基于能量流分析的純電動(dòng)汽車電耗優(yōu)化研究*

黃 偉，張桂連，周登輝，胡 林

（1. 長(zhǎng)沙理工大學(xué)汽車與機(jī)械學(xué)院，長(zhǎng)沙 410114；2. 湖南獵豹汽車股份有限公司，長(zhǎng)沙 410100）

前言

純電動(dòng)汽車作為一種節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的新型交通工具，近年來在國(guó)家各項(xiàng)政策的大力支持下，取得了長(zhǎng)足的發(fā)展；但電動(dòng)汽車的行駛里程焦慮仍然是阻礙電動(dòng)汽車發(fā)展的主要瓶頸［1］。提高電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，一方面可以通過增加動(dòng)力電池容量［2］或?qū)?dòng)力電池健康感知控制預(yù)測(cè)［3-5］來獲得，但這會(huì)增加整車成本和質(zhì)量；其次可通過路徑規(guī)劃［6-7］或通過預(yù)測(cè)性控制策略提高能量回收［8-11］效能提高續(xù)航里程，但這需要提前知曉全局行駛工況及坡道信息等。另一個(gè)有效的方法就是通過提高系統(tǒng)層面能量利用率，通過整車能量流分析方法有針對(duì)性地優(yōu)化電耗較高的系統(tǒng)，對(duì)提高純電動(dòng)汽車的能量利用效率及提升續(xù)航里程有重要意義。

目前國(guó)內(nèi)外圍繞電動(dòng)汽車能耗優(yōu)化的研究主要應(yīng)用的方法多數(shù)為整車軟件仿真和系統(tǒng)臺(tái)架試驗(yàn)。整車試驗(yàn)由于投入成本較高，試驗(yàn)工況復(fù)雜，尚未得到大規(guī)模應(yīng)用［12-14］。Masjosthusmann 等［15］為提高純電動(dòng)汽車能量利用率提出了優(yōu)化的能量管理控制策略，將能量管理分為主單元和底部的存儲(chǔ)管理、傳動(dòng)系管理、負(fù)載管理和消耗估計(jì)模塊，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)合車輛運(yùn)行狀況和駕駛員需求切換其ECO、跛行等模式以及能量預(yù)測(cè)和負(fù)載均衡功能。姚堤照等［16］針對(duì)復(fù)合能源電動(dòng)汽車，提出并設(shè)計(jì)了多模糊聯(lián)合控制的能量管理策略，該策略能夠讓電池組安全運(yùn)行并有效降低整車行駛成本。張樹培等［17］對(duì)制動(dòng)能量回收時(shí)的能量流進(jìn)行了研究，將電動(dòng)汽車制動(dòng)時(shí)能量傳遞路徑分為機(jī)械能傳遞段、電能傳遞段和充電段，定義了可回收率、制動(dòng)轉(zhuǎn)化率等能夠表現(xiàn)制動(dòng)時(shí)能量回饋特性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。另外，也有學(xué)者研究了通過使用熱泵空調(diào)、優(yōu)化電池回收充電性能和單踏板制動(dòng)回收等方法來優(yōu)化整車電耗［18-21］。秦大同等［22］則提出了一種綜合考慮動(dòng)力性、安全性和舒適性的純電動(dòng)汽車能量管理策略，從純電動(dòng)汽車附件管理策略和熱管理角度來降低整車能耗；而通過整車參數(shù)匹配和參數(shù)優(yōu)化來降低整車電耗也有學(xué)者做了許多相關(guān)研究［23-25］；從整車控制策略優(yōu)化方面，張抗抗［26］通過動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性等不同模式進(jìn)行研究從而來優(yōu)化整車電耗。但以上提高純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的方法一般較單一，沒有從系統(tǒng)層面來綜合考慮整車電耗優(yōu)化問題，也沒有提出較完整可應(yīng)用于實(shí)際的改進(jìn)優(yōu)化方法和優(yōu)化流程。

綜上所述，本文中針對(duì)某純電動(dòng)汽車電耗偏高的問題，以能量流分析為主要方法，建立了影響電量消耗的數(shù)學(xué)模型和基于價(jià)值因子的優(yōu)化參數(shù)選取方法，并基于CRUISE 電耗仿真分析模型，對(duì)其選取的電耗優(yōu)化參數(shù)和優(yōu)化策略進(jìn)行定性分析，試驗(yàn)結(jié)果表明：該優(yōu)化方法大幅降低了整車電耗，對(duì)純電動(dòng)汽車電耗管控有較強(qiáng)的借鑒意義。

1 整車能量流及部件性能測(cè)試分析

1.1 能量流測(cè)試分析

能量流測(cè)試是分析新能源汽車能量消耗的一個(gè)很重要的測(cè)試手段，通過能量流測(cè)試可全面了解車型電耗的分布情況；定量地找到樣車與標(biāo)桿車型之間的能量消耗差異；確定最有效改善電耗水平的著手點(diǎn)，同時(shí)預(yù)測(cè)不同的改進(jìn)措施對(duì)整車電耗的影響程度。本文分別對(duì)常溫工況行駛和常溫慢充兩個(gè)工況來進(jìn)行測(cè)試，采用HIOKI 功率分析儀進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和分析。

工況法行駛能量流測(cè)試是在轉(zhuǎn)鼓上進(jìn)行工況續(xù)駛里程測(cè)試，同時(shí)利用功率分析儀采集動(dòng)力電池輸出端①、電機(jī)控制器輸入端②、電機(jī)控制器輸出端③、DC/DC 輸入端④、DC/DC 輸出端⑤和鉛酸蓄電池的輸入端電壓電流值⑥，來對(duì)整車行駛過程中各零件的效能進(jìn)行分析，工況法行駛能量流測(cè)試各傳感器接線如圖1 所示；充電過程能量流測(cè)試各傳感器接線如圖2所示。

圖1 工況行駛法測(cè)試傳感器布置

圖2 充電過程傳感器安裝位置

為使轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)能夠模擬車輛在真實(shí)道路上行駛的受力情況，在進(jìn)行整車轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)前需要將整車進(jìn)行道路滑行試驗(yàn)，得到道路滑行曲線車輛的道路行駛阻力為

式中：FRL為車輛實(shí)際道路阻力；Ff為車輪滾動(dòng)阻力；Fw為空氣阻力；Fc為傳動(dòng)系阻力；A、B和C為系數(shù)值，可以通過道路滑行試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理獲得；v為實(shí)際道路上車速。為了模擬車輛在道路上的行駛阻力，車輛在底盤測(cè)功機(jī)上的阻力應(yīng)與實(shí)際道路保持一致：

式中：Fs為臺(tái)架模擬道路滑行阻力；Mi為當(dāng)量慣量，根據(jù)車輛的基準(zhǔn)質(zhì)量可通過標(biāo)準(zhǔn)GB18352.3—2013查表得到，v0為臺(tái)架上車速。試驗(yàn)前，在底盤測(cè)功機(jī)控制端輸入A、B、C基準(zhǔn)質(zhì)量和Mi數(shù)值，底盤測(cè)功機(jī)通過擬合實(shí)際道路滑行阻力曲線可得到F0、F1和F2值，設(shè)置完畢后，駕駛員按NEDC 曲線駕駛汽車，直到達(dá)到試驗(yàn)停止要求。

圖3 和圖4 分別為NEDC 工況行駛及充電過程的整車能量流數(shù)據(jù)，根據(jù)本次試驗(yàn)及相關(guān)數(shù)據(jù)分析可得：

（1）車輛NEDC 工況續(xù)駛里程262 km，電網(wǎng)充入的電量為34.033 kW·h，其中百公里電量消耗達(dá)到12.99 kW·h；

（2）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率83.68%，略微偏低，主要是由于電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率較低導(dǎo)致的，目前測(cè)試的競(jìng)品車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率大多數(shù)在86%左右，個(gè)別較高水平的車型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率能達(dá)到89%左右，具有一定優(yōu)化空間；

（3）車載充電機(jī)綜合效率為93.14%，效率略微偏低，而目前同行業(yè)優(yōu)秀產(chǎn)品可達(dá)95%左右，具有一定的優(yōu)化空間；

（4）電池包充放電效率較高，達(dá)到了97.79%，無需優(yōu)化；

（5）DC/DC 效 率 偏 低 ，NEDC 工 況 下 僅 為81.24%，建議適當(dāng)提升至85%以上；

（6）制動(dòng)能量回收率效能偏低，在NEDC 工況下僅為14.92%，說明整車系統(tǒng)整車阻力偏大，另一方面制動(dòng)策略也有一定的優(yōu)化空間。

圖3 NEDC工況能量流測(cè)試數(shù)據(jù)

圖4 充電過程能量流數(shù)據(jù)

1.2 部件性能測(cè)試

為進(jìn)一步詳細(xì)分析整車能量的消耗路徑，并為整車建立仿真模型準(zhǔn)備相應(yīng)的部件參數(shù)，需要對(duì)整車相關(guān)核心部件進(jìn)行測(cè)試。

1.2.1 電機(jī)系統(tǒng)效率測(cè)試

電機(jī)系統(tǒng)是純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)源，其運(yùn)行效率對(duì)整車電耗影響較大，圖5 為臺(tái)架測(cè)試的電機(jī)效率MAP 圖，從測(cè)試結(jié)果可以看出，在額定電壓下，電機(jī)轉(zhuǎn)矩最大可達(dá)到165 N·m，輸出最大功率約50 kW，但電機(jī)最高效率僅93.57%，系統(tǒng)效率大于90%的區(qū)間為33.67%，大于80%的區(qū)間為84.25%，電機(jī)系統(tǒng)具有較大優(yōu)化空間。

圖5 電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)效率MAP圖

同時(shí)對(duì)電機(jī)空載狀態(tài)下拖滯阻力進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖6所示。

圖6 電機(jī)系統(tǒng)空載拖滯阻力曲線

由圖6 可見，電機(jī)空載拖滯轉(zhuǎn)矩在上電狀態(tài)與下電狀態(tài)相差較小，在500-7 500 r/min 轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)其拖滯力矩在0.4-1.3 N·m 范圍變化，且隨著轉(zhuǎn)速升高而增大，其中高速區(qū)間段拖滯阻力偏大，有一定的優(yōu)化空間。

1.2.2 電池系統(tǒng)測(cè)試

對(duì)電池系統(tǒng)，主要進(jìn)行電池NEDC 循環(huán)工況下的放電電壓曲線以及電池充放電效率特性。測(cè)試結(jié)果如圖7和表1所示。

圖7為在常溫下（25 ℃），NEDC循環(huán)工況的放電曲線，放電總電壓270 V，可測(cè)得放電電量為30.74 kW·h，滿足循環(huán)放電容量30.2 kW·h 要求。表1 則表示電池3 次充放電效率測(cè)試情況：其中第1次 為 30.7/31.3=98.08%，第 2 次 為 30.8/31.8=96.85%，第3 次為30.7/31.8=96.54%。從測(cè)試結(jié)果可以看出，電池包的容量滿足設(shè)計(jì)要求，且充放電效率較高。

圖7 電池工況放電曲線

表1 電池PACK充放電效率測(cè)試

1.2.3 阻力測(cè)試

電動(dòng)汽車阻力包含了風(fēng)阻、滾阻、電機(jī)拖滯阻力、卡鉗阻力和減速器阻力［27］等。其中滾動(dòng)阻力是影響整車電耗的重要因素，圖8 為車輛輪胎滾阻測(cè)試結(jié)果。測(cè)試結(jié)果表明：在80 km/h 時(shí)，輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)接近8.6，數(shù)值較大，存在一定的優(yōu)化空間；在整個(gè)試驗(yàn)速度測(cè)試點(diǎn)中，80%的測(cè)試點(diǎn)輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)大于 8.5×10-3，且在 10～40 km/h、80～110 km/h速度區(qū)間中，滾動(dòng)阻力系數(shù)上升速度較快，也具有一定的優(yōu)化空間。

圖8 速度與滾動(dòng)阻力系數(shù)關(guān)系曲線

進(jìn)一步，通過阻力拆解試驗(yàn)來測(cè)試減速器和半軸拖滯力，以及前后卡鉗阻力，測(cè)試數(shù)據(jù)如圖9所示。

圖9 主減速器及半軸、前后制動(dòng)卡鉗拖滯阻力

從阻力測(cè)試結(jié)果來分析，輪胎滾阻與競(jìng)品車相比偏大，減速器拖滯阻力與競(jìng)品相當(dāng)，前后卡鉗阻力有一定的優(yōu)化空間，與整車能量流測(cè)試結(jié)果基本一致。

1.2.4 其他測(cè)試

對(duì)整車的減速器傳動(dòng)效率進(jìn)行測(cè)試，傳動(dòng)效率接近95%，處于較優(yōu)水平；DC/DC 在額定功率下效率約93.6%，OBC 在額定功率下充電效率達(dá)到95%左右，單件測(cè)試均處于較優(yōu)水平，考慮到在整車能量流測(cè)試中相關(guān)數(shù)據(jù)較低，可能需要在控制策略層面對(duì)相關(guān)附件策略進(jìn)行優(yōu)化。

2 電耗模型與優(yōu)化參數(shù)選取方法

2.1 整車電耗模型分析

純電動(dòng)汽車的整車電耗公式為

式中：C為能量消耗率（電耗）；E為充電期間來自電網(wǎng)的能量；D為試驗(yàn)期間行駛的總距離即續(xù)駛里程。降低整車電量消耗，一方面要減少電網(wǎng)的充電電量；另一方面要增大試驗(yàn)續(xù)駛里程。

在充電過程中，充進(jìn)電池的總能量為

在充進(jìn)電池總能量Eb一定的情況下，從式（4）和式（5）可以看出，提高電池的充電效率ηbc，提升充電機(jī)充電效率ηch，減少附件消耗功率Paux以及提高DC/DC轉(zhuǎn)換效率ηdc都可有效的降低電網(wǎng)總能量E。

在車輛行駛過程中，整車能量可分為驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)能量回收兩個(gè)過程，在驅(qū)動(dòng)過程中，電池總輸出功率計(jì)算公式如下：

式中：ηbo為電池放電效率；ηmd和ηt分別為電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)效率和傳動(dòng)系統(tǒng)效率；Ff、Fw、Fi、Fa分別為滾動(dòng)阻力、風(fēng)阻、坡道阻力以及加速阻力。在再生制動(dòng)過程中，動(dòng)力電池可回收功率可表示為

式中：ηmc為電機(jī)系統(tǒng)制動(dòng)效率；Ftr為總減速阻力，與車輛期望的減速度相關(guān)；β定義為再制動(dòng)因素，0 ≤β≤ 1，當(dāng)β= 0 時(shí)，則整車無制動(dòng)能量回收，車輛動(dòng)能在減速過程中除了風(fēng)阻、滾阻和坡道產(chǎn)生阻力外，其余全部為機(jī)械制動(dòng)阻力，并最終轉(zhuǎn)變成熱能消耗掉，當(dāng)β= 1時(shí)，則減速過程中除了風(fēng)阻、滾阻和坡道產(chǎn)生減速阻力外，還通過電制動(dòng)產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行制動(dòng)，相關(guān)機(jī)械能會(huì)轉(zhuǎn)化為電能由電池存儲(chǔ)。因此，綜合式（5）和式（6）得到電池的總能量消耗為

電動(dòng)汽車電耗管理的目的是為有效利用電池的能量，具體為某一個(gè)具體循環(huán)工況（運(yùn)行時(shí)間為T），車輛電耗可轉(zhuǎn)化為一個(gè)完整的循環(huán)工況下最小化車輛能量消耗。其消耗函數(shù)為

從以上的推導(dǎo)過程可以看出，該指標(biāo)已經(jīng)將蓄電池組、電機(jī)、傳動(dòng)系的固有特性和電動(dòng)汽車的使用條件相結(jié)合，同時(shí)反映了電動(dòng)汽車具有的能力和實(shí)際使用效果。因此它作為電動(dòng)汽車的匹配和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，既反映了電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配情況，也反映了電動(dòng)汽車的電耗改善途徑。綜上分析，影響純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的主要因素如表2所示。

2.2 優(yōu)化參數(shù)選擇

從以上可知，影響整車電耗的參數(shù)較多，為區(qū)分其相關(guān)參數(shù)對(duì)電耗影響的不同，將影響電耗的相關(guān)參數(shù)做如下歸一化處理。

式中：RCi為第Ci個(gè)參數(shù)電耗歸一化后的影響因子；J為單個(gè)工況下的電耗函數(shù)。最終的參數(shù)優(yōu)化價(jià)值因子ECi可表示為

表2 影響純電動(dòng)車電耗的主要因素

式中CS為該參數(shù)行業(yè)平均指標(biāo)數(shù)值；Ci為該參數(shù)的測(cè)試值。其中ECi數(shù)值越大則此參數(shù)優(yōu)化價(jià)值越大?；谝陨显u(píng)價(jià)方法，本文選擇電機(jī)效率、滾阻系數(shù)、制動(dòng)回收率等幾個(gè)高價(jià)值優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

2.3 整車仿真模型建立

為進(jìn)一步定性分析各系統(tǒng)參數(shù)對(duì)整車電耗的影響，本文中采用基于CRUSIE 軟件建立整車電耗優(yōu)化的仿真分析模型，包含整車模型、電池模式、傳動(dòng)系統(tǒng)模型和整車控制策略模式。其中整車控制策略模式由Matlab/Simulink 建立，并通過API 接口與CRUISE 建立聯(lián)合仿真分析模型。為驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，本文中對(duì)仿真模型相關(guān)測(cè)試結(jié)果與實(shí)際情況進(jìn)行比對(duì)。圖10 和圖11 分別為NEDC 工況校準(zhǔn)曲線和電機(jī)功率校準(zhǔn)曲線。從圖中可知仿真結(jié)果與試驗(yàn)過程中實(shí)際車速、SOC變速數(shù)值比較吻合，同時(shí)在不同車速段，電機(jī)控制器輸入功率的平均值仿真結(jié)果與實(shí)際也相差較少，說明仿真模型具備較高精度。綜上所述，建立的車輛模型在經(jīng)濟(jì)性能方面具備較高的仿真精度，因此可在此模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行效能提升的優(yōu)化，并對(duì)預(yù)期性能進(jìn)行評(píng)估分析。

圖10 NEDC工況校正對(duì)比曲線

3 改進(jìn)措施與優(yōu)化結(jié)果

3.1 優(yōu)化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

圖11 電機(jī)控制器功率校正對(duì)比曲線

根據(jù)能量流測(cè)試結(jié)果，原電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)綜合效率偏低，更換新電機(jī)系統(tǒng)后，電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)效率MAP 圖如圖12所示，其中電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)效率最高達(dá)96.23%，其中系統(tǒng)效率大于80%的高效區(qū)間占比達(dá)85%，系統(tǒng)效率大于90%的區(qū)間達(dá)56.41%；同時(shí)通過仿真分析，電機(jī)在NEDC 下的工作點(diǎn)分布如圖13所示。從圖中可看出，電機(jī)常用工作點(diǎn)分布在更高效區(qū)間，平均效率提升約3.35%，根據(jù)仿真相關(guān)參數(shù)分析，在其他參數(shù)不變情況下，整車?yán)m(xù)航里程可增加約7.5 km。

圖12 優(yōu)化后電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)效率MAP

圖13 優(yōu)化后電機(jī)工作點(diǎn)

3.2 輪胎滾阻優(yōu)化

根據(jù)本文建立的仿真模型分析，滾阻對(duì)整車電耗有較大的影響，圖14 為不同滾阻系數(shù)輸入對(duì)電耗的影響關(guān)系圖。從圖中可看出滾動(dòng)阻力系數(shù)每下降0.000 5，整車的百公里電耗下降0.1 kW·h。圖15為優(yōu)化前后滾阻系數(shù)比對(duì)。

將優(yōu)化后輪胎滾阻模型代入CRUSIE 仿真模型中，經(jīng)過仿真計(jì)算，滾阻優(yōu)化后的參數(shù)在NEDC 工況下可提升續(xù)航里程約8 km。

圖14 滾阻與整車電耗關(guān)系曲線

圖15 優(yōu)化前后輪胎滾阻系數(shù)

3.3 制動(dòng)能量回收系統(tǒng)及策略優(yōu)化

從前面的能量流測(cè)試中可以發(fā)現(xiàn)，整車制動(dòng)能量回收率僅14.92%，存在較大提升空間，為進(jìn)一步提升制動(dòng)能量回收率。本文采取兩個(gè)措施，一是將原制動(dòng)踏板進(jìn)行改造，將制動(dòng)踏板信號(hào)轉(zhuǎn)換為基于制動(dòng)行程傳感器信號(hào)而非僅輪缸壓力信號(hào)。圖16為優(yōu)化后制動(dòng)信號(hào)與輪缸壓力的關(guān)系。

圖16 優(yōu)化后制動(dòng)踏板開度與輪缸壓力關(guān)系

從圖中可以看出，采用制動(dòng)踏板行程信號(hào)后，可充分利用原來由于缸壓較小產(chǎn)生的空行程，讓電機(jī)制動(dòng)可提前10%左右開度介入，減少機(jī)械制動(dòng)對(duì)能量的損耗，提升制動(dòng)效能；另一方面對(duì)制動(dòng)和滑行制動(dòng)轉(zhuǎn)矩MAP 進(jìn)一步優(yōu)化，圖17 為EUDC 工況下制動(dòng)開度關(guān)系。從圖中可知，車速從70 至50 km/h 減速行駛時(shí)，駕駛員并沒有踩制動(dòng)踏板，僅靠電機(jī)滑行回收就能滿足此車速區(qū)間的制動(dòng)需求，說明標(biāo)定的電機(jī)滑行回收轉(zhuǎn)矩較為合理；圖中車速由100 至70 km/h減速行駛時(shí)，駕駛員輕微踩下制動(dòng)踏板跟隨期望車速，然而制動(dòng)輪缸并沒有建立液壓制動(dòng)力，僅通過增加電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩滿足制動(dòng)需求，說明此車速區(qū)間標(biāo)定轉(zhuǎn)矩合理。仿真結(jié)果表明制動(dòng)能量回收效能可提高到17.8%以上。

圖17 EUDC工況下制動(dòng)開度

3.4 附件策略優(yōu)化

（1） 水泵及風(fēng)扇控制優(yōu)化

在測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)，充電機(jī)在整個(gè)運(yùn)行過程中溫度偏低，且水泵運(yùn)行較頻繁，造成附件電耗損失偏大，則進(jìn)一步優(yōu)化電動(dòng)水泵控制策略如下。

表3 和表4 分別為優(yōu)化前后的充電過程水泵及風(fēng)扇控制策略，從表中可看出，其主要控制策略是通過提高充電機(jī)上行溫度條件，同時(shí)降低水泵占空比（電流）。經(jīng)測(cè)試整個(gè)充電環(huán)節(jié)低壓負(fù)載可降低電耗0.28 kW·h。

（2） DC/DC控制策略優(yōu)化

在測(cè)試過程中DC/DC 充電效率偏低的主要原因是DC/DC 采用浮充的充電策略，DC/DC 平均輸出功率偏低，從而導(dǎo)致充電效率較低；為進(jìn)一步提高效率，本文采用開關(guān)充電模式，即DC/DC 將蓄電池充電到14.2 V 后停止充電，當(dāng)電池電壓低于12.5 V 且持續(xù) 10 s，則重新啟動(dòng) DC/DC 充電，使 DC/DC 始終處于額定功率狀態(tài)下工作，此時(shí)DC/DC 充電效率可由81.24%提升到90%，可綜合減少電耗約0.1 kW·h。

表3 優(yōu)化前控制策略

表4 優(yōu)化后控制策略

（3） 充電機(jī)充電策略

傳統(tǒng)的OBC 充電模式采用恒流再恒壓模式，但是由于電池電壓在低SOC 時(shí)與高SOC 時(shí)有較大偏差，則實(shí)際充電機(jī)的輸出功率變化較大，尤其是在低SOC 時(shí)輸出功率與核定功率相比明顯偏少，從而造成充電效率在整個(gè)充電過程中不能達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

本文中將恒流恒壓充電模式改為恒功率恒壓模式，在整個(gè)充電過程中，OBC基本保持在額定功率下工作，器件效率達(dá)到95%左右，較前期效率有一定提升，優(yōu)化后綜合效率可由93.14%提高到94.5%；整車過程預(yù)計(jì)減少電耗約0.47 kW·h。

3.5 綜合優(yōu)化測(cè)試結(jié)果

綜合采用上述優(yōu)化措施，在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)上利用能量流方法對(duì)整車優(yōu)化后能量重新進(jìn)行測(cè)試。圖18為優(yōu)化后整車能量流數(shù)據(jù)。

從相關(guān)數(shù)據(jù)分析可得：

（1）車輛NEDC 工況續(xù)駛里程達(dá)到301 km，電網(wǎng)充入電量33.712 kW·h，百公里能量消耗達(dá)到11.2 kW·h，整車電耗降低13.78%；

（2）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率由83.68%提高到了86.2%，提升效果明顯；

圖18 優(yōu)化后整車能量流數(shù)據(jù)

（3）車載充電機(jī)綜合效率由93.15%提升到94.5%，達(dá)到行業(yè)優(yōu)秀水平；

（4）DC/DC充電效率由81.24%提升到90%；

（5）制動(dòng)能量回收率由14.92%提升到18.08%，多回收制動(dòng)能量約1.433 kW·h。

4 結(jié)論

（1）對(duì)某純電動(dòng)汽車進(jìn)行能量流測(cè)試分析，分析了常溫工況行駛及常溫充電時(shí)能量流分布，并對(duì)其核心部件電耗進(jìn)行對(duì)標(biāo)測(cè)試分析。

（2）建立了影響整車電量消耗的數(shù)學(xué)模型和基于CRUISE 的整車電耗優(yōu)化分析模型。提出一種基于價(jià)值因子的優(yōu)化參數(shù)選取方法。

（3）選擇電機(jī)效率、滾阻系數(shù)、制動(dòng)回收率以及附件控制策略等幾個(gè)高價(jià)值優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。并對(duì)不同參數(shù)和優(yōu)化策略對(duì)整車電耗的影響進(jìn)行定量分析。

（4）優(yōu)化后的整車能量流效率得到明顯改善，NEDC 工況下整車電耗降低了13.78%，進(jìn)一步改善了純電動(dòng)汽車能量利用的經(jīng)濟(jì)性。表明該方法對(duì)純電動(dòng)汽車電耗管控有較強(qiáng)的借鑒意義。