基于NEDC循环工况纯电动车能量回收的应用研究

李日业

基于NEDC循环工况纯电动车能量回收的应用研究

李日业

（福建新龙马汽车股份有限公司，福建 龙岩 364101）

随着纯电动车的普及推广，大众对能量回收的概念有了更为清晰的了解。文章以某品牌纯电动MPV在NEDC循环工况下为例，阐述了理论可回收能量和实际可回收能量的差异及影响因素，并通过调整整车能量回收控制策略进行车辆实测，为纯电动汽车能量回收以及降能耗的控制策略提供参考。通过统计分析NEDC循环工况加速、匀速及减速阶段的典型工况数据特征，将NEDC循环工况分解成36个运转次序，同时根据汽车的力学公式及电机电控效率，计算单个循环工况理论上减速工况所产生的可回收电量占工况所消耗总能量的18.6%。通过调整整车能量回收控制策略，调整车辆能量回收时产生的减速度接近NEDC循环工况减速度，同时将该车置于环境舱内转鼓按NEDC循环工况分别测试该车在无能量回收及有能量回收的续驶里程及能量消耗量，测试结果表明，车辆续驶里程由281.3 km增加至329.3 km，能量回收带来48 km的里程数增加，无能量回收车辆耗电量为44.4 kWh，百公里耗电量约为15.69 kWh，对应48 km电量为7.53 kWh，占无能量回收时总消耗电量的16.96%，已接近理论值。在电机电控等系统效率不变、车辆内阻不变的情况下，定义能量回收策略时通过调整车辆能量回收时产生的减速度接近NEDC循环工况减速度，可提升能量回收率。

NEDC；能量回收；纯电动车；MPV

引言

纯电动汽车与传统能源汽车相比最重要的特性之一是其具有制动能量回收能力[1]，可以把原本在减速阶段白白被刹车消耗掉（转化为热量）的车辆动能，再次通过电动机（此时作为发电机使用）转化为电能给电池充电，这是纯电动汽车节约能源的优势所在。因此降低能量损失尽可能提高能量回收利用率，是提高电动车的续航里程的重要举措，也是摆在研发纯电动汽车的课题之一。下面就基于NEDC循环工况结合某公司纯电动MPV车制动能量回收的应用进行研究。

1 NEDC循环工况

图1 NEDC循环工况示意图

众所周知，NEDC循环工况诞生于20世纪末的欧洲[2]，中国在本世纪初沿用至今，主要由四个市区工况和一个市郊工况组成，体现车辆使用中的三个典型工况为加速、匀速及减速阶段如图1所示。

统计NEDC综合工况发现其数据特征如表1所示：

表1 NEDC循环工况数据特征

特征参数数值 平均速度/（km/h）运行速度/（km/h）平均加速度/（m/s2）33.643.50.53 平均减速度/（m/s2）加速比例/%减速比例/%匀速比例/%怠速比例/%−0.7523.216.637.522.6

2 NEDC循环工况典型工况下的可回收能量

基于NEDC循环工况，纯电动车的一大优势是在减速阶段可将机械制动的能量通过电机转换为电能，假设减速阶段除了克服内阻和风阻的功率损失，其余能量均通过电制动回收（循环工况最大减速度为1.39 m/s2，机械制动不介入工作），则该值为理论最大可回收能量。该车型EV结构原理图如图2所示。

从以上原理图可以看出：电动车与传统车的区别在于其减速时，动能多了一个转变方向，可转换为电池电能再次回收利用。这也就是我们所熟知的能量回收。能量回收强度可通过减速度体现。当能量回收减速度达不到日常驾驶所需时，就不得不引入摩擦制动来补偿，能量也就以热能形式损失[3]。

图2 某公司纯电动MPV EV结构原理图

根据汽车理论和能量守恒定律纯电动汽车的力学计算公式[4]如下：

= 0.011 6+0.000 142×v2（1）

式中，为滚阻系数（经验公式）；v为车速（m/s）；F为滚动阻力（N）；F为空气阻力（N）；C为风阻系数；为迎风面积（m2）；F为加速阻力（N）；为旋转质量换算系数；a为平均加速度（m/s2）。

F=（2）

F=CAv/21.15（3）

F=δma（4）

F=F+F+ F（5）

=Fs/(3.6×104ηη)（6）

F为行驶阻力（N）；为能量（kWh）；为行驶里程（m）；η为电机电控总效率；η为机械传动效率。

表2 基本市区循环能量消耗计算

运转次序车速/（km/h）平均加速度/（m/s2）滚阻系数滚动阻力/N空气阻力/N加速阻力/N行驶阻力/N行驶里程/m电机电控效率/%耗电量/kWh V1V2aafFfFwFjFtsηesE 10000.011 6188.7100188.710.0060.000 2051.041 70.012194.480.295 51 798.331 993.110.9361.210.000 88 ……………………………… 17105−0.972 20.0127206.032.659 6−1 678.44−1 469.752.9863.96−0.002 1750−0.972 20.012194.480.295 5−1 678.44−1 483.660.9961.21−0.000 7 180000.011 6188.7100188.710600

表3 市郊循环能量消耗计算

运转次序车速/（km/h）平均加速度/（m/s2）滚阻系数滚动阻力/N空气阻力/N加速阻力/N行驶阻力/N行驶里程/m电机电控效率/%耗电量/kWh V1V2aafFfFwFjFtsηesE 10000.011 6188.7100188.710600 2050.694 40.012194.480.295 51 198.891 393.671.3961.210.000 93 ……………………………… 17105−1.388 90.013206.032.659 6−2 397.78−2 189.082.0863.95−0.002 09 1750−1.388 90.012194.480.295 5−2 397.78−2 2030.6961.21−0.000 73 180000.011 6188.7100188.710600

表4 该车型NEDC循环工况续航测试

项目能量/kWh 单个市区循环耗电量0.182 87 可回收电量−0.068 55 市区循环耗电量0.731 5 可回收电量−0.274 2 市郊循环耗电量1.696 97 可回收电量−0.177 1 NEDC循环耗电量2.428 5 可回收电量−0.451 3

依据上述公式，电机电控效率按效率MAP差值法取得，将NEDC循环工况分解成市区工况18个运转次序（见表2）和市郊工况18个运转次序（见表3）。

综上，单个NEDC循环工况中，理论最大可回收能量统计见表4，即理论上减速工况所产生的可回收电量占其他工况所消耗总能量的18.6%，电机电控效率提升，则可回收能量占比将上升。

3 实际可回收能量测试[5]

为降低环境因素的影响，将该车置于环境仓转鼓测试，温度设定为25 ℃，并按NEDC循环工况测试方法分别测量该车在无能量回收及有能量回收的续航里程[6]，测试结果见表5。

表5 该车型NEDC循环工况续航测试

项目实测续航里程/km 测试序号1测试序号2测试序号3 带能量回收309（100%−10%）312（100%−10%）313（100%−10%） 无能量回收275（100%−10%）270（100%−10%）271（100%−10%）

注：百分号为测试起始到终了的SOC值。

按里程测试结果，能量回收使里程数增加了39 km，无能量回收的测试结果分析可知，该车百公里耗电量（非电网取电量）约为16.98 kWh，对应39 km电量为6.68 kWh，占无能量回收时总消耗电量的14.46%。

4 结论

实际上，在定义能量回收策略时，必须考虑实际行驶过程中的制动安全、充放电保护等因素，即使是NEDC循环工况过程中同样会触发停止能量回收的阈值，无法完全将减速过程的所有富余能量全部回收。在用户道路使用环境中，车辆运行工况远远比NEDC工况复杂，实际使用的能量回收率会大打折扣，节能率将进一步下降。若不降低内阻、提升系统效率，该车能量回收率已无较大提升空间。

2021年起纯电动汽车续驶里程测试循环工况将切换为CLTC循环工况，分析结果将有差异，本分析方法同样适用。

[1] 马什鹏,张刘锋,马永娟,等.再生制动能量回收研究综述[J].汽车文摘,2021(08):19-26.

[2] 环境保护部科技标准司.轻型汽车污染物排放限值及测量方法:GB 18352.5—2013[S].北京:环境保护部,2013.

[3] Ehsani,M.现代电动汽车､混合动力电动汽车和燃料电池车[M].北京:机械工业出版社,2010.

[4] 余志生.汽车理论:第5版[M].北京:机械工业出版社,2009.

[5] 赵立军.电动汽车测试与评价[M].北京:北京大学出版社,2012.

[6] 中华人民共和国工业和信息化部.电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法:GB/T 18386—2017[S].北京:中国国家标准化管理委员会,2017.

Energy Recovery of Electric Vehicle Base on NEDC Cycle

LI Riye

( Fujian Newlongma Automotive Co., Ltd., Fujian Longyan 364101 )

With the popularization of pure electric vehicles, the public has a clearer understanding of the concept of energy recovery. Taking a brand of pure electric MPV under NEDC cycle as an example, this paper expounds the difference and influencing factors between theoretical recoverable energy and actual recoverable energy, and carries out vehicle measurement by adjusting the energy recovery control strategy of the whole vehicle, so as to provide reference for the control strategy of pure electric vehicle energy recovery and energy consumption reduction. Through statistical analysis of the data characteristics of typical working conditions with large acceleration, uniform speed and deceleration stages of NEDC cycle, the NEDC cycle is divided into 36 operation sequences. At the same time, according to the mechanical formula of the vehicle and the electric control efficiency of the motor, it is calculated that the recoverable electricity generated by the deceleration condition theoretically accounts for 18.6% of the total energy consumed under the condition. By adjusting the energy recovery control strategy of the whole vehicle, the deceleration generated during vehicle energy recovery is adjusted to be close to the deceleration under NEDC cycle conditions. At the same time, the vehicle is placed in the environmental chamber. The driving range and energy consumption of the vehicle without energy recovery and with energy recovery are tested respectively according to NEDC cycle conditions. The test results show that the driving range of the vehicle is increased from 281.3 km to 329.3 km, energy recovery will increase the mileage of 48 km. The power consumption of vehicles without energy recovery is 44.4kWh, the power consumption of 100km is about 15.69kWh, and the corresponding power consumption of 48 km is 7.53kWh, accounting for 16.96% of the total power consumption without energy recovery, which is close to the theoretical value. Under the condition that the efficiency of motor electronic control and other systems remains unchanged and the internal resistance of the vehicle remains unchanged, when defining the energy recovery strategy, the energy recovery rate can be improved by adjusting the deceleration generated during vehicle energy recovery to be close to the deceleration under NEDC cycle.

NEDC; Energy recovery; Electric vehicle; MPV

U469.72+2

B

1671-7988(2021)24-01-04

U469.72+2

B

1671-7988(2021)24-01-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.024.001

李日业，就职于福建新龙马汽车股份有限公司。