàn)。

4.4 試驗(yàn)結(jié)果

4.4.1 縮短法

縮短法速度片段由兩個(gè)試驗(yàn)循環(huán)段和兩個(gè)恒速段組成，見(jiàn)圖3。其中DS1和DS2為試驗(yàn)循環(huán)段，由GB/T-18386.1所規(guī)定的CLTC-P試驗(yàn)循環(huán)構(gòu)成；CSSM和CSSE為恒速段，由較高的恒定車(chē)速構(gòu)成，用以盡快放電，減少測(cè)試時(shí)間。試驗(yàn)循環(huán)段完成后，需要在1 min內(nèi)加速至恒速段，過(guò)程需盡量平穩(wěn)，恒速段按照國(guó)標(biāo)推薦的100 km/h設(shè)置[3]。

具體的計(jì)算方法為：

式中，c為試驗(yàn)循環(huán)的序號(hào)，兩個(gè)試驗(yàn)循環(huán)段DS1和DS2共計(jì)4個(gè)試驗(yàn)循環(huán)；ECdc為基于REESS電量變化的第c個(gè)試驗(yàn)循環(huán)的能量消耗量；Kc為試驗(yàn)循環(huán)段DSc的權(quán)重系數(shù)。按照式（2）計(jì)算，可以得出縮短法下ECdc為114.9W·h/km。

4.4.2 循環(huán)優(yōu)化法

按照4.3中循環(huán)優(yōu)化法的測(cè)試方案進(jìn)行試驗(yàn)后，3次循環(huán)能耗結(jié)果如表5所示。

經(jīng)過(guò)計(jì)算得出，循環(huán)優(yōu)化法下ECdc為113.7 W·h/km，與比縮短法試驗(yàn)結(jié)果的差異大約為1%，這與仿真結(jié)果基本一致。

5 差異分析

由圖4可知，雖然仿真和試驗(yàn)結(jié)果差異較大，約在4.1%～4.8%之間，但無(wú)論比較常規(guī)法和循環(huán)優(yōu)化法的仿真結(jié)果，或者比較兩者的客觀試驗(yàn)結(jié)果，其差異表現(xiàn)都基本一致。

由表6對(duì)比可以看出，循環(huán)優(yōu)化法相比縮短法減少了恒速段和1個(gè)循環(huán)，但由于需要在實(shí)際道路上放電，故總體花費(fèi)時(shí)長(zhǎng)比縮短法要長(zhǎng)2 h左右，不過(guò)試驗(yàn)費(fèi)用卻大約下降了近60%。若車(chē)輛本身帶有放電功能，或者試驗(yàn)室內(nèi)配備具有放電功能的充電樁，則此方法能夠再縮減試驗(yàn)時(shí)間，并不用下轉(zhuǎn)轂，可以進(jìn)一步提高便利性。

因此，在整車(chē)開(kāi)發(fā)型試驗(yàn)中，循環(huán)優(yōu)化法能夠在檢測(cè)出準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，顯著地降低試驗(yàn)開(kāi)發(fā)成本，提高試驗(yàn)工作效率。

6 結(jié)語(yǔ)

a.循環(huán)優(yōu)化法與常規(guī)法的仿真結(jié)果相差0.9%。

b.循環(huán)優(yōu)化法與縮短法的實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果相差大約為1%，與仿真結(jié)果基本一致。

c.對(duì)比循環(huán)優(yōu)化法與縮短法，實(shí)際測(cè)出的電耗結(jié)果基本一致，在保證開(kāi)發(fā)結(jié)果的情況下，使用一次循環(huán)優(yōu)化法可以減少大約4萬(wàn)元開(kāi)發(fā)費(fèi)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心有限公司.EV TEST（電動(dòng)汽車(chē)測(cè)評(píng)）管理規(guī)則[Z].2019.

[2]陳展武，馬世穩(wěn)，陸紹坤，等.縮短法與常規(guī)工況法測(cè)試電動(dòng)汽車(chē)結(jié)果差異化研究[J].汽車(chē)測(cè)試報(bào)告，2022（16）：146-148.

[3]電動(dòng)汽車(chē)能量消耗量和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法第1部分：輕型汽車(chē)：GB/T 18386.1—2021[S].

作者簡(jiǎn)介：

崔俊杰，男，1982年生，工程師，研究方向?yàn)檎?chē)能量管理試驗(yàn)。