混合動(dòng)力商用車能量流測試

馮仁華，陳昆陽，趙智超, 王韶陽，孫旺兵，郭 棟

(1.重慶理工大學(xué) 車輛工程學(xué)院， 重慶 400054；2.中國汽車工程研究院有限公司， 重慶 401122；3.重慶理工大學(xué) 汽車零部件先進(jìn)制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 重慶 400054)

0 引言

能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)是當(dāng)今世界面臨的兩大挑戰(zhàn)[1]。實(shí)現(xiàn)碳中和是許多國家和政府在2060年左右要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)[2]。交通運(yùn)輸業(yè)由于碳排放量大，是能源消耗和污染最嚴(yán)重的行業(yè)。有數(shù)據(jù)顯示，全球交通運(yùn)輸領(lǐng)域的能源消費(fèi)占能源消費(fèi)總量的28.8%，其中，石油消費(fèi)占比達(dá)到65.2%[3]。汽車作為交通工具中最重要的一部分，帶來了巨大的油耗和環(huán)境污染?！吨袊苿?dòng)源環(huán)境管理年報(bào)(2021)》顯示[4]，汽車是大氣污染物以及能耗的主要貢獻(xiàn)者，其中商用車的排放量及能耗更是居高不下。

為節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境，許多國家制定了更嚴(yán)格的汽車油耗和排放量法規(guī)，對(duì)整車精細(xì)化、高質(zhì)量的發(fā)展提出了更高的要求，特別是油耗和排放較大的商用車。因此，很多技術(shù)和措施應(yīng)用到傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)及整車上，如替代燃料、燃燒優(yōu)化、關(guān)鍵零部件和系統(tǒng)優(yōu)化、廢氣后處理、低風(fēng)阻技術(shù)等。近年來，整車能量流管理和分析被廣泛應(yīng)用于汽車的設(shè)計(jì)、開發(fā)和優(yōu)化中，以促進(jìn)節(jié)能減排[5-10]。通過對(duì)整車能量流的研究，可掌握整車的能量使用效率，以及各部件的能量損失率，以便汽車制造商對(duì)整車能量進(jìn)行合理的管理，保證整車各子系統(tǒng)高效協(xié)同工作，最終生產(chǎn)出節(jié)能、高效、環(huán)保的汽車。

近年來，混合動(dòng)力汽車由于結(jié)合了燃油車和電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的發(fā)展，尤其是在商用車方面。與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車相比，混合動(dòng)力汽車可以消耗更少的化石燃料，產(chǎn)生更低的溫室氣體排放，而與純電動(dòng)汽車相比，由于混合動(dòng)力汽車有內(nèi)燃機(jī)和動(dòng)力電池輸出能量，避免了里程焦慮。當(dāng)前，混合動(dòng)力汽車的能量流分析與管理在提高車輛效率方面發(fā)揮著尤為重要的作用，已受到國內(nèi)外學(xué)者和專家的廣泛關(guān)注，并通過數(shù)值模擬、試驗(yàn)研究等方式進(jìn)行了一定的研究，取得了相關(guān)的研究成果[11-15]。但國內(nèi)外關(guān)于能量流的研究主要針對(duì)乘用車，對(duì)商用車特別是混合動(dòng)力商用車能量流分析的研究很少。此外，一些關(guān)于混合動(dòng)力汽車的研究缺乏對(duì)具體的驅(qū)動(dòng)模式和關(guān)鍵部件運(yùn)行狀況及效能的分析，也未對(duì)各行駛模式進(jìn)行明確的劃分和分析，研究的深度和廣度上還存在一定的不足。本文主要通過試驗(yàn)研究的方法，全面分析某混合動(dòng)力商用車的總體油耗、能量流特性、具體驅(qū)動(dòng)模式、關(guān)鍵部件的運(yùn)行狀況及能效，同時(shí)還對(duì)各工作模式做了詳細(xì)的劃分和研究，為該車輛后續(xù)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化等提供相關(guān)指導(dǎo)和支持。

1 試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)過程

1.1 試驗(yàn)車輛

試驗(yàn)車輛為一輛混合動(dòng)力箱式商用車，其動(dòng)力系統(tǒng)由一臺(tái)直列四缸、四沖程、3.74 L渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，一個(gè)峰值功率為110 kW的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和一臺(tái)電池容量為26 kW·h的錳酸鋰高壓動(dòng)力電池組成。整車及相關(guān)部件的主要技術(shù)參數(shù)見表1所示。

表1 試驗(yàn)車輛及相關(guān)部件主要技術(shù)參數(shù)

1.2 試驗(yàn)設(shè)備及傳感器布置

整車能量流測試在帶環(huán)境倉的底盤測功機(jī)上進(jìn)行，能量流試驗(yàn)裝置如圖1所示。其中，環(huán)境艙用于模擬真實(shí)的環(huán)境條件，車輛固定在底盤測功機(jī)上以模擬車輛在道路上的行駛情況。測試平臺(tái)中的各種系統(tǒng)包括排放采集系統(tǒng)、底盤測功機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)等。各個(gè)試驗(yàn)設(shè)備都是為了盡可能地模擬車輛的真實(shí)行駛狀況。

圖1 整車能量流試驗(yàn)示意圖

為了獲得能量流的具體數(shù)據(jù)，在試驗(yàn)車輛上安裝了不同種類的傳感器和裝置，用于實(shí)時(shí)記錄車輛狀態(tài)信號(hào)。各種溫度、壓力和流量傳感器分別安裝在冷卻水回路、氣體回路和潤滑油回路中。同時(shí)，在電路上安裝了電流和電壓傳感器。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電功率由功率分析儀測量。油耗儀和應(yīng)變式扭矩儀分別用于測量和反映車輛經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性。根據(jù)測量的信號(hào)特性，所有傳感器類型和范圍都經(jīng)過仔細(xì)選擇和校準(zhǔn)。一些車輛信號(hào)從車輛CAN總線獲得，進(jìn)而在測試過程中準(zhǔn)確監(jiān)控車輛狀態(tài)。將上述各傳感器、信號(hào)采集裝置和CAN總線信號(hào)集成到HBM-Quantum X數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的實(shí)時(shí)信號(hào)采集。相關(guān)設(shè)備和傳感器安裝完成后需要進(jìn)行調(diào)試以保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，傳感器布局方案如圖2所示。測試設(shè)備及主要參數(shù)如表2所示。

圖2 傳感器布置方案示意圖

表2 測試設(shè)備及主要參數(shù)

續(xù)表(表2)

1.3 試驗(yàn)過程

由于本研究試驗(yàn)車輛為重型混合動(dòng)力廂式貨車，故環(huán)境艙的溫度、濕度以及測量方法均按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 27840—2011《重型商用車輛燃料消耗量測量方法》來執(zhí)行。在試驗(yàn)循環(huán)工況選擇上，中國對(duì)重型商用車的試驗(yàn)工況一般采用CHTC-HT工況(中國貨車行駛工況，GVW>5 500 kg)和C-WTVC工況(中國-世界商用車瞬態(tài)行駛工況)， 2種工況對(duì)比詳見圖3所示。

圖3 循環(huán)工況曲線

CHTC-HT工況分為市區(qū)、郊區(qū)和高速部分，其中市區(qū)部分占比19%；C-WTVC工況分為市區(qū)、公路和高速部分，其中市區(qū)部分占比50%。本試驗(yàn)車輛為廂式貨車，主要用于城市內(nèi)物流運(yùn)送，在市區(qū)內(nèi)運(yùn)行的時(shí)間相對(duì)較長，所以本次測試的循環(huán)工況采取市區(qū)部分占比較大的C-WTVC工況，以更好地體現(xiàn)試驗(yàn)車輛的實(shí)際工作情況。根據(jù) C-WTVC工況中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，正式試驗(yàn)前，需對(duì)該車輛和底盤測功機(jī)進(jìn)行充分預(yù)熱。

為模擬實(shí)際道路的行駛，還需要對(duì)底盤測功機(jī)進(jìn)行道路阻力模擬設(shè)置，得到的道路阻力曲線如圖4。

圖4 道路阻力曲線

1.4 數(shù)據(jù)處理

在整車能量流研究中，需要對(duì)試驗(yàn)測得的燃油量、電流、電壓、溫度、壓力、流量等進(jìn)行能量計(jì)算，以獲取各系統(tǒng)或部件的能量消耗、能量損失等。

燃油作為車輛的唯一能量來源，其能量數(shù)值對(duì)于評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率等有著至關(guān)重要的作用，燃油總能量計(jì)算公式如下所示：

Qfuel=Mfuel·Hfuel

(1)

式中：Qfuel代表燃油釋放的總能量；Mfuel代表燃油質(zhì)量，由油耗儀測得；Hfuel表示燃油的低熱值。

混合動(dòng)力商用車中，發(fā)動(dòng)機(jī)作為主要輸出源之一，其換熱損失也不可忽略，本文研究的換熱損失主要包括暖風(fēng)換熱損失、散熱器換熱損失等，具體的計(jì)算公式如下：

(2)

電機(jī)及電器回路的能量數(shù)值主要根據(jù)功率分析儀或者傳感器測試的電流、電壓計(jì)算而來；發(fā)動(dòng)機(jī)以及傳動(dòng)系的能耗數(shù)值主要由扭矩傳感器、CAN總線、底盤測功機(jī)等采集或者通過計(jì)算而來。

為研究電機(jī)控制器的效率，本次試驗(yàn)中電機(jī)控制器的輸出與輸入能量由功率分析儀獲得，具體的計(jì)算方法如下所示：

(3)

(4)

式中：Ep_in、Ep_out分別為高壓分電盒(PDU)充放電能量；Ec_in、Ec_out分別為電機(jī)控制器充放電能量；Wp、Wc、Tm分別為功率分析儀測試的高壓分電盒、電機(jī)控制器能量和電機(jī)扭矩。

試驗(yàn)中，各用電器的能量主要通過傳感器測量的電流及電壓得到，具體的計(jì)算公式為：

(5)

式中：En為各個(gè)用電器的用電量；Ut和It分別為測試的電壓和電流。

電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力輸出源，其效率及能量走向直接與整車的經(jīng)濟(jì)動(dòng)力性有關(guān)，故本文對(duì)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的能量計(jì)算如下：

(6)

(7)

式中：Ee為發(fā)動(dòng)機(jī)輸出能量；Em_in和Em_out分別為電機(jī)充電和放電時(shí)的能量；Te為發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩；Ne和Nm分別為電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

混合動(dòng)力汽車的傳動(dòng)是電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行動(dòng)力耦合輸出的，為進(jìn)一步確定整車傳動(dòng)效率，計(jì)算出傳動(dòng)軸輸出能量是必須的，所以傳動(dòng)軸能量計(jì)算公式如下：

(8)

式中：Ea為傳動(dòng)軸輸出能量；Ta、Nv分別表示傳動(dòng)軸扭矩和車輪轉(zhuǎn)速。

余項(xiàng)損失在發(fā)動(dòng)機(jī)的能量損失中占主要部分，主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)泵氣損失、摩擦損失、燃燒損失以及排氣焓增等，為了更好地對(duì)整車的能量走向進(jìn)行說明，研究和分析余項(xiàng)損失是必要的。余項(xiàng)損失的各組成部分計(jì)算公式如下。

泵氣損失和摩擦損失分別為：

(9)

(10)

式中：Qpmep、Qfmep分別為發(fā)動(dòng)機(jī)的泵氣損失和摩擦損失；Ppmep、Pfmep分別為泵氣損失壓力和摩擦損失壓力；Vs為發(fā)動(dòng)機(jī)每缸的工作容積；n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；i為發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)；τ為沖程數(shù)。

燃燒損失：

Qcmb=mfuel·Hu·(1-λ)+mx·Hx

(11)

式中：Qcmb為燃燒損失；λ為過量空氣系數(shù)；mx和Hx分別為排氣中未燃組分(THC、CO)質(zhì)量及低熱值。

排氣焓增：

(12)

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 整車油耗及能量分布特性

根據(jù)C-WTVC工況能量流測試結(jié)果示，該試驗(yàn)車輛行駛里程為20.51 km，百公里油耗為23.76 L，動(dòng)力電池能量消耗為671 kJ。

由以上各公式計(jì)算出的整車能量流分布特性如圖5所示，整車的能耗分布特性如圖6所示。

圖5 整車能量流分布特性(單位：kJ)

由圖5可知，本文試驗(yàn)車輛的電池電量相對(duì)均衡，能量大部分仍由發(fā)動(dòng)機(jī)提供，從發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸輸出的能量通過直接驅(qū)動(dòng)或?yàn)榘l(fā)電機(jī)發(fā)電后電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛，此外，車輛在制動(dòng)時(shí)也有部分能量回收并存儲(chǔ)到電池中。通過制動(dòng)回收的能量為12 742 kJ，回收的能量經(jīng)過變速箱、電機(jī)、電機(jī)控制器和高壓分電盒后儲(chǔ)存在動(dòng)力電池中，動(dòng)力電池的制動(dòng)能量回收率為81.95%。

圖6 整車能耗分布特性

從圖6整車能耗分布特性看出，用于驅(qū)動(dòng)車輛的能量占總能量的30.99%。在整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)中，電機(jī)、電機(jī)控制器及AMT變速箱在驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)過程中受到其機(jī)械效率的影響，都存在一定的能量損失，電機(jī)、電機(jī)控制器、變速箱的能量損失所占比例分別為1.11%、0.53%、4.17%，可以通過提高相關(guān)部件的機(jī)械效率及優(yōu)化工況點(diǎn)來降低這部分損失。

對(duì)于低壓附件來說，其消耗的能量相對(duì)非常小。除了發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功外，由圖5、圖6所知，發(fā)動(dòng)機(jī)的換熱損失及余項(xiàng)損失的能量非常大。發(fā)動(dòng)機(jī)的換熱損失中，散熱器和電機(jī)回路的換熱損失占主要部分，分別占總能量的8.89%和2.6%。余項(xiàng)損失主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)的泵氣損失、摩擦損失、燃燒損失、排氣焓增及其他各種損失等，他們主要與發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與所用燃料的種類有關(guān)。余項(xiàng)損失的數(shù)值為燃油總能量減去發(fā)動(dòng)機(jī)輸出能量與換熱損失之和，通過圖5整車能量流分布特性可計(jì)算出余項(xiàng)損失占總能量的50.67%，降低該部分的損失可以有效地提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性，如發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒優(yōu)化、進(jìn)排氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、低摩擦技術(shù)、渦輪增壓器優(yōu)化匹配、尾氣能量回收等[16-17]，可在后續(xù)的研究中重點(diǎn)測量和分析余項(xiàng)損失中各部分的能量損失情況。

2.2 整車行駛模式分析

通過整車能量流測試結(jié)果及整車能量流分析基本理論，該試驗(yàn)車輛劃分為7個(gè)行駛模式，分別為發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)、純電驅(qū)動(dòng)、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電、怠速、機(jī)械制動(dòng)和能量回收。在C-WTVC循環(huán)工況下，各模式行駛時(shí)間占的比例如圖7所示,各行駛模式分布特性如圖8所示。

圖7 各模式行駛時(shí)間所占比例

從圖7和圖8可以看出，純電驅(qū)動(dòng)模式主要工作在車速低于30 km/h且電池SOC處于較高狀態(tài)，純電驅(qū)動(dòng)模式共164 s，占比為9.1%。并聯(lián)驅(qū)動(dòng)主要在車輛加速或車速較高時(shí)，這時(shí)車輛需要較大的驅(qū)動(dòng)功率，并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式共532 s，占比為29.56%。發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)主要在中等車速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)共47 s，占比為2.61%。驅(qū)動(dòng)發(fā)電主要在整車SOC值較低且需要較大功率輸出的情況，驅(qū)動(dòng)發(fā)電共333 s，占比為18.51%。能量回收主要發(fā)生車輛減速時(shí)，通過電機(jī)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，能量回收共425 s，占比為23.61%；機(jī)械制動(dòng)是指在車輛緊急制動(dòng)時(shí)，滿足了整車制動(dòng)，但制動(dòng)能量未被電機(jī)回收利用的情況，機(jī)械制動(dòng)共117 s，占比為6.5%。怠速工況是指整車無動(dòng)力輸出，車輛靜止時(shí)的工作模式，怠速共182 s，占比為10.11%。

圖8 行駛模式分布特性

3 關(guān)鍵部件工作狀態(tài)分析

為了更深入地了解該車的油耗和能量流特性，對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)(發(fā)動(dòng)機(jī)和電池)和部件(主要是電機(jī))的工況和能效進(jìn)行了分析。

3.1 動(dòng)力電池工作狀態(tài)

在混合動(dòng)力汽車中，動(dòng)力電池的工作主要是頻繁的制動(dòng)能量回收以及加速時(shí)的輔助動(dòng)力輸出。對(duì)于動(dòng)力電池來說，SOC是最重要的參數(shù)和指標(biāo)之一[18]。動(dòng)力電池管理策略主要取決于其荷電狀態(tài)(SOC)的準(zhǔn)確性。在本次C-WTVC循環(huán)工況中，試驗(yàn)車輛動(dòng)力電池的SOC如圖9所示。動(dòng)力電池SOC為37.2%～49.3%，在1 547 s時(shí)SOC達(dá)到最小值37.21%，平均SOC為42.7%。從電池SOC變化歷程可知，在長下坡時(shí)，電池SOC增長較快，說明制動(dòng)回收效果顯著，動(dòng)力電池SOC在加速和高速階段下降較快，但在SOC處于較低位置時(shí)，由于電池控制策略，使得電池依舊處于充電模式，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)并同時(shí)給電池充電。

圖9 動(dòng)力電池SOC變化曲線

內(nèi)阻是動(dòng)力電池的關(guān)鍵參數(shù)之一，它分為靜態(tài)內(nèi)阻和工作內(nèi)阻。內(nèi)阻與電池的充放電息息相關(guān)，直接反應(yīng)電池的老化程度，也是電池失效的重要指標(biāo)之一[19]。動(dòng)力電池電流和電壓擬合關(guān)系如圖10所示，其中擬合曲線的斜率可以表示電池的內(nèi)阻，由圖可見該動(dòng)力電池的內(nèi)阻為0.141 9 Ω。

圖10 動(dòng)力電池電流電壓擬合關(guān)系

3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)

發(fā)動(dòng)機(jī)作為混合動(dòng)力車輛的主要?jiǎng)恿υ粗?，其工作點(diǎn)的分布直接影響整個(gè)行駛過程的油耗[20]。本次試驗(yàn)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)在萬有特性上的分布如圖11所示。由圖11可知，該試驗(yàn)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的最低燃油消耗率為185 g/(kW·h)。

圖11 發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)分布

圖11中，發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于有電機(jī)的輔助動(dòng)力輸出，發(fā)動(dòng)機(jī)主要工作在中等轉(zhuǎn)速、中高負(fù)荷，該區(qū)域發(fā)動(dòng)機(jī)油耗較低，以致整車的能量利用率高，表現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電時(shí)，需要較大的動(dòng)力輸出，發(fā)動(dòng)機(jī)主要工作在中等轉(zhuǎn)速的外特性上，該區(qū)域有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出得到充分利用，發(fā)動(dòng)機(jī)效率較高。發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)工作點(diǎn)在整個(gè)循環(huán)中較少，且工作點(diǎn)大部分位于低轉(zhuǎn)速、高油耗區(qū)域，此工作模式多用在其余2種模式切換的中間過程。

總體上看，整個(gè)循環(huán)試驗(yàn)中發(fā)動(dòng)機(jī)約有65%的點(diǎn)工作在200 g/(kW·h)以下區(qū)域，發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)循環(huán)的熱效率為36.81%，說明該混合動(dòng)力車輛對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)控制得較好，但是，在發(fā)動(dòng)機(jī)中低轉(zhuǎn)速、中低負(fù)荷的高油耗區(qū)域仍有一部分工作點(diǎn)，后續(xù)可以通過優(yōu)化控制策略使得相關(guān)的工作點(diǎn)遠(yuǎn)離該高油耗工作區(qū)域。

3.3 電機(jī)工作狀態(tài)分析

電機(jī)工作點(diǎn)的分布對(duì)整車的動(dòng)力輸出以及能量回收情況都有著很大的影響，直接影響著整車的動(dòng)力及經(jīng)濟(jì)性[21]。電機(jī)工作主要在純電驅(qū)動(dòng)、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)、能量回收和驅(qū)動(dòng)發(fā)電模式時(shí)，電機(jī)的效率及工作點(diǎn)分布如圖12所示。

圖12 電機(jī)工作點(diǎn)分布

當(dāng)純電驅(qū)動(dòng)時(shí)，電機(jī)主要在中等轉(zhuǎn)速、中等扭矩下工作，電機(jī)總體工作效率較高，約有57%的工作點(diǎn)在效率大于94%的區(qū)域。并聯(lián)驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于電機(jī)配合發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出，同時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)，電機(jī)工作點(diǎn)相對(duì)分散，電機(jī)主要在中等轉(zhuǎn)速、中低扭矩下工作，效率相對(duì)純電驅(qū)動(dòng)低，約有41%的工作點(diǎn)工作在效率大于94%的區(qū)域，約有47%的工作點(diǎn)工作在效率小于92%的區(qū)域。在驅(qū)動(dòng)發(fā)電工況，電機(jī)工作為發(fā)電機(jī)，并且還需要調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，所以整體效率低于驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。在驅(qū)動(dòng)發(fā)電工況下，電機(jī)主要在中等轉(zhuǎn)速、低扭矩下效率為91%～93%區(qū)域內(nèi)工作。在制動(dòng)能量回收模式下，電機(jī)工作點(diǎn)低轉(zhuǎn)速、低和高扭矩的區(qū)域，電機(jī)工作效率較低。

總體上看，約有24%的工作點(diǎn)工作在效率大于94%的區(qū)域，53%的工作點(diǎn)工作在效率小于92%的區(qū)域，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電和能量回收時(shí)，后續(xù)可以重點(diǎn)針對(duì)這2種模式對(duì)電機(jī)的工況進(jìn)行優(yōu)化，以提升電機(jī)的整體工作效率。

4 結(jié)論

本文以某重型混合動(dòng)力商用車為研究對(duì)象，基于中國-世界商用車瞬態(tài)行駛工況(C-WTVC)，在帶環(huán)境倉的底盤測功機(jī)上進(jìn)行整車能量流試驗(yàn)，研究了該混合動(dòng)力汽車的能量流特性，并分析了試驗(yàn)循環(huán)中試驗(yàn)車輛的具體驅(qū)動(dòng)方式、動(dòng)力系統(tǒng)及關(guān)鍵部件的工作狀態(tài)和能效，主要結(jié)論如下：

1) 整車百公里油耗為23.76 L，通過制動(dòng)回收的能量為12 742 kJ，該能量儲(chǔ)存到動(dòng)力電池的制動(dòng)能量回收效率為81.95%。

2) 用于驅(qū)動(dòng)車輛的能量占總能量的30.99%。在發(fā)動(dòng)機(jī)的換熱損失中，散熱器和電機(jī)回路的換熱損失占主要部分，分別占總能量的8.89%和2.6%。主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)的泵氣損失、摩擦損失、燃燒損失、排氣焓增等的余項(xiàng)損失占總能量的50.67%，在后續(xù)的研究中應(yīng)重點(diǎn)測量和分析余項(xiàng)損失中各部分的能量損失情況，并進(jìn)行優(yōu)化。

3) 發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)、純電驅(qū)動(dòng)、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)、驅(qū)動(dòng)發(fā)電和能量回收分別占總循環(huán)時(shí)間的2.61%、9.1%、29.56%、18.51%和23.61%，各模式分配較合理。

4) 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)循環(huán)的總熱效率為36.81%。在發(fā)動(dòng)機(jī)中低轉(zhuǎn)速、中低負(fù)荷的高油耗區(qū)域的部分工作點(diǎn)，可以通過優(yōu)化控制策略使相關(guān)工作點(diǎn)遠(yuǎn)離高油耗工作區(qū)域。

5) 約有24%的電機(jī)工作點(diǎn)工作在效率大于94%的區(qū)域，約有53%的電機(jī)工作點(diǎn)工作在效率小于92%的區(qū)域，且主要集中在發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電和能量回收時(shí)，需要對(duì)這2種模式時(shí)電機(jī)的工況進(jìn)行優(yōu)化，以提升電機(jī)的整體工作效率。