王子曄 孫龍 雷利剛

摘要：選取了3款不同配置的純電動(dòng)汽車，利用四驅(qū)底盤測(cè)功機(jī)和高性能功率分析儀對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行縮短法和常規(guī)工況法的試驗(yàn)并記錄瞬時(shí)數(shù)據(jù)，分析研究?jī)煞N方法下純電動(dòng)汽車的直流能耗特征。結(jié)果表明，縮短法DS2段REESS變化電量是DS1段的71.1～97.5 %。同時(shí)對(duì)常規(guī)工況法和縮短法數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，研究高速工況下純電動(dòng)汽車能量消耗率的變化。結(jié)果表明，三臺(tái)純電動(dòng)車在高速工況下的能量消耗率分別增加31.3 %、42.4 %和12.6 %。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車;縮短法;能量消耗率

中圖分類號(hào)：U469.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）11-0068-02

0? 引言

目前，電動(dòng)汽車能量消耗量和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法采用的標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 18386-2017《電動(dòng)汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法》，該方法利用NEDC循環(huán)測(cè)試電動(dòng)車?yán)m(xù)駛里程和能量消耗率。正在修訂的 GB/T 18386.1-XXXX采用新的常規(guī)工況法和縮短法來(lái)測(cè)試電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程和能量消耗率，其中常規(guī)工況法用中國(guó)輕型汽車工況（China Light-duty Vehicle Test Cycle，CLTC）替代之前的NEDC（New European Driving Cycle）工況進(jìn)行連續(xù)實(shí)驗(yàn)，而縮短法則由DS1、CSSM、DS2和CSSE四個(gè)區(qū)間構(gòu)成試驗(yàn)工況曲線，縮短法工況曲線如圖1所示。

本文通過(guò)常規(guī)工況和縮短法的測(cè)試，對(duì)三臺(tái)試驗(yàn)車輛的直流能耗特征進(jìn)行分析和研究。

1? 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)車輛

表1為試驗(yàn)車輛基本參數(shù)，本文選取3臺(tái)電動(dòng)汽車作為試驗(yàn)車輛，被選車輛從整備質(zhì)量、電機(jī)功率和電池性能等參數(shù)均有所不同，而這些因素會(huì)影響電動(dòng)汽車的能量消耗率，因此可以更好的對(duì)三臺(tái)試驗(yàn)車進(jìn)行對(duì)比分析，文中試驗(yàn)預(yù)處理按照GB/T 18386.1-XXXX規(guī)定進(jìn)行準(zhǔn)備。

1.2 試驗(yàn)儀器

1.2.1 AVL底盤測(cè)功機(jī)

該底盤測(cè)功機(jī)由奧地利的李斯特（AVL）公司生產(chǎn)，該設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)有：最大軸荷4500kg，最大速度250km/h，模擬慣量在454～5448kg之間，牽引力測(cè)量精度≤0.1%，速度測(cè)量精度≤0.02km/h，能夠精準(zhǔn)模擬車輛在行駛過(guò)程中道路阻力的同時(shí)能夠進(jìn)行試驗(yàn)車輛行駛里程的記錄。

1.2.2 高性能功率分析儀

該儀器是日本橫河（YOKOGAWA）測(cè)量技術(shù)公司生產(chǎn)的WT1801E高性能功率分析儀，其擁有最多6個(gè)輸入通道，可自動(dòng)調(diào)整量程范圍，能實(shí)時(shí)獲取電流、電壓和功率等參數(shù)，功率精度可達(dá)讀數(shù)的0.05%+量程的0.05%。本試驗(yàn)利用該功率分析儀對(duì)電動(dòng)車動(dòng)力電池（包括小電瓶）輸出電量、制動(dòng)電量和△EREESS（REESS變化電量）進(jìn)行測(cè)量。

1.2.3 試驗(yàn)流程及數(shù)據(jù)處理

每次試驗(yàn)前，首先對(duì)車輛進(jìn)行初次充放電，保證3臺(tái)試驗(yàn)車輛電量狀態(tài)一致。最后在AVL底盤測(cè)功機(jī)下分別進(jìn)行常規(guī)工況和縮短法的試驗(yàn)，期間利用高性能功率分析儀進(jìn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)采集。

同時(shí)本文對(duì)電動(dòng)車輛縮短法的四個(gè)不同測(cè)試工況段下的直流能耗進(jìn)行了計(jì)算，并對(duì)縮短法恒速段和常規(guī)工況法的能量消耗率進(jìn)行了對(duì)比分析。恒速段的能耗分析需要將縮短法測(cè)試獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。處理方法如下：首先去除常規(guī)工況法中前兩個(gè)循環(huán)和縮短法的DS1速度段，其次將常規(guī)工況法與縮短法DS2速度段電量變化最接近的兩個(gè)CLTC循環(huán)進(jìn)行剔除并記錄相應(yīng)循環(huán)數(shù)。數(shù)據(jù)處理的目的主要是僅保留縮短法恒速段的同時(shí)確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，有利于比較試驗(yàn)車輛連續(xù)工況和高速工況下能量消耗率的差異。

2? 電量變化

2.1 縮短法REESS電量變化 △EREESS

△EREESS等于動(dòng)力電池輸出電能與制動(dòng)回收電能E制動(dòng)之差，制動(dòng)回收電能是車輛能量消耗率的影響因素之一，而△EREESS也是利用縮短法計(jì)算能量消耗率的重要參數(shù)，因此本節(jié)對(duì)△EREESS和制動(dòng)回收電能E制動(dòng)進(jìn)行分析，車輛1 DS2速度段的△EREESS相比DS1速度段有明顯的降低，DS2的△EREESS電量?jī)H為DS1速度段的71.1%。同時(shí)，車輛2和車輛3的DS2段的△EREESS電量降幅較小，分別為DS1段的95.3%和97.5%。車輛制動(dòng)回收能量上，3臺(tái)試驗(yàn)車在恒速段期間由于不進(jìn)行剎車制動(dòng)，因此不產(chǎn)生制動(dòng)回收能量。非恒速段下，車輛1 DS1段的制動(dòng)電能變化明顯小于DS2速度段，僅為DS2段的32.3%，而車輛2和車輛3在兩個(gè)速度段的制動(dòng)回收電能變化遠(yuǎn)小于車輛1，變化幅度分別為7.0%和8.8%。三臺(tái)試驗(yàn)車△EREESS的電能變化可能取決于制動(dòng)回收電能控制策略的不同，其中車輛1在動(dòng)力電池較高電量狀態(tài)下，能量制動(dòng)回收功能基本不發(fā)揮作用，導(dǎo)致DS1速度段制動(dòng)回收電量較小，而車輛2和車輛3在初始循環(huán)就有接近后續(xù)循環(huán)的制動(dòng)能量回收水平，因此造成了DS1和DS2速度段△EREESS電量變化的差異。

2.2 常規(guī)工況法REESS電能變化△EREESS

常規(guī)工況法由多個(gè)連續(xù)的CLTC循環(huán)組成，試驗(yàn)時(shí)車輛在底盤測(cè)功機(jī)上連續(xù)運(yùn)行CLTC循環(huán)，直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的結(jié)束條件，試驗(yàn)中止。通過(guò)該方法可獲得底盤測(cè)功機(jī)記錄的實(shí)際續(xù)駛里程并利用高性能功率分析儀得到不同CLTC循環(huán)的電能變化趨勢(shì)。

圖2中可以看到，車輛2具有最大的輸出電量，而車輛1和車輛3輸出電量比較接近，但其均小于車輛2的輸出電量，這與試驗(yàn)車輛的整備質(zhì)量有著直接的關(guān)系。從試驗(yàn)車輛參數(shù)可知，車輛2的整備質(zhì)量更大，這會(huì)導(dǎo)致底盤測(cè)功機(jī)車輛會(huì)有更高的滑行阻力，電機(jī)需要更大的功率來(lái)滿足試驗(yàn)車輛的行駛。循環(huán)數(shù)量上，車輛1的循環(huán)數(shù)量最高，續(xù)駛里程也更大，車輛2循環(huán)數(shù)量最低，續(xù)駛里程在三輛試驗(yàn)車中最小，車輛3介于兩者之間。這與3臺(tái)試驗(yàn)車動(dòng)力電池的額定容量密切相關(guān)，3臺(tái)試驗(yàn)車常規(guī)工況法的循環(huán)數(shù)與該車輛電池容量的大小趨勢(shì)大體相同。

三臺(tái)試驗(yàn)車在除了最后一個(gè)測(cè)試循環(huán)下的電量變化表現(xiàn)不一致外，每臺(tái)車在其余獨(dú)立完整中國(guó)工況下的電量變化差異很小。最后一個(gè)測(cè)試工況的電量變化較為特殊，是由于車輛在最后一個(gè)測(cè)試循環(huán)運(yùn)行過(guò)程中，電量不足導(dǎo)致試驗(yàn)車輛無(wú)法繼續(xù)跟蹤測(cè)試工況的曲線，達(dá)到測(cè)試結(jié)束的判定條件，試驗(yàn)車未能運(yùn)行完整獨(dú)立的中國(guó)工況，其特征不具備完整中國(guó)工況下的電量變化特征，具有很大的離散特性。

因此，車輛的續(xù)駛里程和電量變化受到整備質(zhì)量、電池額定容量和電機(jī)功率等因素的影響。

3? 直流能量消耗率ECDC

3.1 縮短法

車輛1 DS1速度段兩個(gè)CLTC循環(huán)的能量消耗率更高，尤其是首個(gè)CLTC循環(huán)，其能量消耗率與整體能耗最大的車輛2接近，此外車輛1的DS2速度段兩個(gè)CLTC循環(huán)的能量消耗率最低。而車輛3 DS1和DS2兩個(gè)區(qū)間能量消耗率變化較小，同時(shí)車輛3在恒速段上能量消耗率增加相對(duì)最小。

GB/T 18386.1-XXXX規(guī)定的縮短法能量消耗率是根據(jù)DS1和DS2速度段中的4個(gè)中國(guó)工況循環(huán)能量消耗率權(quán)重進(jìn)行計(jì)算的，文中利用此方法進(jìn)行計(jì)算，對(duì)3臺(tái)試驗(yàn)車尤其是縮短法下車輛1和車輛3的能量消耗率進(jìn)行對(duì)比，縮短法下車輛1能量消耗率最低，車輛2能量消耗率最高，車輛3介于兩者之間，同時(shí)三臺(tái)試驗(yàn)車縮短法下的能量消耗率與DS2段中國(guó)工況下的能量消耗率接近。這是由于GB/T 18386.1-XXXX中規(guī)定僅對(duì)DS1段進(jìn)行權(quán)重系數(shù)的計(jì)算，而其它循環(huán)權(quán)重默認(rèn)為等值，同時(shí)由DS2段中國(guó)工況代替其它循環(huán)進(jìn)行能量消耗率的計(jì)算。因此縮短法下，試驗(yàn)車輛能量消耗率與DS2段中國(guó)工況能量消耗率密切相關(guān)。

3.2 高速工況下能量消耗率變化

首先對(duì)縮短法和常規(guī)工況法數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，去除前兩個(gè)中國(guó)工況循環(huán)后，記錄常規(guī)工況法與DS2段相近的循環(huán)并將之刪除，三臺(tái)試驗(yàn)車1、2和3刪去的循環(huán)分別是35-36、25-26和23-24，高速工況下試驗(yàn)車輛的能量消耗率均高于常規(guī)工況，三臺(tái)試驗(yàn)車增長(zhǎng)幅度分別為31.3%、42.4%和12.6%，車輛3在高速工況下表現(xiàn)最好，能量消耗率最低，這主要是由于常規(guī)工況法下車輛3的制動(dòng)回收電能最低，而三臺(tái)試驗(yàn)車在100km/h恒速段下幾乎沒(méi)有制動(dòng)電能的回收，因此同樣損失了制動(dòng)回收電能的三臺(tái)試驗(yàn)車中，車輛3電量降低幅度最小。

4? 結(jié)論

①常規(guī)工況法下，各個(gè)循環(huán)△EREESS電量和輸出電量變化不大，制動(dòng)回收電量除初始循環(huán)外略有波動(dòng)，但總體保持不變。

②縮短法下，車輛1在DS1速度段具有較小的制動(dòng)回收能量，說(shuō)明車輛1在電池荷電狀態(tài)較高的情況下制動(dòng)電能回收功能未完全開(kāi)啟。

③縮短法下，三臺(tái)試驗(yàn)車DS2區(qū)間的△EREESS電量變化較DS1區(qū)間小，降低幅度取決于DS1區(qū)間制動(dòng)回收功能是否完全開(kāi)啟。三臺(tái)試驗(yàn)車常規(guī)工況法計(jì)算的能量消耗率稍大于縮短法計(jì)算的能量消耗率。

④高速工況下，電動(dòng)車能量消耗率增加。三臺(tái)試驗(yàn)車能量消耗率增長(zhǎng)幅度分別為31.3%、42.4%和12.6%。

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