基于中国工况的纯电动续驶里程测试方法优化

丁李辉， 周金应， 刘永刚

(1.中国汽车工程研究院股份有限公司， 重庆 401122； 2.重庆大学 机械传动国家重点实验室， 重庆 400044)

我国电动汽车财政补贴政策的核心指标包括电动汽车的纯电续驶里程和能量消耗量[1]。过去几年该项目的测试方法遵循的是GB/T 18386—2017《电动汽车 能量消耗率和续驶里程试验方法》[2-3]。随着2021年10月1日GB/T 18386.1—2021《电动汽车能量消耗量和续驶里程试验方法 第1部分：轻型汽车》[4]的实施，试验循环由过去的NEDC变更为CLTC(中国轻型汽车行驶工况)[5]，并同时引入了缩短法测试方法，以及增加了对试验结果的计算方法。新引入的缩短法测试流程能大幅减少原常规法试验的时长，提高试验效率，但若按照标准中要求的方法开展试验，必须要求车企预先进行自我测试，得到预估的续驶里程“BERest”，方可促成试验一次成功，不仅给车企造成了额外的经济负担，还给未配置底盘测功机的企业开展预测试造成了技术难度。

本文结合实际的测试过程，分析GB/T 18386.1—2021中缩短法试验的关键步骤，提出用基于能量变化预判的优化试验方法[6-9]来替代原有的里程预估方法，并将优化后的方法应用于实际测试过程中进行验证，力图为车企减负降本，也为后续该国家标准的制修订提供参考。

1 GB/T 18386.1—2021存在的问题

该标准中所述的缩短法试验具体步骤如图1所示，主要存在以下问题。

图1 缩短法测试流程

1.1 放电试验终止条件设定不确切

标准中将“SOC最低值”等同于“试验终止判定条件”有待商榷。这是由于实际试验过程中，真正判定试验结束的依据是样车当前车速曲线与试验循环曲线之间的公差是否能持续满足标准要求。而车辆仪表盘上显示的SOC值，仅代表估算的电池的荷电状态，无法准确表示可充电储能系统(后面简称REESS，在本文中指代动力蓄电池)[10]实际剩余电量，更不能代表当前车速能否满足偏差要求的瞬时状态。绝大多数纯电动车辆为了保护动力电池，在SOC的标定中，最低值“0%”往往不是电池电量真的为0，即SOC值显示为0%时，车辆还可以正常行驶，车速也能够满足试验工况曲线的偏差要求，且能够持续一段时长。所以笔者认为标准将“SOC值最低”作为放电结束的标准是不合理的。

1.2 恒速段CSSM里程预估困难

缩短法测试的相应车速工况曲线如图2所示，主要由2个变速循环试验(DS1,DS2)以及两个恒速段试验(CSSM,CSSE)组成。

图2 缩短法车速工况曲线

CSSM和CSSE对车速的要求相同，对乘用车推荐使用100 km/h车速(商用车推荐70 km/h)，两个阶段仅行驶里程不同。恒速段CSSE的里程没有具体数值要求，但根据标准，该行驶阶段REESS的电能变化量ΔEREESS,CSSE与整个缩短法试验前后REESS总的电能变化量ΔEREESS,STP的比值不能超过10%；若无法满足该要求，则该次试验作废，需要重新进行。

恒速段CSSM的里程dCSSM按照式(1)估算：

dCSSM=BERest-dDS1-dDS2-dCSSE

(1)

式中：BERest为缩短法试验中车辆在底盘测功机上行驶总里程的估计值；dDS1为试验循环段DS1的里程；dDS2为试验循环段DS2的里程；dCSSE为恒速段CSSE的里程。以上数值的单位均为km。

实际测试过程中，恒速段CSSM的里程只能按式(1)进行预估，难以准确预判，易造成试验失败。

1) 准确估计dCSSM是整个试验成败的关键所在，dCSSM预留过短，会剩余过多的电能到CSSE段，使得最后阶段的能量占比超过10%，造成试验失败；若dCSSM预留过长，会造成剩余电能太少，可能少到不足以完成DS2的测试，更无法进入CSSE段，同样造成试验失败。

2) 由于dDS1与dDS2的工况完全一样，所以行驶里程估算时可认为dDS1≈dDS2。但是dCSSE没有给出估计方法，标准中仅强调了这一段行驶的能量变化量在总的能耗中的占比不可超过10%，而距离长短与能量消耗又不是完全的线性关系；同时，BERest本就属于车辆生产企业提供的预估值，要求企业在进行试验之前要反复自行摸底，或至少通过仿真模拟得到该预估里程。大多数企业本身不具备底盘测功机测试系统或仿真模拟技术能力不足，无法提供BERest，进而无法给实际试验过程中CSSM的预估提供依据。

2 基于能量变化的优化试验方法

以上缩短法存在的问题，本质上是基于里程数变化的试验方法引起的。基于此，本文提出基于能量变化值的优化试验方法来解决实际测试中遇到的问题。

2.1 改变放电试验终止条件

根据1.1节所述，整个试验终止的根本判定条件为实际车速是否能够跟上工况要求的车速。因此，本文提出在满电车辆进行首次放电试验时，放电的终止条件不再参照标准原文的“SOC的最低值”，而是直接参照整个试验的终止判定条件，即车辆无法跟上车速的偏差要求时，放电结束。记录该放电阶段的能量变化总量ΔEREESS,STPref，作为后续试验阶段理论计算的参考值之一。

2.2 提出基于能量变化的里程预估方法

相对于标准提出的式(1)，本文提出基于能量变化的预估法，见式(2)：

ΔECSSMref=ΔEREESS,STPref-ΔEDS1ref-ΔEDS2ref-ΔECSSEref

(2)

式中：ΔEREESS,STPref为首次完全放电电量；ΔEDS1ref为前2个CLTC工况电耗预估值之和；ΔEDS2ref为后2个CLTC工况电耗预估值之和；ΔECSSEref为第二恒速段的电耗预估值。以上各参数的单位均为Wh。

本文提出的基于能量变化预估的优化试验方法见表1。通过这样的方法转换，可将原本极不确定的里程估算转变为较为确定的能耗估算，降低失败概率，确保整个缩短法试验一次性顺利完成。

3 实车测试验证

根据上述提出的优化试验方法，依托本单位的测试设备，选取某企业纯电动乘用车为测试对象，在温度条件稳定的实验室内，使用底盘测功机采用迭代法进行滑行阻力拟合，实时记录测功机上的行驶里程，填入表2的里程栏中，将功率分析仪接入整车REESS的总正及总负端，实时动力电池电压、电流及电能消耗量也填入表2，能耗与相应里程的比值作为该阶段的能耗率(ECDC,c)填入，第c个试验循环的权重系数Kc,按照式(3)计算。

(3)

以上所有数据结果一并填入表2中，最终通过计算得出缩短法试验的续驶里程结果BER来验证优化后的试验方法的有效性。测试环境场景如图3所示，实测所得的行驶车速曲线如图4所示，测试结果见表2。

图3 实车测试场景

图4 实测行驶车速曲线

进一步分析可知：

1) 在首次放电环节，车辆SOC值过早显示为0%(即标准所述SOC值的最低点)，此时车辆仍然可稳定跟随100 km/h的车速要求，并未达到标准中的车速偏差判定试验结束条件。

2) 以车速偏差作为唯一判定结束条件时，总放电量为61 851 Wh，与本文优化后的缩短法的放电量61 752 Wh非常接近，进一步说明按照此优化方法进行放电所得到的电量变化值具有实际参考价值。

3) 当样车做完第一个CLTC-P循环后，即刻得到耗电量为2 512 Wh，按照本文提供的CSSM能耗预估策略，假设CSSE段预留电量占比取8%。则ΔECSSMref≥61 851×(1-8%)-2 512×2×(1+93%)=47 206.6 Wh。最终取值47 000 Wh作为CSSM段行驶结束点，实际试验过程中CSSE段耗电量为5 112 Wh，占比计算结果为8.28%，满足≤10%的标准要求，本次试验全程有效。

4) 从各个阶段的能耗率结果看出，CLTC工况行驶阶段的能耗率在160～170 Wh/km左右，且DS2阶段确实低于DS1阶段，而恒速段(CSS)的能耗率均在210 Wh/km以上，证实了高车速的恒速放电确实可以加快车辆放电进程，缩短试验时间；且由于每个阶段能耗率差异较大，无法将行驶里程与电能消耗简单地线性化；同时也证实了标准原文使用里程法进行CSSM段行驶里程的预估缺乏良好的可行性，采用本文提出的基于能量法预估更加有效。

4 结束语

本文分析了国标GB/T 18386.1—2021 《电动汽车能量消耗量和续驶里程试验方法 第1部分：轻型汽车》中缩短法的测试方法在实际试验过程中存在的不合理之处，提出了基于能量变化预估的优化试验方法，在实际测试验证中表现出良好的可行性。该方法有利于车辆设计企业在缺乏摸底测试数据的情况下，顺利开展续驶里程试验，提高了一次性测试的成功概率，可为后续标准的制修订提供参考。