基于AVL_Cruise的電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程優(yōu)化方法

楊秀玲　喬華　王娟

摘 要：電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程始終是用戶(hù)考慮購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)汽車(chē)的首要因素之一，也是衡量電動(dòng)汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性的核心指標(biāo)。提升電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程是各大主機(jī)廠(chǎng)發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的頭等大事，文章旨在通過(guò)對(duì)影響續(xù)航里程的關(guān)鍵因素進(jìn)行分析，提出提升電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程的方法。關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē);續(xù)航里程;制動(dòng)再生中圖分類(lèi)號(hào)：U469.7 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）11-21-03

Abstract：?The range of electric vehicles is always one of the primary factors for users to consider purchasing electric vehicles， and it is also the core indicator to measure the economy of electric vehicles.?It is the top priority for the automobile enterprise to improve the range of electric vehicles. This paper aims to analyze the key factors that affect the range of electric vehicles， and put forward the methods to improve the range of electric vehicles.Keywords：?Electric vehicle; Range; Regenerative brakingCLC NO.：?U469.7 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）11-21-03

1 前言

純電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程作為衡量電動(dòng)汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性的核心指標(biāo)，更是吸引用戶(hù)購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)汽車(chē)的條件之一。提升電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程不僅僅是為了滿(mǎn)足客戶(hù)的需求，也是汽車(chē)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。

我國(guó)針對(duì)新能源汽車(chē)出臺(tái)了各種政策、法規(guī)和要求，提升電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程成為各大主機(jī)廠(chǎng)發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的頭等大事。本文旨在通過(guò)對(duì)影響續(xù)航里程的關(guān)鍵因素進(jìn)行分析，提出提升電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程的方法。

2 正文

根據(jù)能量守恒定律，能量不能憑空產(chǎn)生也不會(huì)憑空消失，只會(huì)從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種狀態(tài)。動(dòng)力電池的能量=汽車(chē)的動(dòng)能+克服阻力耗費(fèi)的能量+效率耗散能量。電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程完全由驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛的能量和耗散能量的分配來(lái)決定，因此增加驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛的能量，減少耗散能量是增加電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程的主要方法。

本文以某一在研中的電動(dòng)汽車(chē)為例，原車(chē)型的技術(shù)參數(shù)定義如表1所示。

在AVL_cruise中建立電動(dòng)汽車(chē)計(jì)算模型如圖1所示：

2.1 整備質(zhì)量對(duì)續(xù)航里程的影響

根據(jù)GB 18386-2017《電動(dòng)汽車(chē)能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法》，電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行的工況速度是按照NEDC工況預(yù)先設(shè)定值，因此降低汽車(chē)的動(dòng)能只能從降低汽車(chē)的重量入手。

將整車(chē)重量按照±10kg 的步長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)整，分別計(jì)算不同重量下的續(xù)航里程，續(xù)航里程的結(jié)果對(duì)比見(jiàn)圖2所示，其中黃色柱圖為基準(zhǔn)重量，基準(zhǔn)重量左側(cè)為重量遞減，右側(cè)為重量遞增。最左側(cè)的-100kg到最右側(cè)的+70kg，整車(chē)重量變化了170kg，續(xù)航里程變化了6201m。

這里結(jié)合降重的成本，設(shè)定整車(chē)整備重量為1070kg。

2.2 整車(chē)速比對(duì)續(xù)航里程的影響

變速箱速比的調(diào)整會(huì)影響電機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)的位置，不同的工況點(diǎn)位置將有不同的電機(jī)效率點(diǎn)，能夠影響不同的效率耗散能。在保證需求的動(dòng)力性的前提下，試采用不同的速比計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。這里結(jié)合動(dòng)力性的相關(guān)要求，選取速比6.8。

2.3 整車(chē)行駛阻力的優(yōu)化

整車(chē)行駛阻力由風(fēng)阻和整車(chē)機(jī)械阻力組成，在優(yōu)化風(fēng)阻的過(guò)程中，主要著眼于封堵無(wú)效開(kāi)口;優(yōu)化曲面，使氣流平滑過(guò)渡;設(shè)置擋板將渦流打散，使湍流強(qiáng)度減小。由于風(fēng)阻優(yōu)化與造型強(qiáng)相關(guān)，在本例中不做詳細(xì)討論。機(jī)械阻力實(shí)際上是一個(gè)關(guān)于車(chē)速的函數(shù)，在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)初期可以使用固定常數(shù)來(lái)代替平均數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。

優(yōu)化機(jī)械阻力的過(guò)程中，同時(shí)需要考慮技術(shù)指標(biāo)優(yōu)化帶來(lái)的成本上升，以及平衡相應(yīng)的其他問(wèn)題。調(diào)整后計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3：

2.4 三電系統(tǒng)的優(yōu)化與制動(dòng)能量再生

三電系統(tǒng)對(duì)續(xù)航里程的影響體現(xiàn)在動(dòng)力電池內(nèi)阻、動(dòng)力電池放電窗口、制動(dòng)能量再生效率、以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的效率上。本文中電芯的平均內(nèi)阻取2毫歐，動(dòng)力電池放電窗口取95%。將制動(dòng)能量再生采用串聯(lián)式制動(dòng)能量再生模式，進(jìn)行電機(jī)全功率回收。制動(dòng)力優(yōu)先采用電機(jī)負(fù)扭矩提供，不足部分再由摩擦制動(dòng)提供。

在本文以上的分析中，都是努力降低整車(chē)的阻力能量，降低耗散能量，屬于“節(jié)流”，而制動(dòng)能量再生是真正的對(duì)動(dòng)力電池電能進(jìn)行“開(kāi)源”。為保證制動(dòng)再生能量的最大化，對(duì)制動(dòng)能量再生策略做如下優(yōu)化：

（1）為保證電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)，車(chē)速v在10km/h以上時(shí)，才進(jìn)行制動(dòng)能量再生;

（2）為防止電池過(guò)充電影響電池壽命，當(dāng)電池荷電狀態(tài)低于95%時(shí)，或者電池電量小于滿(mǎn)電量2kwh時(shí)，允許電池充電;

（3）調(diào)整BMS中對(duì)電池的充電倍率1C的限制，允許按照電機(jī)滿(mǎn)功率充電;

根據(jù)以上制動(dòng)能量再生策略，在Matlab Simulink中建立串聯(lián)式制動(dòng)再生模型，如圖所示，并編譯成dll，與AVL_Cruise軟件進(jìn)行信號(hào)連接計(jì)算，具體連接過(guò)程本文不再贅述。

將優(yōu)化后的所有指標(biāo)更新至計(jì)算模型中，重新計(jì)算，優(yōu)化前后參數(shù)及計(jì)算結(jié)果如表4所示，續(xù)航里程達(dá)到了291.58 km，增加了32km。

3 結(jié)論

以某一在研車(chē)型為例，從能量守恒的角度考慮，定量分析了各個(gè)影響因素對(duì)電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程的影響，并提出了相應(yīng)的解決方案?；贏VL_Cruise和Matlab/simulink的聯(lián)合仿真，節(jié)省了大量時(shí)間和成本。文中提出的續(xù)航里程優(yōu)化方法，尤其在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)前期可對(duì)各種技術(shù)方案選型提供一定參考。

參考文獻(xiàn)

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