兩種測試方法下純電動汽車直流能耗分析

王子曄 孫龍 雷利剛

摘要：選取了3款不同配置的純電動汽車，利用四驅底盤測功機和高性能功率分析儀對電動汽車進行縮短法和常規(guī)工況法的試驗并記錄瞬時數(shù)據(jù)，分析研究兩種方法下純電動汽車的直流能耗特征。結果表明，縮短法DS2段REESS變化電量是DS1段的71.1～97.5 %。同時對常規(guī)工況法和縮短法數(shù)據(jù)進行處理，研究高速工況下純電動汽車能量消耗率的變化。結果表明，三臺純電動車在高速工況下的能量消耗率分別增加31.3 %、42.4 %和12.6 %。

關鍵詞：純電動汽車;縮短法;能量消耗率

中圖分類號：U469.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）11-0068-02

0? 引言

目前，電動汽車能量消耗量和續(xù)駛里程試驗方法采用的標準是GB/T 18386-2017《電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗方法》，該方法利用NEDC循環(huán)測試電動車續(xù)駛里程和能量消耗率。正在修訂的 GB/T 18386.1-XXXX采用新的常規(guī)工況法和縮短法來測試電動汽車的續(xù)駛里程和能量消耗率，其中常規(guī)工況法用中國輕型汽車工況（China Light-duty Vehicle Test Cycle，CLTC）替代之前的NEDC（New European Driving Cycle）工況進行連續(xù)實驗，而縮短法則由DS1、CSSM、DS2和CSSE四個區(qū)間構成試驗工況曲線，縮短法工況曲線如圖1所示。

本文通過常規(guī)工況和縮短法的測試，對三臺試驗車輛的直流能耗特征進行分析和研究。

1? 試驗方案

1.1 試驗車輛

表1為試驗車輛基本參數(shù)，本文選取3臺電動汽車作為試驗車輛，被選車輛從整備質量、電機功率和電池性能等參數(shù)均有所不同，而這些因素會影響電動汽車的能量消耗率，因此可以更好的對三臺試驗車進行對比分析，文中試驗預處理按照GB/T 18386.1-XXXX規(guī)定進行準備。

1.2 試驗儀器

1.2.1 AVL底盤測功機

該底盤測功機由奧地利的李斯特（AVL）公司生產(chǎn)，該設備主要技術參數(shù)有：最大軸荷4500kg，最大速度250km/h，模擬慣量在454～5448kg之間，牽引力測量精度≤0.1%，速度測量精度≤0.02km/h，能夠精準模擬車輛在行駛過程中道路阻力的同時能夠進行試驗車輛行駛里程的記錄。

1.2.2 高性能功率分析儀

該儀器是日本橫河（YOKOGAWA）測量技術公司生產(chǎn)的WT1801E高性能功率分析儀，其擁有最多6個輸入通道，可自動調整量程范圍，能實時獲取電流、電壓和功率等參數(shù)，功率精度可達讀數(shù)的0.05%+量程的0.05%。本試驗利用該功率分析儀對電動車動力電池（包括小電瓶）輸出電量、制動電量和△EREESS（REESS變化電量）進行測量。

1.2.3 試驗流程及數(shù)據(jù)處理

每次試驗前，首先對車輛進行初次充放電，保證3臺試驗車輛電量狀態(tài)一致。最后在AVL底盤測功機下分別進行常規(guī)工況和縮短法的試驗，期間利用高性能功率分析儀進行參數(shù)的實時采集。

同時本文對電動車輛縮短法的四個不同測試工況段下的直流能耗進行了計算，并對縮短法恒速段和常規(guī)工況法的能量消耗率進行了對比分析。恒速段的能耗分析需要將縮短法測試獲得的數(shù)據(jù)進行處理。處理方法如下：首先去除常規(guī)工況法中前兩個循環(huán)和縮短法的DS1速度段，其次將常規(guī)工況法與縮短法DS2速度段電量變化最接近的兩個CLTC循環(huán)進行剔除并記錄相應循環(huán)數(shù)。數(shù)據(jù)處理的目的主要是僅保留縮短法恒速段的同時確保試驗的準確性，有利于比較試驗車輛連續(xù)工況和高速工況下能量消耗率的差異。

2? 電量變化

2.1 縮短法REESS電量變化 △EREESS

△EREESS等于動力電池輸出電能與制動回收電能E制動之差，制動回收電能是車輛能量消耗率的影響因素之一，而△EREESS也是利用縮短法計算能量消耗率的重要參數(shù)，因此本節(jié)對△EREESS和制動回收電能E制動進行分析，車輛1 DS2速度段的△EREESS相比DS1速度段有明顯的降低，DS2的△EREESS電量僅為DS1速度段的71.1%。同時，車輛2和車輛3的DS2段的△EREESS電量降幅較小，分別為DS1段的95.3%和97.5%。車輛制動回收能量上，3臺試驗車在恒速段期間由于不進行剎車制動，因此不產(chǎn)生制動回收能量。非恒速段下，車輛1 DS1段的制動電能變化明顯小于DS2速度段，僅為DS2段的32.3%，而車輛2和車輛3在兩個速度段的制動回收電能變化遠小于車輛1，變化幅度分別為7.0%和8.8%。三臺試驗車△EREESS的電能變化可能取決于制動回收電能控制策略的不同，其中車輛1在動力電池較高電量狀態(tài)下，能量制動回收功能基本不發(fā)揮作用，導致DS1速度段制動回收電量較小，而車輛2和車輛3在初始循環(huán)就有接近后續(xù)循環(huán)的制動能量回收水平，因此造成了DS1和DS2速度段△EREESS電量變化的差異。

2.2 常規(guī)工況法REESS電能變化△EREESS

常規(guī)工況法由多個連續(xù)的CLTC循環(huán)組成，試驗時車輛在底盤測功機上連續(xù)運行CLTC循環(huán)，直至達到標準規(guī)定的結束條件，試驗中止。通過該方法可獲得底盤測功機記錄的實際續(xù)駛里程并利用高性能功率分析儀得到不同CLTC循環(huán)的電能變化趨勢。

圖2中可以看到，車輛2具有最大的輸出電量，而車輛1和車輛3輸出電量比較接近，但其均小于車輛2的輸出電量，這與試驗車輛的整備質量有著直接的關系。從試驗車輛參數(shù)可知，車輛2的整備質量更大，這會導致底盤測功機車輛會有更高的滑行阻力，電機需要更大的功率來滿足試驗車輛的行駛。循環(huán)數(shù)量上，車輛1的循環(huán)數(shù)量最高，續(xù)駛里程也更大，車輛2循環(huán)數(shù)量最低，續(xù)駛里程在三輛試驗車中最小，車輛3介于兩者之間。這與3臺試驗車動力電池的額定容量密切相關，3臺試驗車常規(guī)工況法的循環(huán)數(shù)與該車輛電池容量的大小趨勢大體相同。

三臺試驗車在除了最后一個測試循環(huán)下的電量變化表現(xiàn)不一致外，每臺車在其余獨立完整中國工況下的電量變化差異很小。最后一個測試工況的電量變化較為特殊，是由于車輛在最后一個測試循環(huán)運行過程中，電量不足導致試驗車輛無法繼續(xù)跟蹤測試工況的曲線，達到測試結束的判定條件，試驗車未能運行完整獨立的中國工況，其特征不具備完整中國工況下的電量變化特征，具有很大的離散特性。

因此，車輛的續(xù)駛里程和電量變化受到整備質量、電池額定容量和電機功率等因素的影響。

3? 直流能量消耗率ECDC

3.1 縮短法

車輛1 DS1速度段兩個CLTC循環(huán)的能量消耗率更高，尤其是首個CLTC循環(huán)，其能量消耗率與整體能耗最大的車輛2接近，此外車輛1的DS2速度段兩個CLTC循環(huán)的能量消耗率最低。而車輛3 DS1和DS2兩個區(qū)間能量消耗率變化較小，同時車輛3在恒速段上能量消耗率增加相對最小。

GB/T 18386.1-XXXX規(guī)定的縮短法能量消耗率是根據(jù)DS1和DS2速度段中的4個中國工況循環(huán)能量消耗率權重進行計算的，文中利用此方法進行計算，對3臺試驗車尤其是縮短法下車輛1和車輛3的能量消耗率進行對比，縮短法下車輛1能量消耗率最低，車輛2能量消耗率最高，車輛3介于兩者之間，同時三臺試驗車縮短法下的能量消耗率與DS2段中國工況下的能量消耗率接近。這是由于GB/T 18386.1-XXXX中規(guī)定僅對DS1段進行權重系數(shù)的計算，而其它循環(huán)權重默認為等值，同時由DS2段中國工況代替其它循環(huán)進行能量消耗率的計算。因此縮短法下，試驗車輛能量消耗率與DS2段中國工況能量消耗率密切相關。

3.2 高速工況下能量消耗率變化

首先對縮短法和常規(guī)工況法數(shù)據(jù)進行處理，去除前兩個中國工況循環(huán)后，記錄常規(guī)工況法與DS2段相近的循環(huán)并將之刪除，三臺試驗車1、2和3刪去的循環(huán)分別是35-36、25-26和23-24，高速工況下試驗車輛的能量消耗率均高于常規(guī)工況，三臺試驗車增長幅度分別為31.3%、42.4%和12.6%，車輛3在高速工況下表現(xiàn)最好，能量消耗率最低，這主要是由于常規(guī)工況法下車輛3的制動回收電能最低，而三臺試驗車在100km/h恒速段下幾乎沒有制動電能的回收，因此同樣損失了制動回收電能的三臺試驗車中，車輛3電量降低幅度最小。

4? 結論

①常規(guī)工況法下，各個循環(huán)△EREESS電量和輸出電量變化不大，制動回收電量除初始循環(huán)外略有波動，但總體保持不變。

②縮短法下，車輛1在DS1速度段具有較小的制動回收能量，說明車輛1在電池荷電狀態(tài)較高的情況下制動電能回收功能未完全開啟。

③縮短法下，三臺試驗車DS2區(qū)間的△EREESS電量變化較DS1區(qū)間小，降低幅度取決于DS1區(qū)間制動回收功能是否完全開啟。三臺試驗車常規(guī)工況法計算的能量消耗率稍大于縮短法計算的能量消耗率。

④高速工況下，電動車能量消耗率增加。三臺試驗車能量消耗率增長幅度分別為31.3%、42.4%和12.6%。

參考文獻：

[1]Anderson C D ， Judy A. Electric and Hybrid Cars： A History[M].2010.

[2]趙云峰，楊武雙，李榕杰，等.我國純電動汽車發(fā)展趨勢分析[J].汽車工程師，2020（07）：14-17.

[3]沈斌，王軍年，戴維，等.“雙積分”政策變動下新能源汽車發(fā)展研究[J].新型工業(yè)化，2019，9（11）：70-77.