NEDC工況下純電動(dòng)汽車充電和放電特征分析

雷利剛 孫龍 郭成勝 俞瀟 高劍

中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司 天津市 300300

1 引言

純電動(dòng)汽車正常行駛狀態(tài)下，動(dòng)力電池主要處于兩種工作狀態(tài)，即放電和充電。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛，電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能過(guò)程中動(dòng)力電池放電。當(dāng)車輛減速行駛時(shí)，車輪將機(jī)械動(dòng)能傳遞給電機(jī)，從而電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)處于發(fā)電狀態(tài)，并向動(dòng)力電池內(nèi)充電，此時(shí)動(dòng)力電池處于充電狀態(tài)。

本文主要選擇了一臺(tái)典型常規(guī)電動(dòng)汽車作為研究對(duì)象，在底盤測(cè)功機(jī)上運(yùn)行NEDC工況，通過(guò)車輛CAN線采集車輛動(dòng)力電池在試驗(yàn)過(guò)程中的電壓、電流、累計(jì)電量數(shù)據(jù)，分析動(dòng)力電池的充電和放電特征。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 測(cè)試方案設(shè)計(jì)

測(cè)試方法依據(jù)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》標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)。車輛由專業(yè)司機(jī)駕駛，安裝CAN線數(shù)采設(shè)備獲取電動(dòng)車輛電參量數(shù)據(jù)，底盤測(cè)功機(jī)上的數(shù)采設(shè)備可記錄速度。

2.2 測(cè)試車輛

選擇了一臺(tái)前輪驅(qū)動(dòng)M1類純電動(dòng)汽車，帶制動(dòng)能量回收功能，電機(jī)類型為交流異步電機(jī)，三元聚合物鋰電池，整備質(zhì)量810kg，最高車速100km/h。

2.3 測(cè)試設(shè)備及試驗(yàn)參數(shù)設(shè)定

2.3.1 測(cè)試設(shè)備

測(cè)試車輛安裝在兩驅(qū)底盤測(cè)功機(jī)上實(shí)現(xiàn)車輛道路阻力模擬；車輛CAN總線收集電參量數(shù)據(jù)。駕駛員使用司機(jī)助跟蹤工況曲線。

2.3.2 底盤測(cè)功阻力設(shè)定

對(duì)測(cè)試車輛進(jìn)行滑行試驗(yàn)，獲取底盤測(cè)功機(jī)上的加載阻力系數(shù)，F(xiàn)0：9.51（N）；F1：1.26428（N/km/h）；F2：0.033844（N/（km/h）2）。

3 測(cè)試試驗(yàn)

底盤測(cè)功機(jī)以勻速80km/h的速度熱機(jī)30分鐘，將車輛安裝至底盤測(cè)功機(jī)上并進(jìn)行放電，同時(shí)根據(jù)道路阻力系數(shù)對(duì)車輛進(jìn)行滑行試驗(yàn)，配置車輛行駛阻力參數(shù)。放電結(jié)束后對(duì)車輛進(jìn)行初次充電，充電完成后配置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)要求車輛在底盤測(cè)功機(jī)上行駛工況，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求判定試驗(yàn)結(jié)束。

4 測(cè)試結(jié)果及分析

4.1 工況運(yùn)行數(shù)據(jù)

NEDC循環(huán)由4個(gè)基本市區(qū)循環(huán)和1個(gè)市郊循環(huán)組成，共計(jì)1180s，市區(qū)循環(huán)780s，市郊循環(huán)400s。車輛行駛狀態(tài)分為：停車、加速、減速、等速4種工況。整個(gè)試驗(yàn)總運(yùn)行時(shí)間為296min56s，共計(jì)15個(gè)修訂NEDC測(cè)試循環(huán)。其中，等速運(yùn)行時(shí)間105min28s，加速運(yùn)行時(shí)間85min23s，減速運(yùn)行時(shí)間35min17s。

4.2 工況運(yùn)行下動(dòng)力電池放電

NEDC工況循環(huán)下，加速和勻速時(shí)，駕駛員踩下油門，動(dòng)力電池處于放電狀態(tài)，隨車速升高電池放電電流也隨之變大；當(dāng)車輛勻速行駛時(shí)，則電池放電電流穩(wěn)定在一個(gè)值。動(dòng)力電池放電，放電電流都為正值。圖1為車輛工況運(yùn)行下車速在加速和勻速工況時(shí)車速和動(dòng)力電池電流變化圖。

4.3 工況運(yùn)行下動(dòng)力電池充電

車輛減速時(shí)，駕駛員松開油門踩下制動(dòng)踏板，動(dòng)力電池停止放電，電流為0。當(dāng)立即踩下制動(dòng)踏板時(shí)，產(chǎn)生反向電流，并隨著制動(dòng)踏板開度加大電流增大，向動(dòng)力電池充電。圖2為車輛從100km/h減速到0km/h時(shí)車速和電池電流變化圖。

4.4 單個(gè)NEDC循環(huán)充、放電特征

車輛運(yùn)行第一個(gè)NEDC工況循環(huán)時(shí)，車輛行駛一段距離后并沒有產(chǎn)生負(fù)向電流，當(dāng)工況運(yùn)行至354s時(shí)車輛減速階段，此刻出現(xiàn)負(fù)向電流。車輛在行駛的前期并沒有產(chǎn)生負(fù)向電流，當(dāng)動(dòng)力電池放出電量0.19KWh后，SOC下降1%時(shí)動(dòng)力電池開始回收電能。除首個(gè)循環(huán)出現(xiàn)上述情況外，其余循環(huán)下并未出現(xiàn)此現(xiàn)象。車輛電池電量達(dá)到一定條件下才會(huì)出現(xiàn)充電過(guò)程。圖3為車輛運(yùn)行第一個(gè)NEDC工況循環(huán)時(shí)電流變化圖。

4.5 續(xù)駛里程測(cè)試全過(guò)程充、放電量特征

整個(gè)測(cè)試過(guò)程中車輛放電時(shí)間占測(cè)試總時(shí)間61.19%，充電時(shí)間占15.08%。車輛行駛在NEDC市區(qū)循環(huán)下，I部一個(gè)基本市區(qū)循環(huán)的放電量為0.1KWh，II部一個(gè)市郊循環(huán)放電量為0.8 KWh，市郊循環(huán)是4個(gè)基本市區(qū)循環(huán)放電量總和的2倍，總放電量為1.2 KWh。一個(gè)市區(qū)循環(huán)回收電量基本為0.082KWh，一個(gè)市郊循環(huán)回收電量基本為0.03 KWh，市郊循環(huán)回收電量是4個(gè)市區(qū)循環(huán)總和的2.6倍，總回收電量0.11 KWh。運(yùn)行第15個(gè)NEDC循環(huán)時(shí)，由于動(dòng)力電池放電深入車輛表現(xiàn)動(dòng)力不足，無(wú)法滿足工況曲線要求，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)束判定試驗(yàn)停止。第一個(gè)循環(huán)回收功能未激活，回收電量?jī)H為0.04 KWh，其它循環(huán)回收電量在0.09-0.12（KWh）范圍之間。

圖1 工況運(yùn)行下動(dòng)力電池放電狀態(tài)

圖2 工況運(yùn)行下動(dòng)力電池充電狀態(tài)

圖3 首個(gè)NEDC循環(huán)下電流變化圖

4.6 工況子循環(huán)充、放電量

試驗(yàn)過(guò)程中車輛總放電量為1 8.8 4 KWh，其中市區(qū)循環(huán)放電量為6.45 KWh，市郊循環(huán)放電量為12.38 KWh。各循環(huán)放電量在0.83-1.31（KWh）范圍之間，其中各循環(huán)中市區(qū)循環(huán)放電量在0.42-0.45（KWh）范圍之間，平均放電量為0.43 KWh。市郊循環(huán)放電量在0.41-0.88（KWh）之間，由于第15個(gè)循環(huán)為結(jié)束循環(huán)，且結(jié)束點(diǎn)在該循環(huán)市郊高速階段，其放電較少為0.41KWh，第1-14個(gè)市郊循環(huán)平均放電量0.85KWh。

車輛試驗(yàn)中總回收電量為2.43KWh，運(yùn)行在市區(qū)循環(huán)下回收電量為1.94KWh，運(yùn)行在市郊循環(huán)下回收電量為0.49KWh。其中每循工況環(huán)中市區(qū)循環(huán)總回收電量為1.04KWh，回收電量范圍在0.01-0.088（KWh）之間，除第1個(gè)NEDC循環(huán)外，各工況循環(huán)市區(qū)平均回收電量0.073 KWh。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）加速和等速運(yùn)行時(shí)，車輛放電，電流為正值。減速運(yùn)行時(shí)制動(dòng)能量回收功能工作，車輛充電，電流為負(fù)值。

（2）車輛加速時(shí)加速度越大，油門開度越大，電池放電電流越大；等速運(yùn)行時(shí)放電電流保持穩(wěn)定；減速行駛時(shí)，制動(dòng)踏板開度越大，回收電流越大。

（3）NEDC工況下，市區(qū)循環(huán)放電量占總放電量的34.24%，市郊循環(huán)占總放電量的65.76%，市區(qū)循環(huán)充電量占總回收電量的79.75%，市郊循環(huán)為20.25%。

（4）車輛開始運(yùn)行第一個(gè)NEDC循環(huán)前端部分時(shí)，由于動(dòng)力電池處于飽滿狀態(tài)，制動(dòng)能量回收功能不發(fā)揮作用，踩制動(dòng)減速時(shí)沒有相應(yīng)的負(fù)向電量產(chǎn)生。