纯电动汽车续航提升方案探究

韦慧红　肖国钰

摘 要：纯电动汽车续航里程是衡量纯电动汽车续航能力的重要指标，也是消费者在购买纯电动汽车时最关心的问题之一。在纯电动汽车出现之前，汽车的续航里程主要由燃油的储存和使用来决定。然而，纯电动汽车没有燃油，而是依靠电池来储存能量，因此续航里程成为了纯电动汽车的最大挑战。虽然随着技术的不断进步，纯电动汽车的续航里程也在逐步提高，但是相对于传统燃油汽车，纯电动汽车的续航里程仍然存在着较大的局限性，因此，本文探讨了纯电动汽车续航提升方案，并对措施进行了验证，以解决纯电动汽车开发中续航问题。

关键词：纯电动汽车 续航里程 能耗

1 引言

随着纯电动汽车在汽车市场的占有率不断提高，消费者对纯电动汽车的要求也不断提高，目前在抱怨最前位的就是纯电动车的续航焦虑，于是续航里程也逐渐成为各车型核心竞争力。新上市的纯电动汽车在里程上面一再提升，一次充电可以行驶从200公里不断提升到600、700公里，低能耗技术已成为纯电动汽车成本控制的最关键因素之一，各新能源车企纷纷以低能耗、长续航作为市场赢点，重点打造、重点宣传。本文就纯电动汽车续航提升展开研究，探索能够提升续航的应用方案。

2 纯电续航里程影响因素

纯电动汽车续航里程是指一辆纯电动汽车在单次充电后能够行驶的最远距离，而纯电动汽车的能耗决定了续航里程，所以挖掘影响续航里程的因素，能耗是根本。

一般来说，纯电动汽车的能量消耗量是指新能源汽车在行驶过程中消耗的能量，通常用单位时间内消耗的能量来表示。能量消耗量的计算公式为：

E=P*t

其中，E表示能量消耗量，單位为千瓦时（kWh），P表示纯电动汽车的功率，单位为千瓦（kW）：t表示行驶时间，单位为小时（h）。

从公式上看，纯电动汽车的功率是主要的影响因素，而纯电动汽车的功率包含各个用电器模块的功率消耗，而电机驱动车轮行驶的功率又是主要的能量消耗来源。纯电动汽车在行驶中，是通过电机驱动克服轮胎与路面接触面上的牵引力来使车辆向前运动，该作用力由驱动系统的扭矩产生，并通过传动系统传递，最终带动驱动轮，所以驱动系统里面的传递效率是能耗影响的关键。同时车辆运动还会受到阻碍其运动的阻力，一般包括空气阻力、轮胎滚阻阻力、坡道阻力、加速阻力等，这些同样是影响能耗的一系列因素，且占比显著。

依据以上理论，通过试验样车读取各用电器的能量消耗情况，可绘制基本整车能量消耗分布如下图1。

从图1可见，具体能量消耗在如下方面：

（1）汽车行驶的时候，汽车动力系统提供的能量，主要消耗在：一是能量转化为机械能的过程中产生的效率损耗。二是对于电机而言，消耗在电池放电效率以及逆变器效率，还有电机效率上，因此，可以通过扩大电机的高效区，或是选择合适的传动比，进行汽车动力传动系统合理匹配，提高汽车电机的效率。

（2）汽车传动机构的内部摩擦损耗。汽车内燃机和汽车发动机提供的能量，一定程度上消耗在各齿轮传动轴等的内部摩擦上。电动汽车和传统内燃机汽车相比，因为电动汽车的传动装置结构更简易，所以这部分损失小于内燃机汽车。

（3）克服道路阻力以及空气阻力消耗。在平整程度较好的道路上用匀速行驶汽车的时候，汽车对外界的能量消耗全在克服道路阻力以及空气阻力上。随着车速飙升，两种阻力都升高了，而且空气阻力所占比例随着车速加快而变大。

（4）汽车加速以及爬坡的过程中，转化为动能或是势能所消耗。汽车所获得的动能在汽车减速以及制动过程中被消耗。

（5）汽车内部电器和空调等消耗，空调运行会快速消耗电池电量。空调功能除了乘员舱的制冷制热消耗，还要兼顾电池冷却的消耗，因此能耗占比也有一定比例。

（6）从汽车放电量的绝对值来看，汽车放电功率越小，实际放电容量越大。因为汽车放电电流越大，汽车电池以及电机，还有逆变器的发热都将增加，汽车放电功率和汽车行驶速度相关。

电池是能量的提供端，其他各个系统及部件是能量的消耗端。能量是守恒的，供能能量和耗能能量是相等的。因此，挖掘续航提升方案，一方面从电池放电效率，提高供能效率；一方面降低能量消耗端各个部件所使用的能量，从而降低单位里程电池所需能量，以达到提升续航的目的。

根据以上能量消耗分布，通过模型仿真计算调整各参数，可得出对应节能方案，汇总如下表1。

表1是根据纯电动汽车能耗提出的对应节能方案，在实际应用中，需要考虑多个因素的影响，根据具体车型情况进行调整和优化，以提高纯电动汽车的能源利用率和经济性。

3 纯电续航提升方案验证

在验证方案阶段，从列表的续航提升方案中，提取了适合样车车型的部分可应用方案，实施在试验样车上，通过试验样车验证续航提升方案的有效性。本次试验样车主要采用了电机提效和整车降阻方案，具体如下：

（1）本次试验样车采用了扁线电机，提高电机效率。扁线电机的优势在于电机体积更紧凑、更节约材料、功率更强劲，在整车表现上，扁线电机能提供更优越的加速性能，并且噪音更小，大幅提升了整车性能。相比起传统的圆线电机，扁线电机能降低8%-12%的有效材料成本，同时效率提升给整车性能、电耗等方面带来贡献。如下图2从整体趋势看扁线电机在低速低扭矩区域优势明显，整体效率较优。

（2）本次试验样车还采用了整车阻力降低的一系列措施，如低拖滞力卡钳降低制动系统阻力，使用低滚阻轮胎降低了轮胎与路面的阻力，低粘度油品的使用降低零件摩擦内阻，轻量化技术降低整车重量直接降低载荷，低风阻技术对阻力的贡献也很显著。

实施降阻措施，依据国标CLTC工况标准，进行工况验证。试验样车道路阻力滑行发现，以上续航提升方案实施后，整车阻力下降约19N。

本次试验样车，使用以上道路阻力，输入台架，进行CLTC工况续航验证，整车续航从原始状态505km，经过各个方案的验证叠加，累计提升续航51km，达到556km，总体续航提升约10%。各个方案贡献量具体如下表2。

综上，可见纯电动汽车续航可提升的空间还有很多，各提升方案均有贡献，以电机效率的贡献尤为明显。电机是纯电动汽车唯一的动力源，也是消耗能量最大的用电器，随着电机技术得到快速改进，能在续航上做出更多的贡献。扁线电机之所以会成为未来趋势，是由新能源汽车电驱系统发展决定的，小型化、集成化、高功率密度等特点都是新能源汽车电驱系统的演进方向。

整车开发是一个系统工程，整车能耗可能跟很多其他性能是相斥的，需要优化和取舍，例如风阻系数和迎风面积与造型和乘坐空间的取舍，多电机功率分配策略和驾驶性的取舍等等，因此，整车开发在明确车辆的受众群体和车辆的风格，在各续航提升方案中匹配出最适合车型的方案才是最重要的工作。

4 结语

本文探讨了纯电动汽车续航影响因素，根据影响因素，分析了续航提升方案，经过实车道路阻力验证，以及台架CLTC工况续航验证，各续航提升方案有不同程度的贡献，可作为后续纯电动汽车开发作为技术参考。

参考文献：

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