辜雄　鄭麗瑩　鞠濤　賴聯(lián)鋒

摘 要：隨著新能源電動汽車的不斷發(fā)展與普及，其電池組的續(xù)航能力提升后的運營效率愈發(fā)成為應用開發(fā)者必須解決的難題之一，其中物流運輸?shù)碾妱悠囯姵亟M續(xù)航的能源使用效率要求尤為突出。除了電池本身的續(xù)航能力外，節(jié)能增效同樣是提升電池續(xù)航里程的關鍵因素，因此東蒲聯(lián)合科技（福建）有限責任公司攜手廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司、寧德師范學院對電動物流汽車在冷鏈環(huán)境下的續(xù)航能力提升及影響能源效率的因素進行分析，針對冷鏈環(huán)境下電動物流汽車能源效率低下的原因，運用相應的控制策略技術提出相應的節(jié)能措施，并已定制開發(fā)相應的增程冷鏈車車型，為中國國內的冷鏈物流車節(jié)能技術提供重要的指導意義。

關鍵詞：新能源汽車 增程式 冷鏈物流汽車 控制策略

1 引言

汽車作為傳統(tǒng)的工業(yè)產品，按照汽車排量可劃分為：微型轎車（排量低于1L）、普通級轎車（排量為1.0～1.6L）、中級轎車（排量為1.6～2.5L）、中高級轎車（排量為2.5～4.0L）、高級轎車（排量為4L以上）[1-4]。按照汽車類型可分為：載貨汽車、越野汽車、自卸汽車、牽引車、專用汽車、客車、轎車、半掛車等幾種類型，貨車主要是：微型貨車、輕型貨車、中型貨車、重型貨車。按照動力來源可分為：新能源汽車和內燃機汽車，其中新能源汽車的代表車型是由電池提供動力來源。按照功能區(qū)分可分為載貨型和載客型，電動物流汽車作為載貨型的工具車，對運輸里程、容積空間等均有很大程度的需求，而冷鏈物流汽車是主要用于配送海鮮、生鮮、冷凍食品等需要低溫保存的且部分有形狀要求的物品的汽車類型，故在物流汽車的基礎上需要增加制冷保鮮設備[5-8]。

其中冷鏈物流汽車根據車身長度分為小型冷鏈物流汽車和大型冷鏈物流汽車，由于大型冷鏈物流汽車無法進入城市市區(qū)范圍內，因此在市區(qū)范圍內只能由小型冷鏈物流汽車進行物品配送。但是現(xiàn)有的小型冷鏈物流汽車除了驅動電池容量小，因其車小車內容積也小僅為7個立方以內，然而車廂改制冷箱后的裝貨容積更是減少了1平方～1.2個平方直接影響單件的運營成本，因此適合6個方空間運營的冷藏車運營效率成為最最關鍵的因素之一，而現(xiàn)有的電動車上使用的冷機都是由傳統(tǒng)能源下大的冷機直接更改成小的電驅動的冷機，在小空間的城市道路使用工況下冷機并不節(jié)能，因此車型的運營成本是讓城市小型冷鏈物流車批量使用的關鍵問題。

2 冷鏈環(huán)境下增程式電動物流車的能耗高的現(xiàn)狀及存在的問題

2.1 冷鏈環(huán)境下增程式電動物流車的能耗現(xiàn)狀

現(xiàn)存輕型車5200×1700×2055，面包車廂，車廂內3240*1550*1440/1640達到7.2個立方～7.8個立方，但由于要對車廂進行冷凍和保溫，且溫度要達到-70度到5度的運營要求，需要使用熱塑板和玻璃鋼搭配閉式發(fā)泡技術才能夠實現(xiàn)，改制后車廂容積能夠達到5.4立方-5.8立方。

目前的市場上電動物流車冷機都是用壓縮機排量在180～250之間的燃油冷機改制成電驅動冷機，且覆蓋的空間在6個立方～9個立方～17個立方，滿足不了實際這款輕型車運營需求，而且針對這款6方以下小體積，要求的溫度變化區(qū)間更小，調溫更平順，功率供給更平穩(wěn)，所以降低能耗也是提高配送時效和營運效率的。

2.2 冷鏈環(huán)境下增程式電動物流車能耗存在的問題

電動車使用的冷機在實際工況下的能耗高，冷機具備在300V～700V的寬電壓下工作，對啟動條件下功率的要求低，但對工作條件下的功率要求高，且在裝載時需要預先打冷。

打冷的功率需要3000W耗電半小時打冷才能達到0度（相當于1.0度電），2000W耗電2個小時內達到-20度條件（相當于2度電），而達到-70度條件需要耗費的功耗達到6度電以上的情況;實際的運營中假定室溫為30度，在6立方空間內（冷箱保溫性能可達到-70度），一次開關門就會出現(xiàn)跑冷（以5分鐘內自然跑冷量估算），一次開門后重新達到0度需要500W;一次開門后重新達到-20度將需要2000W。

2.2.1 冷機的自重超大

目前市場上適合運營的冷機最小自重都達到75KG以上，厚度達到240mm，使得在輕型面包車上加裝冷機需要對車頂進行加固處理，不單單增加了5KG以上的車重而且也給最終冷機在實際運營中的制冷效率打了折扣;整車自重是影響運營成本的最重要因素之一，一套增程的冷鏈物流車增加的自重包括，冷機：75KG，冷箱：250kg，增程系統(tǒng)：150kg，車身改制件10kg，一共增加了485KG，這個重量已等同于單次送貨重量的一半。

2.2.2 電動車自身的能耗高

目前的增程式普遍存在能源轉換效率上有30%～40%是被熱量帶走的，只有60%的能源是有效轉換成電能，也就造成了普遍1升油只能轉換為2.8度左右，有的甚至更低;

而傳統(tǒng)的發(fā)電機技術由于其選擇高功率的電機以及電池包容量的限制需要，選擇用不停的充放電，來提供電能，發(fā)電機需要在任意時刻進入最佳功率區(qū)間工作的，整車實際運行的能量損失達到40%甚至以上，這也造成運營成本居高不下。

3 控制策略提升增程式電動物流車的能耗比

東蒲聯(lián)合科技（福建）有限責任公司攜手廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司、寧德師范學院共同研發(fā)，運用相應的控制策略技術開發(fā)增程冷鏈車車型為冷鏈車的市場提供指導意義。

3.1 系統(tǒng)發(fā)動機轉速最優(yōu)化

根據冷鏈物流專用場景定制技術路線，在避開使用高倍率特殊電池下，通過增程補電續(xù)航來避開超負荷使用發(fā)動機，確保發(fā)動機在3000RPM輸出30KW最佳效率和最經濟發(fā)電轉換率下工作，而且充電工作電始終落在30KW上;從增程系統(tǒng)發(fā)動機轉速落在2800RPM～3000RPM，確保發(fā)動機在最佳轉速下產生最經濟能耗。

3.2 優(yōu)化ECU控制邏輯點火和運行過程

在取消發(fā)動機惰輪的情況下通過優(yōu)化的ECU控制邏輯點火和運行過程，通過VVT來控制進氣的速度控制，把握點火系統(tǒng)控制點火的時機，調節(jié)噴油器控制噴油的脈寬以及在ECU控制信號下精確控制曲軸、凸輪軸和溫度措施來使缸內氣體以更好的LAMD實現(xiàn)更加快速的燃燒。

發(fā)動機選擇上低比油耗的map區(qū)域能夠覆蓋功率需求map，即使在BMS失效下，需要邊充電邊放電也能在最佳工況下滿足工作要求;這個工況發(fā)電機將在最高功率下滿載工作，即使在40KW下，燃油經濟性在最佳工況下由1度電0.31L，通過稀薄燃燒的燃油回收上，能夠維持在0.30L的最佳綜合工況能耗。

圖2發(fā)動機最佳功率在2300RPM～3000RPM之間示意圖。

3.3 增程系統(tǒng)控制策略優(yōu)化

增程系統(tǒng)以補電為主按照特定場景設計工況對應的功率點，結合實際固定運營路線的爬坡路段，城市道路和顛婆路段的道路譜對比數(shù)據，和實際城市路況上就開始補電行駛到顛簸路段，爬坡路段路況停止，在實際進入到增程發(fā)電的時候，通過功率跟隨策略的使用，在極短的時間內將發(fā)動機能量內耗轉變?yōu)榘l(fā)電機發(fā)電，通過線性規(guī)劃激活發(fā)電機最經濟功耗工作，通過加強學習和線上線下訓練等過程不斷記錄和更新軟件，進一步的通過線性規(guī)劃從剛最先的出廠狀態(tài)規(guī)劃上千組的功率區(qū)間和SOC以及電壓關系數(shù)據，到固定場景運營后的實際場景累計然后積累到臺架和整車再多次訓練，最終將訓練結構通過CAN網絡更新到線性規(guī)劃數(shù)據內，實際的效果是從最初運營的一天幾次出現(xiàn)電驅直接驅動升級到0次直接驅動的情況進而達到通過補電的最經濟能耗，同時也優(yōu)化了臨時性突發(fā)路況下與電直驅平衡的優(yōu)化。

根據復雜的負載變化，進一步優(yōu)化了能耗使用模式間的切換，使得緩慢上升的2600RPM～3200RPM轉速落在最佳最經濟功率點上對增程進行充電補充，因此選擇充電的時機是跟隨固定執(zhí)行線路上的運營路況下平穩(wěn)補電以實現(xiàn)最經濟能耗。

本文制定了如下策略：

（1）基于確定性規(guī)則的控制策略如功率跟隨，固定點基于在15KW，30KW和40KW，如需要驅動60KW的大電機則發(fā)動機可擴展功率50kw，65kw和80KW都是最佳工況的工作點，但補電過程是曲線始終落在在經濟能耗的30KW;（2）基于模糊規(guī)則的控制策略，如自適應;（3）基于局部優(yōu)化的控制策略如等效燃油消耗控制;（4）基于全局優(yōu)化的控制策略如強化學習和線性規(guī)劃，使得基于SOC狀態(tài)和功率需求的固定點式Map都在最佳燃油經濟點上。

以此讓油耗保持在最經濟燃燒功率的0.34L基礎上，通過燃油回收，進一步提升經濟性，最終得出燃油經濟性在最經濟工況下由1度電0.30L提升到0.295L。

圖3進一步說明了在不同SOC下發(fā)動機落在最佳功率特點。

4 結論

本文重點介紹了東蒲聯(lián)合科技（福建）有限責任公司和廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司、寧德師范學院共同開發(fā)的增程式冷鏈物流車節(jié)能項目。該項目通過對實際運營場景的深入了解和把握，利用自身優(yōu)勢制定控制策略和能量管理邏輯，通過達到優(yōu)化工況促使發(fā)電機的發(fā)動效率時刻保持在行駛的最佳工作區(qū)間，從而達到進一步降低能耗的效果。此項目技術已經在利程牌增程冷鏈物流車上解決了能源轉換、使用效率問題，為國內冷鏈物流車的開發(fā)研究提供了重要指導意義。

致謝：該項目得到福建省新能源汽車電機產業(yè)技術開發(fā)基地科研平臺資助。

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