新能源电动汽车公告参数分析
2023-07-13闫强范敏钧王迎春张蝶李彦荣
闫强 范敏钧 王迎春 张蝶 李彦荣
摘 要：对公告中纯电动乘用车车型的百公里能耗进行了统计分析，获得了百公里能耗的分布特征，以及不同整备质量区间中百公里能耗的最大、最小值以及均值等特征参数。对公告中纯电动乘用车的电机参数与整备质量的关系进行分析，分析纯电动乘用车电机参数与百公里加速时间的关系，拟合出电机比功率与百公里加速时间的关系，为纯电动乘用车主要动力经济性能指标的确定提供数据支持设计，对国内外电机参数进行了比较。
关键词：电动汽车 能耗 电机 百公里加速时间
1 引言
2022年我国新能源乘用车累计销量达到680万辆；其中，纯电动车全年累计销量536.5辆，占新能源车总量的81%，因此，可以说纯电动乘用车已呈爆发式增长，出现这种现象的重要原因是2017年补贴政策重新调整和双积分政策颁布后，各大车企在新能源汽车领域加大布局，以及国家和地方出台了一系列推广纯电动乘用车的财政补助政策，推动国内市场开始进入到新能源市场高速增长期。
中国工信部发布的《新能源汽车推广应用推荐目录》和《免征车輛购置税的新能源车型目录》中纯电动乘用车车型数量、生产企业及车的尺寸、纯电动续驶里程、整备质量、最高车速、蓄电池能量密度、蓄电池的重量、蓄电池的电量、百公里能耗和电机参数等技术指标的现状，本研究对已公布的《新能源汽车推广应用推荐目录》中的纯电动乘用车的主要技术参数进行了统计分析，旨在获得中国纯电动乘用车纯电动续驶里程、整备质量、最高车速、蓄电池能量密度、百公里能耗和电机参数之间的分布情况及技术指标之间的相互关联性等，为纯电动乘用车主要动力经济性能指标先进性的确定提供数据支持设计，为新车型关键设计参数的确定、旧车型的改进等提供理论依据。
2 公告中纯电动乘用车性能指标分析
百公里能耗一直是汽车制造商、研发人员、消费者和政府管理部门等关注的汽车关键技术指标之，而有限的续航里程是当前纯电动汽车的主要发展瓶颈，这两大问题导致了人们对纯电动汽车的使用焦虑，而这两者又是具有紧密的联系。
本文对《新能源汽车推广应用推荐目录》2021 -2022年7月至12月共计10批车型（除8月份）进行统计分析（续航超过300km车型）。
图1为《新能源汽车推广应用推荐目录》中纯电动乘用车车型的百公里能耗E统计结果。统计时，首先根据E的范围确定百公里能耗区间间隔为2kWh/100km。然后按照E ≤10、10 表1列出了10批《新能源汽车推广应用推荐目录》中个纯电动乘用车车型百公里能耗（kWh/100 km）的统计结果，表中Emax、Emin、Ea和Emax/Emin依次表示百公里能耗的最大值、最小值、平均值和最大值与最小值的比值。Ea 和Emax/Emin越小，表明该区间内车型的能耗越低，并且变化范围小。表2中整备质量区间采用了《新建纯电动乘用车企业管理规定》中的划分方法[1]，所以整备质量区间为非等分区间，全部纯电动乘用车车型共分为10个不同整备质量区间。由于m≤750kg的三个区间内的车型样本数量仅为1.所以表中仅列出了其平均值，分析时也仅作为参考，不与其它区间的数值进行比较。由表2中可知，纯电动乘用车车型的Emax/Emin、Emax/Ea和Emin/Ea依次为3.2、2.0和0.64，这说明百公里能耗的分布范围很宽，这主要是因为所有车型的整备质量相差过大所致。在m ≤2200kg的10个整备质量区间中Emax/Emin的均值为3.2；Emax/Emin的最大值和最小值分别2.0和1.2，其所在区间依次为750kg 根据2021年和2022年科技部、工业和信息化部和发展改革委发布的《新能源汽车推广补贴方案及产品技术要求》中的方法，新补贴方案对于旧补贴方案有了较大变化，不再根据百公里能耗进行补贴，而是根据纯电动续航里程进行补贴。根据《新能源汽车推广补贴方案及产品技术要求》的规定，当某一辆纯电动乘用车NEDC工况下的纯电动续驶里程达到表格3规定的补贴标准时，该车将会得到政府的补贴，反之将不会得到政府的补贴。通过对这10批申报数据进行分析，可以得到全部车型中可以政府补贴车型的百分比为69%。 3 公告中纯电动乘用车性能指标关联性分析 《新能源汽车推广应用推荐目录》中整备质量m和百公里能耗E之间的关系如图2所示：直线方程式为基于最小二乘法的拟合方程，R代表相关系数。 从图2可以看出，m与E 之间的相关系数为0.77，说明百公里能耗与整备质量存在较强的相关性。随着市场化推动技术提升，在2021-2022年，电动汽车的电池能量密度Eb由153（Wh/kg）提升到156（Wh/kg），从图3可以看出电池能量密度在Eb≥160这个区间2021年和2022年分别占比51.3%和52.3%，并且有一定的缓慢提升。这说明纯电动汽车的续航已经由几年前由低电池能量密度的电池堆叠提升到利用高能量密度的电池来增加续航。同时，电池能量密度Ebmax/Ebmin由1.6增加到2.1，部分车型的Emb已处于世界先进水平，但很多车型Emb 仍有较大的提升空间。 4 公告中纯电动乘用车电机性能指标分析 4.1 纯电动乘用车电机性能与整备质量的关系 电机作为电动汽车动力的来源，其参数的正确选择和合理匹配直接影响着电动汽车的动力性能和经济性能。电机参数的选择要综合考虑多方面的因素，比如峰值功率，除了根据动力性所要求的最大功率外，还应考虑最大扭矩的影响[2]。电机选择不合理，会导致整车的动力性不足或动力性过剩。 目前，很多汽车公司电动总成平台化，就会出现纯电动乘用车不同整备质量使用同一电动总成平台，可能会导致车型动力性不足或过剩。从整车动力性能要求出发，通过整理分析《新能源汽车推广应用推荐目录》，得到行业的电机发展水平，充分分析百公里加速时间与电机参数之间的相互关系，通过实车试验证明电动汽车电机选择的合理性，为新能源车型合理选择电机提供理论依据。 图4是行业主要汽车厂新能源车型整备质量与电机比功率的關系，电机比功率与车辆的百公里加速时间有很大的关系，从图中可以看出特斯拉电机比扭矩高于国内行业车型的比扭矩，国外车型的电机比扭矩也是高于国内车型电机的比扭矩，2022年行业车型比扭矩较2021年有较小的提升。 图5是行业主要汽车厂新能源车型整备质量与电机比扭矩的关系，电机比功率与车辆的百公里加速时间有很大的关系，从图5可以看出公司电机比扭矩高于行业车型的比扭矩，国外车型的电机比扭矩高于国内车型电机的比扭矩，2022年行业车型比扭矩2021年有较小的提升。 4.2 新能源车加速时间与电机参数的关系 《新能源汽车推广应用推荐目录》中电机参数包括电机修值功率、峰值扭矩、最高转速，电机峰值功率的选择取决于整车在加速工况和爬坡工况下的工作性能。电机峰值功率、峰值扭矩越大，汽车的动力性能越好，但由此会带来成本的增加[3-4]。因此，电机参数的选择需要综合考虑，合理选择。 图6、图7是电机参数与百公里加速时间的关系，从图中可以看出，国外车型的平均百公里时间小于国内车型的平均百公里加速时间，其中大部分车企是集中在8-10s这个区间，而国外车企主要集中在4-6s这个区间。原因是百公里加速时间主要是与电机的峰值功率和电机峰值扭矩有关[5]。国外车企的电机峰值功率和峰值扭矩大部分都高于国内车企，所以国外平均百公里加速时间小于国内的平均百公里加速时间。而且可以通过图6、图7中可以看出，电动汽车百公里加速时间随着电机比功率、比扭矩的增大而减少。在使用相同电机的情况下，质量越小，百公里加速时间自然就越小。考虑电机峰值比功率和电机峰值比扭矩可以忽略掉重量的影响，可以更直接比较国内外车企的电机性能。从图6可以看出通过比功率和百公里加速时间拟合的关系中发现，在相同的比扭矩下，国内车企的平均百公里加速时间大于国外的平均百公里加速时间；从图7可以看出通过比功率和百公里加速时间拟合的关系中发现，在相同的比功率下，国内车企的平均百公里加速时间大于国外的平均百公里加速时间。因此可以得出，国外车企的电机动力性能是相对优于国内电机动力性能。 5 结语 本文分析了《新能源汽车推广应用推荐目录》中纯电动乘用车车型的主要技术指标，得到了以下主要结论。 （1）在《新能源汽车推广应用推荐目录》中百公里能耗区间12 （2）《车型推荐目录》中纯电动乘用车能耗指标的统计结果表明，m<2200kg的10个整备质量区间中Emax/Emin的均值为3.2；Emax/Emin的最大值和最小值分别2.0和1.2，其所在区间依次为750kg （3）全部车型中可得到政府补贴车型的百分比为 69%，其中在区间m>1400kg，可得到政府补贴的车型百分比最高，达到73%。 （4）国外车型的平均百公里时间小于国内车型的平均百公里加速时间，其中大部分车企是集中在8-10s这个区间，而国外车企主要集中在4-6s这个区间。 （5）电动汽车百公里加速时间随着电机比功率、比扭矩的增大而减少。 （6）国外车企的电机动力性能是相对优于国内电机动力性能。 参考文献： [1]李兴虎.纯电动乘用车能耗指标先进性判定方法研究[J].汽车工程学报，2017，7（04）：280-287. [2]何洪文，余晓江，孙逢春，张承宁.电动汽车电机驱动系统动力特性分析[J].中国电机工程学报，2006（06）：136-140. [3]张琦.电动汽车电机传动系统参数匹配与优化[J].微电机，2015，48（01）：20-23. [4]姬芬竹，高峰.电动汽车驱动电机和传动系统的参数匹配[J].华南理工大学学报（自然科学版），2006（04）：33-37. [5]杨祖元，秦大同，孙冬野.电动汽车动力传动系统参数设计及动力性仿真[J].重庆大学学报（自然科学版），2002（06）：19-22.
