某纯电动乘用车经济性优化方法研究

盛德涛 杨俊萍 袁利东

1.一汽凌源汽车制造有限公司 上海市 201900 2.郑州宇通客车股份有限公司 河南省郑州市 450016 3.一汽凌源汽车制造有限公司 上海市 201900

1 前言

纯电动乘用车是以车载动力电池组为电源，依靠大功率驱动电机提供动力的交通工具，具有清洁无污染、能量转换效率高、结构简单等优点[1]。

当前纯电动乘用车行业内已刊登的文献中多数倾向于理论性研究，运用相关公式建立数学模型进行计算分析[2]。为此本文选定NEDC工况续驶里程作为评判依据，通过把理论定性分析、仿真分析与试验测试相结合的方式，论述参量设计载荷、 滚动阻力系数、整车工作效率对车辆续驶里程的影响程度。

2 理论定性分析

2.1 整车供电原理简介

在纯电动乘用车产品开发初期，首先根据整车动力性设计目标确定电池、电机等关键高压用电器参数，在此基础上完成低压用电器件的选型以及参数匹配，由于用电器配置确定后整车低压用电器件的能耗很难降低，因此本文仅研究高压用电器的能耗优化方法。驱动电机是主要的高压用电器，其工作效率和电机转速以及转矩相关且直接影响整车能耗，因此在进行驱动电机匹配设计时，保证其高效区间与车辆经济车速相匹配是基本的设计原则。

对于纯电动乘用车经济性的改善与提高，主要考虑续驶里程以及行驶工况能耗。行驶工况能耗是以一定车速或者循环行驶工况为基础，以车辆行驶一定里程的能量消耗量来衡量[2-3]。这一点与GB/T 18386-2005《纯电动车能量消耗率和续驶里程试验方法》是一致的。

2.2 功率平衡方程

匀速行驶工况纯电动乘用车的功率平衡方程

式中：P为驱动电机输出功率，单位kW；η为整车工作效率因数；m为纯电动乘用车设计载荷，单位kg；g为重力加速度，单位m/s2；f为滚动阻力系数；V为行驶车速，单位m/s；CD为风阻系数；A为正投影面积，单位m2。

匀加速行驶工况纯电动乘用车的功率平衡方程

式中：δ为旋转质量转换系数；为加速度，匀加速行驶工况下为常量；其余字母含义与（1）式中相同。

NEDC工况试验循环由4个市区循环和1个市郊循环组成。整个循环工况整车分为匀速行驶、匀加速行驶、熄火静止三种行驶模式。因此，公式（1）和公式（2）可以用来对NEDC工况法经济性优化进行理论分析，参考GB/T 18386-2005《纯电动车能量消耗率和续驶里程试验方法》附录A求积分即可。

通常纯电动乘用车经济性优化有整车轻量化、提升整车工作效率、降低整车用电器件能耗、降低滚动阻力系数四大类途径。结合公式（1），整车轻量化相当于降低整车整备质量即降低设计载荷m；提升整车工作效率对应于提高整车工作效率因数η；降低整车用电器件能耗主要是指降低整车用高压电器件的能耗；降低滚动阻力系数则是优化f数值。

3 仿真分析

3.1 模型建立

以某微型纯电动乘用车为例进行仿真分析，在Cruise软件环境中构建仿真模型。把整车的相关参数输入到模型中；把驱动电机外特性曲线图等信息输入到驱动电机模型中；动力电池组参数输入到电池模型中；其余模型信息以此类推进行处理。模型建立后，调试验证后进行仿真分析。

3.2 滚动阻力系数优化

初始状态时，车辆采用的轮胎滚阻系数偏高，采用低滚阻轮胎进行仿真NEDC工况法分析，仿真分析结果见表1。

表1 NEDC工况法测试结果

优化滚动阻力系数后，两两对比续驶里程分别增加了10.7km、8.2km，增幅为8.3%、5.87%（对应滚动阻力系数优化幅度20%、16.7%），滚动阻力系数优化对于续驶里程的改善，效果较为显著。

3.3 设计载荷优化

设计载荷优化的主要途径是整车轻量化，主要途径有减薄料厚、结构设计优化、采用铝合金碳纤维等复合材料等。由于该微型纯电动乘用车已经充分进行了整车轻量化工作，故仿真时采用设计载荷增值法进行分析，NEDC工况法仿真分析结果见表2。

表2 NEDC工况法测试结果

NEDC工况法两两对比续驶里程分别增加了1.9km、4km，增幅分别为1.54%、3.2%（对应设计载荷优化幅度4.85%、5.10%），设计载荷优化对于续驶里程的改善，效果较为显著。

3.4 整车工作效率优化

整车工作效率优化主要有改善机械部分传递效率及电力部分传递效率两大类方法。NEDC工况法仿真分析结果见表格3。

表3 NEDC工况法测试结果

NEDC工况法整车工作效率优化0.01（增幅1.25%）后，续驶里程增加1.2km，增幅0.93%，整车工作效率优化对于续驶里程的改善，效果显著。

4 NEDC工况法测试

4.1 测试准备工作

准备新下线经过磨合的新商品车一辆（整车工作效率可调），随带充电枪等一系列工具，委托国内权威第三方检测机构进行NEDC工况法测试，同时安排2名试验人员及2名电气工程师全程跟踪试验过程。试验大纲可以与第三方检测机构人员共同讨论后定稿，其余工作依据GB/T 18386-2005《纯电动车能量消耗率和续驶里程试验方法》执行。

4.2 测试结果分析

测试过程中具体操作完全由第三方检测机构人员进行，单项问题进行多次测试（关闭制动能量回收装置），经过处理后的具体测试结果见表格4。

表4 NEDC工况法测试结果

通过把表4中测量结果分别与表1至表3的仿真分析结果对比发现，测向结果较仿真分析结果偏小，误差在±1.5%以内，实测数据与仿真分析数据吻合性较好。

5 结论

（1）纯电动乘用车设计开发过程中，在整车配置以及外造型确定的前提下，其低压电器件能耗总功率P1、风阻系数CD、迎风面积A随之确定，此时续驶里程S主要影响参变量是滚动阻力系数f、设计载荷m、整车工作效率η。

（2）整车工作效率η对续驶里程的影响最大，设计载荷m与滚动阻力系数f对续驶里程的影响次之。

（3）制动能量回收装置涉及因素较多，具体有制动性、整车控制策略、主观驾驶感受等，本位论述的是仅仅影响纯电动乘用车能耗经济性的单一因素，故本文不把其列为能耗经济性优化方法之一进行论述。