高原對(duì)輕型電動(dòng)汽車能量消耗量和續(xù)駛里程的影響

唐興貴,夏明輝,劉爽,閔浪,王猛

1.中汽研汽車檢驗(yàn)中心(常州)有限公司,江蘇常州 213100；2.中汽研汽車檢驗(yàn)中心(昆明)有限公司,云南昆明 651700

0 引言

標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18386.1—2021《電動(dòng)汽車能量消耗量和續(xù)駛里程 試驗(yàn)方法 第1部分:輕型汽車》于2021年3月9日正式發(fā)布，并于2021年10月1日開始實(shí)施。標(biāo)準(zhǔn)為了更貼近于我國的實(shí)際國情將試驗(yàn)循環(huán)由NEDC變更為CLTC，同時(shí)增加了縮短法試驗(yàn)[1]。

截至2022年2月國內(nèi)外有Bingham、Iora、陳清平等[2-4]對(duì)行駛特性、附件能耗、環(huán)境溫度等對(duì)電動(dòng)汽車能量消耗量和續(xù)駛里程的影響進(jìn)行了研究分析，發(fā)現(xiàn)上述各因素均會(huì)對(duì)電動(dòng)汽車能量消耗量和續(xù)駛里程造成不同程度的影響。龔春忠、張永、劉偉等[5-7]對(duì)REESS電壓電流采集方法、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行了研究闡述，指導(dǎo)更為精準(zhǔn)的試驗(yàn)方法。

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，高原對(duì)純電動(dòng)車輛的行駛阻力、充電電量等存在一定的影響，且隨著國家推行電動(dòng)車力度的加強(qiáng)在高原行駛的電動(dòng)車數(shù)量勢必會(huì)呈現(xiàn)增長的趨勢。由于試驗(yàn)資源有限，尚無相關(guān)論證和研究。本文著力研究高原對(duì)輕型電動(dòng)汽車能量消耗量和續(xù)駛里程的影響，以期獲得相關(guān)數(shù)據(jù)支撐電動(dòng)車在高原條件下的標(biāo)定優(yōu)化，解決目前無相關(guān)研究的空白。

通過本文的研究發(fā)現(xiàn)，與平原相比在高原條件下不管是使用縮短法還是常規(guī)工況試驗(yàn)方法，均會(huì)導(dǎo)致車輛的續(xù)駛里程有一定程度的提高，充電量有所降低，能量消耗量有所降低。

1 試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)車輛

1.1.1 試驗(yàn)車輛技術(shù)要求

試驗(yàn)車輛續(xù)駛里程不低于300 km，儀表盤顯示里程不超過5 000 km。車輛支持7 kW交流充電，車輛動(dòng)力電池未經(jīng)歷過沖過放操作，未經(jīng)歷高低溫等極限工況條件。車輛條件良好，不存在可導(dǎo)致試驗(yàn)過程中出現(xiàn)安全問題的隱患。

1.1.2 試驗(yàn)車輛數(shù)量及主要參數(shù)

兩輛相同型號(hào)車輛，其中一輛車進(jìn)行縮短法試驗(yàn)，另一輛車進(jìn)行常規(guī)工況法試驗(yàn)。

樣車驅(qū)動(dòng)型式為4×2(前驅(qū)后隨)，輪胎氣壓為250 kPa(前)、250 kPa(后)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備采用具有隨動(dòng)功能的四驅(qū)底盤測功機(jī)、可控溫度的環(huán)境艙、可檢測電流電壓及記錄電量的功率分析儀。各相關(guān)參數(shù)要求詳見表1[8]及表2[1]。

表1 環(huán)境數(shù)據(jù)儀器標(biāo)定及檢查周期

表2 測量參數(shù)及準(zhǔn)確度要求

1.3 試驗(yàn)方案及試驗(yàn)環(huán)境

1.3.1 樣車穩(wěn)定性確認(rèn)

果的標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行判定：

(1)

若Ss≤0.3σ，則認(rèn)為樣車是穩(wěn)定的。其中σ為3次檢驗(yàn)結(jié)果平均值的10%(對(duì)能量消耗量和續(xù)駛里程均進(jìn)行判定)。

1.3.2 試驗(yàn)環(huán)境

在(23±5)℃環(huán)境溫度下進(jìn)行試驗(yàn)，浸車區(qū)域(充電區(qū)域)溫度為(23±3)℃。

1.3.3 試驗(yàn)流程

首先進(jìn)行車輛道路載荷測量和測功機(jī)設(shè)定(參照標(biāo)準(zhǔn)GB 18352.6—2016附件 CC的規(guī)定進(jìn)行)。確定車輛所有REESS 的電壓、電流測量點(diǎn)；電壓、電流測量線連接功率分析儀；調(diào)試功率分析儀，設(shè)定測量量程及采樣頻率，在試驗(yàn)和浸車期間保持設(shè)備的工作狀態(tài)。

試驗(yàn)循環(huán)采用中國輕型汽車行駛工況。

REESS放電至SOC最低值后將車輛轉(zhuǎn)移至充電區(qū)域進(jìn)行充電(6.7.4充電結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為車載或外部儀器顯示 REESS 已完全充電)，記錄車輛充電期間所需的能量。

車輛充電結(jié)束后12 h內(nèi)開始進(jìn)行續(xù)駛里程試驗(yàn)，期間需注意用功率分析儀實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，并記錄每個(gè)速度片段車輛消耗電能，單位用Wh表示。通過底盤測功機(jī)測量記錄每個(gè)速度片段車輛實(shí)際行駛距離，單位用km表示。達(dá)到試驗(yàn)結(jié)束條件時(shí)，擋位保持不變，使車輛滑行至最低穩(wěn)定車速或5 km/h，再踩下制動(dòng)踏板停車。

試驗(yàn)結(jié)束后2 h內(nèi)將車輛推至充電區(qū)域進(jìn)行充電，充電結(jié)束后，記錄車輛充電期間的能量EAC，單位為瓦時(shí)(Wh)，數(shù)值按四舍五入圓整到整數(shù)。充電結(jié)束后記錄車輛充電時(shí)間，單位用h和min表示。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

本文對(duì)兩輛車分別進(jìn)行縮短法和常規(guī)工況法試驗(yàn)。為了確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，每輛車在同一地點(diǎn)均進(jìn)行3次重復(fù)性試驗(yàn)。同時(shí)為了確保結(jié)果的可追溯性，記錄浸車和檢驗(yàn)過程中的溫度變化曲線(圖1)、運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)時(shí)車輛實(shí)際行駛速度數(shù)據(jù)(圖2)、REESS放電量的實(shí)時(shí)(模態(tài))數(shù)據(jù)等。

圖1 浸車和檢驗(yàn)過程中的溫度變化曲線

圖2 運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)時(shí)車輛實(shí)際行駛速度數(shù)據(jù)

2.1 能量消耗量計(jì)算

(2)

式中：EC為基于從外部獲取的能量消耗量，Wh/km；EAC為測量得到的來自外部的電量，Wh；BER為計(jì)算得到的續(xù)駛里程，km，BER的計(jì)算方法詳見GB/T 18386.1—2021。

2.2 高原與平原續(xù)駛里程分析

2.2.1 縮短法

由表3和圖3可以看出，使用縮短法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，高原條件下車輛的續(xù)駛里程比平原條件下增加約2.1%。由表3的數(shù)據(jù)可以看出，車輛在同一地點(diǎn)的3次試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果比較接近(與平均值的最大偏差為1.04%)，證明車輛狀態(tài)穩(wěn)定，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可信。

表3 縮短法BER結(jié)果統(tǒng)計(jì) 單位:km

圖3 縮短法BER結(jié)果

2.2.2 常規(guī)工況法

由表4和圖4可以看出，使用常規(guī)工況法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),高原條件下車輛的續(xù)駛里程比平原條件下增加約3.2%。

表4 常規(guī)工況法BER結(jié)果統(tǒng)計(jì) 單位:km

由表4的數(shù)據(jù)可以看出，車輛在同一地點(diǎn)的3次試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果比較接近(與平均值的最大偏差為1.52%)，證明車輛狀態(tài)穩(wěn)定，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可信。

圖4 常規(guī)工況法BER結(jié)果

綜上，無論在何種試驗(yàn)方法下，車輛的續(xù)駛里程在高原條件下均有不同程度的增加。主要原因?yàn)椋焊咴瓧l件下空氣稀薄造成空氣阻力比平原條件下有所降低，從而導(dǎo)致車輛行駛阻力降低，反映在續(xù)駛里程上則為有所增加。但是高原實(shí)際路況上下坡較多，此次試驗(yàn)未在轉(zhuǎn)轂上進(jìn)行模擬。

2.3 高原與平原能量消耗量分析

2.3.1 縮短法

由表5和圖5可以看出，使用縮短法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，高原條件下車輛的能量消耗量(EC)比平原條件下減少約3.9%。由表5的數(shù)據(jù)可以看出，車輛在同一地點(diǎn)的3次試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果比較接近(與平均值的最大偏差為1.54%)，證明車輛狀態(tài)穩(wěn)定，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可信。

表5 縮短法EC結(jié)果統(tǒng)計(jì) 單位:Wh/km

圖5 縮短法EC結(jié)果

2.3.2 常規(guī)工況法

由表6和圖6可以看出，使用常規(guī)工況法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，高原條件下車輛的能量消耗量比平原條件下減少約4.2%。由表6的數(shù)據(jù)可以看出，車輛在同一地點(diǎn)的3次試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果比較接近(與平均值的最大偏差為1.60%)，證明車輛狀態(tài)穩(wěn)定，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可信。

表6 常規(guī)工況法EC結(jié)果統(tǒng)計(jì) 單位:Wh/km

圖6 常規(guī)工況法EC結(jié)果

綜上，無論在何種試驗(yàn)方法下，車輛的能量消耗量在高原條件下均有不同程度的降低。主要原因?yàn)椋焊咴瓕?duì)充電的影響導(dǎo)致充電量有所降低；續(xù)駛里程增加，因此綜合導(dǎo)致能量消耗量有所降低。

3 結(jié)束語

輕型電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程隨著海拔的升高有所增加，能量消耗量隨著海拔的升高有所降低。但是本文研究過程為在轉(zhuǎn)轂上模擬阻力進(jìn)行的試驗(yàn)，未考慮實(shí)際高海拔道路上下坡較多的情況。但是從試驗(yàn)條件的一致性方面考慮，本文足以證明以上論點(diǎn)。通過上述論點(diǎn)可為整車企業(yè)進(jìn)行電動(dòng)車標(biāo)定開發(fā)提供方向同時(shí)為試驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行能量消耗量和續(xù)駛里程試驗(yàn)提供參考。