電動(dòng)汽車靜置場(chǎng)景的能耗性能評(píng)價(jià)方法研究

解難 王瑞 孫龍 雷利剛 周博雅 戴天祿

（中國(guó)汽車技術(shù)研究中心）

能耗作為電動(dòng)汽車的核心技術(shù)指標(biāo)之一，是消費(fèi)者產(chǎn)生里程焦慮的主要原因?；诟黝悎?chǎng)景的電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程及能量消耗量已經(jīng)成為各研究機(jī)構(gòu)及汽車生產(chǎn)商的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。然而，關(guān)于電動(dòng)汽車靜置狀態(tài)下能耗的特征分析主要集中在電池層面，很少見(jiàn)整車級(jí)靜置能耗的分析研究；場(chǎng)景研究?jī)H出現(xiàn)在媒體的測(cè)試報(bào)道中，多以12 h、24 h 為主，未見(jiàn)對(duì)更長(zhǎng)時(shí)間尺度的研究。因此，文章對(duì)電動(dòng)汽車在不同靜置時(shí)間及靜置溫度下的能耗情況進(jìn)行研究，制定了整車級(jí)及零部件級(jí)的測(cè)試方法，分析了電動(dòng)汽車靜置能耗的影響因素、變化規(guī)律，為整車企業(yè)進(jìn)一步優(yōu)化整車能耗系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

1 電動(dòng)汽車靜置能耗成因分析及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車在靜置條件下的能耗由3 個(gè)部分組成：1）動(dòng)力電池及蓄電池系統(tǒng)的自放電特性及電子設(shè)備的暗電流，導(dǎo)致電池電量減少[1]；2）為確保電動(dòng)汽車的使用安全，電動(dòng)汽車安裝的車載終端需定期存儲(chǔ)和上報(bào)整車安全狀態(tài)及動(dòng)力電池狀態(tài)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致固定的電能消耗[2]；3）為提高客戶體驗(yàn)，電動(dòng)汽車一般配置有用戶APP 及迎賓功能等用戶友好型配置，需要相關(guān)控制器常開，導(dǎo)致電能消耗[3]。為解決靜置能耗的問(wèn)題，目前大部分的電動(dòng)汽車均帶有遠(yuǎn)程上高壓電的主動(dòng)充電控制策略，以保障電動(dòng)汽車低壓電源系統(tǒng)的可靠性。

電動(dòng)汽車的靜置能耗構(gòu)成比較復(fù)雜，且工作電流為難以測(cè)量的微電流。文章在研究過(guò)程中，采用如下2 種方式開展測(cè)試工作：1）滿電狀態(tài)下進(jìn)行一段時(shí)間的靜置后，對(duì)車輛進(jìn)行交流充電，通過(guò)充電量的大小整體評(píng)價(jià)靜置過(guò)程中的能耗；2）對(duì)電動(dòng)汽車的低壓電路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，測(cè)量主要用電設(shè)備的靜態(tài)電流，以評(píng)價(jià)各用電設(shè)備的能耗水平。

2 試驗(yàn)設(shè)備介紹

試驗(yàn)在帶有環(huán)境倉(cāng)、四驅(qū)底盤測(cè)功機(jī)、電參數(shù)測(cè)量?jī)x、數(shù)據(jù)記錄分析儀以及低壓電流探頭的整車試驗(yàn)室進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)備如表1 所示。

表1 電動(dòng)汽車靜置能耗測(cè)試試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)室及試驗(yàn)設(shè)備，如圖1～圖3 所示。

圖1 環(huán)境倉(cāng)試驗(yàn)室

圖2 電參數(shù)測(cè)量?jī)x及數(shù)據(jù)記錄分析儀

圖3 KLARIC LI-probes 低壓電流探頭

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 靜置能耗變化規(guī)律分析

參照GB/T 18386—2017 測(cè)試方法，將電動(dòng)汽車充滿電（220 V 交流電）后，在環(huán)境溫度為（25±5）℃的試驗(yàn)室靜置[4]，每24 h 記錄汽車儀表顯示的續(xù)駛里程衰減值，作為續(xù)駛里程衰減的參考。在靜置144 h 后，用220 V 交流電再次對(duì)汽車進(jìn)行充電，記錄電量值，作為評(píng)價(jià)電動(dòng)汽車靜置能耗的依據(jù)。5 輛車的表顯續(xù)駛里程隨靜置時(shí)間的變化規(guī)律，如圖4 所示。

圖4 電動(dòng)汽車表顯續(xù)駛里程隨靜置時(shí)間變化規(guī)律

5 臺(tái)電動(dòng)汽車的表顯續(xù)駛里程隨靜置時(shí)間的延長(zhǎng)呈線性下降的趨勢(shì)；不同汽車表顯續(xù)駛里程的衰減速度不同。表顯續(xù)駛里程的變化情況能夠在一定程度上反映出電動(dòng)汽車的靜置能耗情況。

5 臺(tái)電動(dòng)汽車24 h 的平均電耗，如式（1）所示。

式中：E（24h）——電動(dòng)汽車24 h 靜置能耗量，Wh；

E（tota）l——電動(dòng)汽車在靜置時(shí)間內(nèi)總能耗量，Wh；

T——電動(dòng)汽車靜置時(shí)間，d。

5 臺(tái)電動(dòng)汽車每靜置24 h 的平均能耗量，如圖5所示。

圖5 常溫下電動(dòng)汽車靜置過(guò)程日均能耗量

從圖中可以看出，不同電動(dòng)車的靜置能耗差別較大，其中1#車的靜置能耗水平是其他4 輛車平均水平的8 倍；除車輛配置較高導(dǎo)致控制器增多增加了靜置能耗之外，也與整車的能量管理策略及用電設(shè)備的靜置能耗水平相關(guān)。

為考察電動(dòng)汽車靜置能耗對(duì)續(xù)駛里程的實(shí)際影響，1#與2#電動(dòng)汽車在滿電靜置144 h 后，進(jìn)行中國(guó)工況（CLTC-P）下的常溫續(xù)駛里程試驗(yàn)，數(shù)據(jù)對(duì)比如表2 所示。

表2 靜置能耗續(xù)駛里程驗(yàn)證

從表2 可以看出，表顯續(xù)駛里程衰減及按照靜置能耗和工況能耗核算的續(xù)駛里程衰減與汽車實(shí)際續(xù)駛里程衰減值基本相同，顯示了試驗(yàn)設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)方法的合理性。

3.2 靜置溫度對(duì)靜置電耗影響分析

將5 臺(tái)同樣的電動(dòng)車在滿電狀態(tài)下分別在（25±5）℃及（-7±3）℃的環(huán)境下靜置24 h，并在常溫下將電量補(bǔ)滿，記錄充電電量，結(jié)果如圖6 所示。

圖6 高低溫下靜置能耗對(duì)比

從圖6 可以看出，高低溫下靜置24 h 的能量消耗差別很小，均在1%以下，由此看出在-7～25 ℃范圍內(nèi)，溫度對(duì)電動(dòng)汽車靜置能耗的影響較小，基本可以忽略不計(jì)。

3.3 靜置電動(dòng)汽車低壓系統(tǒng)電耗分析

在電動(dòng)汽車的靜置能耗中，動(dòng)力電池及蓄電池系統(tǒng)的自放電特性導(dǎo)致的電壓下降并且容量減少的現(xiàn)象，是衡量電池性能的主要參數(shù)之一，鋰離子電池的自放電率為每月2%[5]；從5 輛電動(dòng)汽車的靜置能耗結(jié)果看，平均每月電池荷電狀態(tài)（SOC）下降25%，由電池的自放電特性導(dǎo)致的SOC 下降占比為8%；因此，為確保電動(dòng)汽車的使用安全及提高客戶體驗(yàn)，需要相關(guān)控制器常開導(dǎo)致電能的消耗的占比在92%以上，而這部分能耗由電動(dòng)汽車的低壓供電系統(tǒng)提供，文章選取了靜置能耗較高的1#車進(jìn)行了低壓系統(tǒng)各用電設(shè)備能耗的測(cè)量。

試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)用KLARIC LI-probes 低壓電流探頭及DEWETRON TRIONet 記錄分析儀對(duì)車輛靜置電流進(jìn)行了測(cè)量，使用在車輛保險(xiǎn)盒內(nèi)將保險(xiǎn)拔出，串入電流探頭的方法進(jìn)行測(cè)量，如圖7 所示。

圖7 電動(dòng)汽車靜置電耗測(cè)量示意圖

在整車靜態(tài)電流測(cè)試過(guò)程中，在蓄電池負(fù)極接入電流傳感器，用數(shù)采設(shè)備采集鎖車后流經(jīng)電池負(fù)極電流的變化。最終整車進(jìn)入休眠狀態(tài)后的電流值為整車靜態(tài)電流。

在控制器靜態(tài)電流測(cè)試過(guò)程中分為2 類情況：1）對(duì)于其線路中只掛載一路控制器的保險(xiǎn)，直接在該回路保險(xiǎn)絲處串入電流傳感器進(jìn)行測(cè)量，采集一段時(shí)間并取時(shí)均值作為該控制器靜態(tài)電流值；2）對(duì)于線路中掛載多路控制器的保險(xiǎn)，車輛進(jìn)入休眠狀態(tài)后，從完備狀態(tài)起，按控制器列表，一一拔掉控制器的接插件，每個(gè)控制器采集一段時(shí)間并取時(shí)均值，以前后時(shí)均電流的變化量為該控制器的靜態(tài)電流值。

實(shí)施完成后，對(duì)低壓系統(tǒng)各用電設(shè)備的靜態(tài)電流值進(jìn)行整理，共有44 個(gè)用電設(shè)備存在靜態(tài)電流，其中靜態(tài)電流大于1 mA 的用電設(shè)備及電流值，如表3 所示。

表3 1#電動(dòng)汽車低壓系統(tǒng)靜態(tài)電流測(cè)試結(jié)果 mA

同時(shí)，對(duì)靜置電耗較小的5#電動(dòng)汽車進(jìn)行低壓系統(tǒng)電耗測(cè)試，其中靜態(tài)電流大于1 mA 的用電設(shè)備及電流值，如表4 所示。

表4 5#電動(dòng)汽車低壓系統(tǒng)靜態(tài)電流測(cè)試結(jié)果 mA

從蓄電池靜態(tài)電流上看，1#車的靜態(tài)電流為5#車的25 倍左右，印證了1#車的靜置電耗較大。相關(guān)研究表明，由于高級(jí)汽車電器設(shè)備的增多，其靜態(tài)電流也隨之增大。通常認(rèn)為靜態(tài)電流在50 mA 以下為正常，過(guò)大的靜態(tài)電流易使蓄電池虧電，如果沒(méi)有高壓充電策略，易導(dǎo)致汽車無(wú)法正常起動(dòng)[6]。

4 結(jié)論

電動(dòng)汽車的靜置能耗導(dǎo)致的續(xù)駛里程衰減呈線性下降，且衰減速度受溫度（-7～25 ℃）的影響較小，在進(jìn)行整車能耗策略優(yōu)化時(shí)，加強(qiáng)對(duì)低壓系統(tǒng)能耗的控制，能有效地降低靜置續(xù)駛里程衰減的速度，減輕消費(fèi)者因?yàn)殚L(zhǎng)期靜置導(dǎo)致無(wú)法啟動(dòng)的焦慮。由于整車靜置完全放電需要3 個(gè)月甚至更久，所以并不確定整車能耗在低電量存儲(chǔ)狀態(tài)下是否存在突變情況，需要進(jìn)一步研究。另外，文章只研究了恒溫下的能耗衰減情況，溫度短時(shí)間內(nèi)劇烈變化是否會(huì)造成衰減加速，需要進(jìn)一步驗(yàn)證。