純電動(dòng)客車能耗分解及降低方法

陳曉冰

純電動(dòng)客車能耗分解及降低方法

陳曉冰

（廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司，福建廈門361023）

對(duì)一款純電動(dòng)客車整車能量消耗率進(jìn)行分解，分析各項(xiàng)能量消耗率的影響因素，發(fā)現(xiàn)整車輕量化和降低滾阻系數(shù)對(duì)該純電動(dòng)客車在中國(guó)典型城市工況能量消耗率的降低最有效。通過一系列降耗措施，增加續(xù)駛里程29 km，能量消耗率降低12.5%。

純電動(dòng)客車；性能仿真；能耗分解；降低能耗

本文基于純電動(dòng)客車整車性能仿真，從純電動(dòng)汽車能量傳遞路徑角度，對(duì)整車能耗經(jīng)濟(jì)性的影響因素進(jìn)行分析，以尋求有效的能耗降低措施。

1　整車性能仿真

1.1整車主要技術(shù)參數(shù)

該純電動(dòng)客車主要技術(shù)參數(shù)［1-3］如表1所示。

表1　整車技術(shù)參數(shù)

1.2整車性能仿真

采用Matlab/Simulink搭建整車正向仿真模型，包括行駛工況輸入、駕駛員意圖識(shí)別模型、基于電機(jī)試驗(yàn)特性的電機(jī)模型、基于開路電壓-內(nèi)阻的電池模型、傳動(dòng)系統(tǒng)模型和車輛動(dòng)力學(xué)模型。仿真時(shí)輸入行駛工況數(shù)據(jù)，由駕駛員意圖識(shí)別模型轉(zhuǎn)化成加速/制動(dòng)踏板信號(hào)及需求扭矩信號(hào)，由電機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)扭矩經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)模型到車輛動(dòng)力學(xué)模型。整車性能仿真［4-5］結(jié)果如表2所示。

表2　整車性能仿真結(jié)果

2　降低能耗分析

2.1整車能量消耗分解及影響因素分析

為了詳細(xì)分析該純電動(dòng)客車在中國(guó)典型城市工況下的整車能量消耗情況，從能量傳遞路徑角度將整車能量消耗分解為驅(qū)動(dòng)能耗、機(jī)械制動(dòng)損耗、傳動(dòng)損耗、電機(jī)損耗、附件能耗、電池充放電損耗及充電機(jī)損耗［6-7］。在一定的放電深度條件下，電池的容量決定了電池的總放電能量。電池的放電能量大部分用于驅(qū)動(dòng)車輛行駛，少部分用于高低壓附件的負(fù)荷消耗。

各項(xiàng)能量消耗的影響因素分析［8-10］如下：

1）驅(qū)動(dòng)能耗與車重、滾阻系數(shù)、風(fēng)阻系數(shù)、迎風(fēng)面積有關(guān)。

2）機(jī)械制動(dòng)損耗與車重、滾阻系數(shù)、風(fēng)阻系數(shù)、迎風(fēng)面積有關(guān)。

3）傳動(dòng)損耗主要與傳動(dòng)系統(tǒng)效率有關(guān)，同時(shí)還與傳遞能量大小有關(guān)。

4）電機(jī)損耗是指電機(jī)電動(dòng)/發(fā)電時(shí)的發(fā)熱損耗，主要與電機(jī)電動(dòng)/發(fā)電效率有關(guān)，同時(shí)還與傳遞能量大小有關(guān)。

5）電池充放電損耗是指外接充電時(shí)電池的發(fā)熱損耗加上放電時(shí)電池的發(fā)熱損耗，主要與電池充放電能量效率有關(guān)，可以通過試驗(yàn)得到電池充放電的能量效率。

6）附件損耗與附件功率（逆變器DC/DC、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向油泵、電動(dòng)打氣泵及電空調(diào)實(shí)際使用功率）有關(guān)。

7）充電機(jī)損耗是指外接充電時(shí)充電機(jī)的能量損耗，主要與充電機(jī)效率和電池能量容量有關(guān)。

由于存在制動(dòng)能量回收，使得電池的充放電能量大小、電機(jī)傳遞能量大小、傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞能量大小與車輛的制動(dòng)能量有關(guān)。因此，傳動(dòng)損耗、電機(jī)損耗、電池充放電損耗的影響因素還包括車重、滾阻系數(shù)、風(fēng)阻系數(shù)、迎風(fēng)面積。

該車在中國(guó)典型城市工況下，電機(jī)驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)扭矩和電池充放電電流如圖1所示。

采取能耗降低措施前，該車在中國(guó)典型城市工況的能量消耗率分解如表3所示。不開空調(diào)時(shí)，高低壓附件平均負(fù)荷按2 kW計(jì)算。

表3　降耗措施前中國(guó)典型城市工況能量消耗率

從表3可以看出，驅(qū)動(dòng)能耗占整車能量消耗的50%。因此，應(yīng)該首先考慮如何降低驅(qū)動(dòng)能耗。另外，從各項(xiàng)能量消耗率影響因素可以看出，車重對(duì)驅(qū)動(dòng)能耗、機(jī)械制動(dòng)損耗、傳動(dòng)損耗、電機(jī)損耗、電池充放電損耗的能量消耗率都有影響。因此，降低能耗措施首先考慮整車輕量化。

2.2整車能耗降低分析

在整車尺寸和造型不變的情況下，不考慮降低風(fēng)阻系數(shù)和減小迎風(fēng)面積。結(jié)合上述分析，從能量消耗率比例和各項(xiàng)能量消耗的影響因素出發(fā)，考慮以下6個(gè)降低能耗的措施：

1）整車輕量化。目前采用磷酸鐵鋰電池，通過采用多元復(fù)合鋰電池，整車減重了500 kg，能量消耗率降低了0.024 kW·h/km。

2）降低滾阻系數(shù)。目前采用輪胎滾阻系數(shù)較高，通過采用低滾阻輪胎，滾阻系數(shù)降低0.001，能量消耗率降低了0.048 kW·h/km。

3）提高傳動(dòng)效率。通過改善潤(rùn)滑等措施，傳動(dòng)效率提高了1%，能量消耗率繼續(xù)降低0.016 kW·h/km。

4）提高電機(jī)效率。通過采用先進(jìn)電機(jī)技術(shù)，電機(jī)效率提高了1%，能量消耗率繼續(xù)降低了0.017 kW·h/km。

5）提高電池充放電能量效率。通過采用多元復(fù)合鋰電池，電池充放電能量效率提高了1%，能量消耗率繼續(xù)降低了0.009 kW·h/km。

6）提高充電機(jī)效率。采用效率更高的充電機(jī)，使充電機(jī)效率提高了1%，同樣又使能量消耗率降低了0.009 kW·h/km。

通過采取以上6條措施，總能量消耗率由0.981kW·h/km降低為0.858 kW·h/km。

從上可以看出，在6個(gè)降能耗措施中，整車輕量化和降低滾阻系數(shù)對(duì)中國(guó)典型城市工況能量消耗率的降低最為明顯，其次是提高傳動(dòng)效率和提高電機(jī)效率。

采取各項(xiàng)降耗措施后，各項(xiàng)能量消耗率見表4。

表4　降能耗措施后各項(xiàng)能量消耗率

從表4可以看出，采取降能耗措施后，各項(xiàng)能量消耗率都有所降低，其中，驅(qū)動(dòng)能耗的能量消耗率降低較明顯，總的能量消耗率降低了12.5%，而且續(xù)駛里程由242 km增加到271 km。

3　結(jié)束語

由于有制動(dòng)能量回收的貢獻(xiàn)，純電動(dòng)車與傳統(tǒng)車相比，通過整車輕量化、降低滾阻系數(shù)、提高傳動(dòng)效率所獲得的收益更為明顯。整車輕量化和降低滾阻系數(shù)對(duì)中國(guó)典型城市工況能量消耗率的降低最有效。通過一系列可行的降能耗措施，可使該純電動(dòng)客車的續(xù)駛里程延長(zhǎng)29 km，整車能量消耗率降低12.5%。

［1］王慶年，劉志茹，王偉華，等.混合動(dòng)力汽車正向建模與仿真［J］.汽車工程，2005，27（4）：392-394.

［2］楊為琛.混合電動(dòng)公交車總體匹配、仿真及其控制系統(tǒng)研究［D］.北京：北京理工大學(xué)，2002.

［3］薛定宇，陳陽(yáng)泉.基于MATLAB/Simulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2002.4.

［4］GB/T 18385-2005，電動(dòng)汽車動(dòng)力性能試驗(yàn)方法［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

［5］GB/T18386-2005，電動(dòng)汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

［6］王震坡.電動(dòng)公交客車能耗與使用經(jīng)濟(jì)性研究［D］.北京：北京理工大學(xué)，2005.

［7］余志生.汽車?yán)碚摚跰］.5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.5.

［8］Ehsani，M，等.現(xiàn)代電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車和燃料電池車：基本原理、理論和設(shè)計(jì)［M］.倪光正，倪培宏，熊素銘，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.6.

［9］陳清泉，孫逢春，祝嘉光.現(xiàn)代電動(dòng)汽車技術(shù)［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2002.11.

［10］Antoni Szumanowski.混合電動(dòng)車輛基礎(chǔ)［M］.陳清泉，孫逢春，譯.北京：北京理工大學(xué)出版社，2001.

修改稿日期：2015-10-13

Measures of Energy Consumption Resolution and Reduction for Pure Electric Bus

Chen Xiaobing
（Xiamen KingLongUnited Automotive IndustryCo.，Ltd，Xiamen 361023，China）

The author resolves the energy consumption rate for a pure electric bus，analyzes the influence factors of each energy consumption rate，and finds that reducing the vehicle weight and rolling resistance coefficient are the most effective ways toreduce the energyconsumption rate ofthe pure electric bus under the China typical citycycle. By a series measures ofreducing the energy consumption，the range of the electric bus increases 29 km and the energyconsumption rate reduces12.5%.

pureelectricbus；performancesimulation；energyconsumptionresolution；energyconsumptionreduction

U469.7；U463.23+4.8

B

1006-3331（2015）06-0032-03

陳曉冰（1977-），男，博士；高級(jí)工程師；主要研究方向：新能源汽車、智能網(wǎng)聯(lián)、汽車電子技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域。