某純電動(dòng)多用途貨車節(jié)能降耗研究

王雅莉

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程及量消耗率是電動(dòng)汽車廠家極為關(guān)注的性能特征參數(shù),也是用戶非常關(guān)注的性能指標(biāo)，直接影響了用戶購(gòu)車意愿。

目前純電動(dòng)多用途貨車均以動(dòng)力電池作為整車動(dòng)力來(lái)源，動(dòng)力電池化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電空調(diào)、電暖風(fēng)、電轉(zhuǎn)向、電制動(dòng)等用電器使整車正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在動(dòng)力電池容量一定的情況下，研究并優(yōu)化各用電部件的能量消耗、降低整車重量，可有效提升整車?yán)m(xù)駛里程。

1 現(xiàn)狀分析

表1為中國(guó)內(nèi)主流廠家純電動(dòng)多用途貨車NEDC工況下百公里能耗數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)分析，國(guó)內(nèi)純電動(dòng)多用途貨車NEDC工況下百公里能量消耗在15kWh～21kWh之間。有部分車型百公里能耗較高，本文選取其中一款對(duì)其分析并進(jìn)行能耗優(yōu)化。

2 技術(shù)原理分析

純電動(dòng)多用途貨車能量消耗及優(yōu)化主要研究車輛在NEDC工況運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力電池、電動(dòng)轉(zhuǎn)向泵、DC/AC等部件的能量消耗情況，優(yōu)化各部件狀態(tài)及控制策略，在不影響整車性能的前提下，降低能量消耗，提升續(xù)駛里程。

表1 國(guó)內(nèi)主流廠家純電動(dòng)多用途貨車NEDC工況能量消耗水平

純電動(dòng)多用途貨車在運(yùn)行時(shí)，電池輸出能量轉(zhuǎn)化為整車驅(qū)動(dòng)能量（克服行駛阻力），電氣附件消耗能量和線纜內(nèi)阻消耗能量。其中整車驅(qū)動(dòng)能量消耗占比最大，電氣附件消耗能量其次，線纜內(nèi)阻消耗能量最小。整車驅(qū)動(dòng)消耗能量由車輛行駛阻力及電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率決定；電氣附件消耗能量由各用電器功率及效率決定；線纜內(nèi)阻消耗能量由線纜內(nèi)阻及通過(guò)電流大小決定。

3 能量消耗優(yōu)化措施分析

為了優(yōu)化整車性能，提升純電動(dòng)多用途貨車在不同工況和環(huán)境下整車的能量消耗，需要從各方面考慮提升各個(gè)部件的能效，降低附件的能量消耗占比。

3.1 降低行駛阻力

汽車行駛阻力包括滾動(dòng)阻力、加速阻力、坡度阻力、空氣阻力。本文研究NEDC工況能耗，不考慮坡度阻力，要減小空氣阻力需優(yōu)化車輛外觀結(jié)構(gòu)降低風(fēng)阻系數(shù)；要減少滾動(dòng)阻力，考慮更換低滾阻輪胎；汽車加速行駛時(shí)，需要克服其質(zhì)量加速運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力，要減小加速阻力，需要降低整車重量。

3.2 提升動(dòng)力傳遞效率

以某純電動(dòng)多用途貨車為例，車輛行駛過(guò)程中驅(qū)動(dòng)力傳遞路徑見(jiàn)下圖1：

圖1 車輛驅(qū)動(dòng)力傳遞路徑簡(jiǎn)圖

由圖分析可知，汽車驅(qū)動(dòng)力需要從驅(qū)動(dòng)電機(jī)依次經(jīng)過(guò)減速器/變速器、傳動(dòng)軸、后橋、制動(dòng)器、輪胎等部件。傳動(dòng)系的功率損失由機(jī)械損失和液力損失組成。降低機(jī)械損失可從以下幾方面考慮：①提高減速器/變速器和后橋齒輪嚙合精度、齒輪表面粗糙度；②提高傳動(dòng)效率、優(yōu)化傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角，調(diào)高傳動(dòng)軸傳動(dòng)效率；③降低盤式制動(dòng)的鉗體滑動(dòng)阻力和活塞滑動(dòng)阻力來(lái)降低制動(dòng)器的拖滯力矩；④優(yōu)化整車布置，縮短動(dòng)力傳動(dòng)路徑，提高傳動(dòng)效率；⑤引入胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提醒用戶要保證車輛輪胎氣壓工作在要求的范圍內(nèi)。

減少液力損失可從以下幾方面考慮：①優(yōu)化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)匹配最佳傳動(dòng)比；②減速器/變速器和后橋要精準(zhǔn)測(cè)定齒輪潤(rùn)滑油的加油量及選擇黏度合適的潤(rùn)滑油減少齒輪攪動(dòng)潤(rùn)滑油消耗的能量；③選擇合適的軸承及軸承潤(rùn)滑方式提高傳動(dòng)效率。

3.3 減少附件能量損失

3.3.1 降低高壓用電器能耗

整車高壓電氣的能量流如圖2所示：

圖2 整車高壓電氣能量流

通過(guò)上圖高壓部件能量流分析可知，要降低整車高壓部件能量消耗可以從以下幾方面：

①提高平臺(tái)電壓，優(yōu)化電機(jī)磁路，減少磁場(chǎng)損耗以及鐵耗、銅耗等提高電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率；

②提高空調(diào)系統(tǒng)的能效比，需匹配合適的壓縮機(jī)，讓空調(diào)制冷系統(tǒng)達(dá)到最大能效比，減少電耗；

③制熱采用多擋控制 PTC，或采用熱泵技術(shù)+電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)熱能再利用，減少電耗；

④目前采用 EHPS，只要上高壓油泵一直在工作，開(kāi)發(fā)EPS降低轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電耗；

⑤選配自動(dòng)空調(diào)相比手動(dòng)空調(diào)可以降低功率；

⑥選配變頻空調(diào)系統(tǒng)，在制冷時(shí)可以降低能耗；

⑦優(yōu)化高壓負(fù)載部件布置，減短線纜長(zhǎng)度，降低線纜內(nèi)阻，從而降低線纜消耗；

⑧根據(jù)車輛低壓用電器用電量需要匹配合適的 DC/DC,提高DC/DC工作效率，降低電耗。

3.3.2 降低低壓用電器能耗措施

降低低壓電器能耗從以下幾方面考慮：

①冷卻風(fēng)扇采用變頻控制根據(jù)實(shí)際需要控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速；

②冷卻水泵采用變頻控制根據(jù)實(shí)際需要控制水泵轉(zhuǎn)速；

③匹配智能低壓電器盒，優(yōu)化電源分配及蓄電池電量監(jiān)控；

④車燈使用LED燈。

3.4 強(qiáng)化能量管理

電動(dòng)汽車能量管理包括動(dòng)力系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)兩大部分。優(yōu)化整車能量管理可從以下幾方面考慮：

①優(yōu)化系統(tǒng)熱管理；

②采用單踏板能量回收，提高能量回收率和駕乘舒適感。

3.5 改善用戶駕駛習(xí)慣

正確的駕駛習(xí)慣，對(duì)于節(jié)能降耗有至關(guān)重要的作用，有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，同一品牌的同一款車，以不同方式駕駛，其能耗水平會(huì)有30%-50%的差距。

4 能量消耗優(yōu)化仿真分析

本文仿真分析基于 CRUISE 平臺(tái)，建立了如圖 3所示純電動(dòng)車模型：

圖3 純電動(dòng)汽車整車仿真模型

由于純電動(dòng)多用途貨車為N1類產(chǎn)品，按照GB/T 18386要求，選擇NEDC工況為道路循環(huán)行駛工況在 CRUISE 仿真環(huán)境里進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果如下表：

表2 仿真結(jié)果表

通過(guò)上表仿真結(jié)果可以看出優(yōu)化后整車?yán)m(xù)駛里程明顯提高，百公里電耗降低較明顯。

5 結(jié)論

本文以某純電動(dòng)多用途貨車為例，從行駛阻力、動(dòng)力傳遞效率、附件能量損失、強(qiáng)化整車能量管理及用戶駕駛習(xí)慣等方面等方面分析對(duì)能量消耗的影響及改進(jìn)，并通過(guò)建模仿真分析驗(yàn)證；可以針對(duì)性地改進(jìn)車輛能量消耗，提升整車?yán)m(xù)駛里程，為純電動(dòng)汽車整車性能設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了依據(jù)。