提高纯电动汽车的续航里程的策略

王志鹏

（深圳市沃特玛电池有限公司，广东 深圳 518118）

前言

纯电动汽车续航里程的高低是评价一台车性能的重要条件，对企业来说，生产一台高续航里程的汽车，其市场接纳度、产品档次、产品售价等均会有一定程度的提高。某些企业为了提高电动汽车的续航里程，简单粗暴的采取“堆电池”的方式，这样不仅提高了整车的生产成本，又降低了有效载质量。增加续航可从多个方面出发，本文则浅谈如何提高纯电动汽车的续航里程。

1 增加带电量

增加续航最直接的方式就是增加带电量。下图为 2018年第三批目录中车长为4650-4740mm纯电动车裸车重（扣除电池后整车重量）与百公里耗电关系。可见在统计车辆中，A级车裸车重在 1200kg左右波动时，整车百公里耗电量约14kwh，当车重为1500kg时，百公里耗电量约为16kwh。

图1 A级纯电动车车重与百公里耗电关系

当整车带电量增加时，无疑会增加整车续航里程。如目标开发车型为续航350km，裸车重预计1200kg，需带电量为49kwh（3.5*14），但客户在使用过程中，不可能将电池电量全部用于做功，实际使用中还需考虑放电深度问题，考虑到75%的放电深度，则需要带电量约65.3kwh。

但电池电量的增加，无疑增加了整车生产成本。如考虑一款车终端售价为20万，裸车核算成本为13万，每kwh电量价格为1200元，则可最多安装7万元电池，即电池电量为58.3kwh，当携带电量过大时，增加了成本，降低了整车的竞争力。

图2 不同温度下电池放电曲线

当整车增加电量时，还需考虑电池放电问题。以上为不同温度下锂电池放电特性，为保证电池在不同温度下的放电特性，需要在低温时对电池进行预热处理，以保证电池在规定的温度范围内使用。

2 增加传动系统效率

图3 简易整车动力系统输入及控制图

图3为简易动力输出及控制图，目前电机控制器效率为97%左右，驱动电机效率从 80～95%不等（图 4）。目前乘用车普遍使用高转速驱动电机，驱动电机系统效率普遍为85%左右。

图4 理想状态的永磁同步电机map图

如上图，永磁同步电机map图，在额定转速时电机效率较高，其他转速时电机效率为85%（理想状态）。

图5 电机效率曲线4

实际测试的电机效率曲线。由上图可看到在低速时，电机效率仅70%左右。与内燃机相同，驱动电机只有在额定转速附近时时才会有较高效率。当整车低速行驶时，整车行驶系疼效率仅65%。

3 使用低滚阻轮胎

车辆在行驶过程中的阻力如下公式：

上式中 Ff-滚动阻力、Fw-空气阻力、Fi-坡度阻力、Fj加速阻力

在上述阻力中，滚动阻力及空气阻力在任何行驶条件下均是存在的，当车辆在水平的路面上匀速行驶时，车辆仅受到滚动阻力与空气阻力。

轮胎的滚动阻力主要是由于道路及轮胎的变形，轮胎与道路表面摩擦形成。滚动阻力影响因素主要有轮胎因素及工况因素两方面。轮胎因素主要为轮胎结构材料、轮胎气压、花纹及磨损情况。工况因素主要有汽车载重、行驶速度等方面。

例如，当汽车行驶速度达到某个临界速度后（不同轮胎速度不同），轮胎会产生“驻波”现象，轮胎的周缘不再是圆形而成为波浪状，此时不但滚动阻力增加，车轮的温度也将迅速增加到 100℃以上，几分钟内可能出现爆破现象。考虑到车辆在高速行驶时不会达到使轮胎达到产生驻波现象的速度，那么车辆的滚动阻力系数主要影响方式为轮胎方面。

图6 滚动阻力与汽车速度、结构关系

当不同的车速时滚动阻力系数不同，在高速时变大，低速时变小[6]。此外，轮胎滚动阻力每增加或者减小 10%，汽车的能耗则也相应增加或减小2%[7]。就燃油车而言，轮胎滚动阻力越小，汽车油耗也相应越少。

因此降低轮胎滚动阻力，对纯电动汽车续航里程增加明显。

4 整车轻量化

就行驶中的车辆而言，重量越重，其在运动过程中所需要的能耗就越高，就内燃机车辆而言，将原车整备质量降低10%，则油耗可降低6～10%。纯电动汽车轻量化主要有以下几个方面：

发动机的有效功率等于汽车行驶过程中所消耗的所有功率之和，如下公式：

Pt-汽车发动机功率；Pf-滚动阻力功率；Pw-空气阻力；Pi-坡度阻力；Pj-加速阻力

公式1：汽车功率平衡图

当车辆在平坦的路面上匀速行驶时，车辆Pj、Pi均等于0.因车辆的面积及风阻系数确定，已设计成熟车型无法改动。仅可从滚动阻力方面更改，下式为滚动阻力消耗功率计算公式：

G-汽车重力，单位为 N；车速-va，单位单位 km/h，f-滚动阻力系数

公式2：滚动阻力消耗功率

上式中，车辆在行驶过程中消耗功率与整车质量正相关，降低整车质量，可降低车辆行驶功率功率消耗，提高续航里程。纯电动汽车的减重主要有以下几个方面。

4.1 电池包轻量化

目前动力电池主要为磷酸铁锂及三元锂两种形式。商用车大多数为磷酸铁锂电池，乘用车主要为三元锂结构。目前主流乘用车电池包能量密度为 140～150，特斯拉整车电池包能量密度为250wh/kg。

图7 A级纯电动汽车电池包占整车质量比例

上图为整车2018年第三批推荐目录中A级轿车电池包质量占整车比例。平均电池包重量约占整车重量22%左右。电池包占比较大，提高电池能量密度势在必行。

4.2 车身轻量化

就目前行业而言，车身轻量化已成为行业发展趋势。如特斯拉前期modle 3为为全铝合金车身结构。奥迪汽车很早就开发了全铝合金车身技术，其采用的铝合金车身生产技术使得车辆自动化水平程度达到80%，已基本上赶上了传统钢制车身水平。目前整车上铝合金材料应用已成熟，大量量产车上已使用铝合金汽车。但另一方面来看，虽然铝合金等材料减重明显，但因成本及工艺性等问题，经济性较差。

目前车身材料使用高强度钢为主流，其强度高、经济性能良好，工艺成熟简便。因高强度钢材不仅具有较高的拉伸强度及屈服点，其碰撞的行性能大大超过普通钢板，改善了车辆的安全性能。

4.3 复合材料及应用

塑料材料以其减重明显、采购成本低廉等优势，在汽车中使用量近年上升明显。据统计，目前汽车平均塑料用量约8～12%。目前汽车内外饰件已基本全部实现塑料化。

图8 汽车中常见塑料使用比率

如上图为目前汽车中常用塑料所用比例，从上图可看到，目前聚烯烃材料大量应用于整车，因其密度小、性能较好且成本低廉，已批量使用。

5 降低耗电系统功率

纯电动汽车不同于燃油汽车，其中耗电功率较大的电器系统为电动冷暖空调，其中电气附件附件能耗占到整车输出能耗的10%～20%[12,13]，此外，在城市工况中，因为频繁启停的原因，比例将会更大。

就目前而言，整车空调系统能耗占到整车电器附件能耗的 60～80%，相对于燃油汽车而言，燃油汽车的采暖、除霜等功能可使用发动机余热进行，而纯电动汽车则需要单独使用电能。因每台车的设计工况不同，需要依设计条件匹配空调系统，空调系统功率太大时影响整车续航，但公里太小时则导致制冷效果不明显。

6 结束语

提高纯电动汽车续航里程是一个系统性问题，需要从各方面入手。单纯的增加带电量虽然可以提高整车续航，但带电量增加导致车辆载质量降低，且无可避免的增加了整车成本。本文从增加带电量、提高传动系统效率、轻量化、降低整车耗电附件等方面，提出了纯电动汽车增加续航里程方法。