純電動商用車能量流測試分析

中圖分類號：U464 收稿日期：2025-03-10 DOI： 10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.05.019

Research on Energy Consumption of Pure Electric Heavy Commercial Vehicles

Yan Lei Chen KuijunWang Min Qin Yanbin Zhang Yuyang Xugong Automotive Technology Center，Xuzhou 221ooo，China

Abstract：Thispaperisbasedonenergyflowtestingtechnologyand takesacertaintypeofpure electriccommercialvehicleas the researchobject.TeentirevehicleenergyflowtestisconductedundertheCHTCcyclecondition.Basedonexperimentaldataanalysis， theenergyflowcharacteristics，operatingonditionsofvariouscomponents，andenergyrecoveryefectsoftevehiclepowertraiand highandlowpressreaccesorieswerestudied.TheexperimentalresultsshowthatunderoneCHTCcycle，thetotalenergyoutputof the battery system is 19.480kW?h ，the recovered energy is 3.995kW?h ，the net output energy is 15.485kW?h ，the power consumption is 1.848kW?h/km ，and the energy recovery rate is 20.51% .The net energy consumption of the power drive system accounts for 77.62% ， the high-pressure accessories account for 16.91% ， and the low-pressure accessories account for 5.47% .Rerearch conclusions can provide guidance for energy management and optimization of pure electric commercial vehicles.

Key words：Energy flow testing;Pure electric tractor;Hub test;Energy consumption analysis

1前言

對于汽車行業而言，在2030年前要實現碳達峰，傳統商用車油耗至少需年均下降 1% ，同時隨著新能源商用車銷量逐年增長，到2025年市場占比至少需在 9% 以上。因此，商用車電動化轉型已勢在必行[1-2]。

目前對于電動商用車而言，續航里程短充電時間長仍是制約其快速發展的主要因素。要提高車輛續航里程，可換用大容量電池或提高能量利用率，但考慮到能量密度限制及電池成本的原因，如何更好地進行能量管理，提高能量利用率，成為解決以上問題最經濟易行的方式。

能量流測試技術能夠量化分解各子系統、零部件的傳遞效率及能耗分布情況，識別整車能量管理薄弱環節，有針對性地尋求優化方向，提高動力電池能量利用率，是降低整車能耗的重要方法之一[3-5]。本文基于能量流測試技術對某型純電動商用車進行能耗測試與分析，以期為后續進行能耗優化提供依據和指導性建議。

2能量流測試方案

2.1試驗車輛數據

本文研究對象為一輛純電動工程車，動力系統由寧德時代容量為 282kW?h 的磷酸鐵鋰電池和峰值功率為405kW 的驅動電機構成，車輛主要參數如表1所示。

2.2試驗設備及布置方案

整車能量流試驗需結合轉轂環境倉進行，通過調整轉轂阻力系數和迎面風機風速，可以模擬車輛在不同載重下的行駛阻力和散熱環境6，利用環境倉還可模擬車輛在高低溫環境下的使用工況。試驗過程中，環境倉和轉轂數據采集系統會實時記錄車輛的車速、環境溫度、路譜跟蹤偏差等數據。

本文主要研究車輛運行過程中電功率和熱管理相關參數的變化。試驗過程中需同步采集電功率、溫度、流量、壓力和整車CAN總線數據[7-8]。在試驗之前需根據整車電氣架構，設計合理的傳感器布置方案，傳感器布置方案如圖1所示。

動力電池是車輛主要的能量源，耗能部件包括電池水冷機組、MCU、主驅電機、氣泵、油泵、空調、DCDC以及低壓附件風扇、水泵和蓄電池等。根據用電器的功率和電流大小選擇相應量程的電流傳感器，試驗過程中使用數據采集儀同步監測SOC、電機轉速、轉矩等CAN總線數據，并發至上位機軟件實現數據同步采集。

3能量流測試與分析

3.1循環工況能量流測試

根據國標GB/T18386—2017《電動汽車能量消耗率和續駛里程試驗方法》9]，本試驗選取中國自卸汽車行駛工況（CHTC-D）進行。工況共計1300s，包含低速部分 540s 和高速部分760s兩部分，工況最高車速為71.4km/h ，如圖2所示。

不同于實際道路滿載測試，轉轂控制端會根據車輛的滑行阻力方程擬合出阻力曲線，并控制轉轂電機施加相應的反拖阻力，以模擬車輛滿載行駛工況，轉轂道路阻力擬合曲線如圖3所示。

3.2測試數據分析

車輛行駛中的電量變化由電流傳感器和電壓信號線監測，電池SOC、電池單體溫度變化、電機轉速和轉矩由數采儀監測CAN總線采集。動力電池中的電能經由雙回路輸出至BDU，電池輸出電能計算公式為：

式中， E_bat 為電池輸出電能； U_bat 為電池終端電壓； I_bat1 為電池輸出正1回路電流； I_bat2 為電池輸出正2回路電流。

主驅電機既是耗能部件，也是能量回收部件，其回收的電能經由MCU至PDU供耗能附件使用并將剩余能量回充至動力電池，MCU直流端消耗和回收的電能可由公式計算：

式中， 為MCU消耗的電能； 為MCU回收的電能； U_mc 為MCU直流端電壓； I_mc 為MCU直流端電流；T_mot 為電機驅動扭矩。

動力傳動系統效率是分析評價經濟性的重要指標，公式如下：

式中， η_DSE 為動力傳動系統效率； n_mot 為驅動電機轉速。

打氣泵控制器、轉向油泵控制器、空調壓縮機、DCDC、風扇、水泵及其他低壓用電器消耗能量均可通過電流電壓積分計算：

4車輛能量狀態分析

4.1整車能量分布分析

在常溫滿載45t工況下選取一個CHTC-D循環進行分析，可得整車能量的分布狀態如圖4所示。車輛行駛里程為 8.38km ，電池系統輸出總能量為 19.480kW?h 回收能量為 3.995kW?h ，凈輸出能量為 15.485kW?h 電耗為 1.848kW?h/km ，電池端能量回收率為 20.51% 。

由圖4和圖5可知，一個標準循環下電池消耗的電能 77.62% 被用于驅動車輛行駛， 16.33% 的電能被高壓附件消耗，電池水冷機組根據電池單體溫度進行溫控調節，這部分消耗的能量約占 9.94% 。轉向油泵耗能占2.78% ，空調壓縮機耗能占 1.63% ，打氣泵耗能占 0.65% ，其他高壓附件耗能占 1.40% 。同時為保證水泵、風扇、燈光以及儀表等低壓附件的正常運行，DCDC始終處于工作狀態損耗 0.51% ，低壓附件消耗電能約占 5.47%。

4.2能耗部件運行狀態分析

駕駛員通過控制車速跟隨路譜，MCU根據驅動力和車速請求控制主驅電機扭矩和轉速，轉速工作點范圍集中在 500～2000r/min 之間，扭矩范圍集中在 0～1000N?m 之間，根據式（3）算得主驅電機的平均效率為 90.7% ，主驅電機效率MAP及工作點如圖6所示。

轉向油泵電機正常工作是車輛REDAY的必要條件之一，因此車輛高壓上電后會對油泵電機進行自檢，隨后保持 1500r/min 怠速運行，在不轉動方向盤的情況下，轉向油泵最低平均功率為 1.226kW ，如圖7所示。從節能的角度考慮可以在安全舒適的前提下適當降低油泵電機的怠速功率或優化油泵電機的高效區工作點，以降低能耗。

DCDC高壓輸入端平均功率為 0.772kW ，低壓輸出端平均功率為 0.706kW ，DCDC效率點分布如圖8所示，其平均轉換效率為 91.5% 。DCDC輸入的電能主要被水泵、風扇、蓄電池以及自發熱損失消耗掉，各附件能耗占比如圖9所示。

4.3能量回收分析

在常溫CHTC循環工況下，主驅電機控制器總輸出電能為 16.338kW?h ，主驅電機控制器回收的能量為4.319kW?h ，能量回收率為 26.44% 。其中低速階段能量回收較少僅占回收總能量的 8.15% ，中高速階段回收的能量占 91.85% 。行駛中駕駛員大多通過滑行扭矩減速，能量回收也主要集中在滑行階段，約占總回收能量的 81.7% ，制動能量回收占 18.3% 。

行駛車速和回收擋位的選擇極大地影響了滑行能量回收扭矩。該車型滑行能量回收分5個擋位，滑行能量回收扭矩MAP如圖11所示，其中5擋時最大回收扭矩為2300N，最大回收功率為 35kW，1 擋時最大回收功率為 10kW ，滑行能量回收的退出車速為 7km/h 。可通過優化低速制動能量回收扭矩、擴大滑行能量回收的車速范圍等措施增加回收能量，降低整車電耗。

5結語

本文基于能量流測試技術對某型純電動工程車在CHTC工況下進行了能耗測試與分析，為后續能耗優化提供了基礎數據并指出優化方向。

能量流測試結果表明，在CHTC循環工況下整車凈耗能 15.485kW?h ，有 77.62% 的能量被用于驅動車輛行駛，高壓部件中電池的水冷機組耗能較大，占總能耗的9.94% 。主驅電機的高頻工作點主要分布于 500～2000r/min 之間，電機平均效率為 90.7% ，轉向油泵怠速為 1500r/min 平均功率為 1.226kW ，DCDC轉換效率較高可達 91.5% 。該工況下能量回收主要集中在中高速滑行階段，低速和制動下回收能量較少，驅動系統端能量回收率為 26.44% 0建議后續可在電池和底盤熱管理、轉向油泵控制和能量回收策略等方面進行能耗優化。

參考文獻：

[1]朱威林，劉遠洋.雙碳政策下對新能源汽車發展趨勢的研究[J].電器工業，2023（10）：52-55.

[2]劉頔，劉沙，滕欣余，等.中國新能源汽車產業發展與產業政策互動性研究[J].汽車工業研究，2023（3）：30-35.

[3]陳昆陽.基于能量流測試和仿真的整車節能研究[D].重慶：重慶理工大學，2022.

[4]沈天浩.電動汽車動力總成能量流試驗研究[J].中國工程科學，2018，15（10）：10-15.

[5]黃偉，張桂連，周登輝，等.基于能量流分析的純電動汽車電耗優化研究[J]汽車工程，2021，43（2）：171-180.

[6]方志強.純電動整車能量流的測試與管理策略研究[D].長沙：湖南大學，2021.

[7]張巖，段煉，袁俠義，等.插電式混合動力汽車低SOC能量流試驗研究[J].汽車工程，2020，42（5）：688-693.

[8]黃偉，張桂連，周登輝，等.基于能量流分析的純電動汽車電耗優化研究[J].汽車工程，2021，39（1）：44-50.

[9]GBT18386—2017電動汽車能量消耗率和續駛里程試驗方法［S].