018純電動車環(huán)境溫度變化續(xù)駛里程性能分析汽車等

1、純電動車環(huán)境溫度變化續(xù)駛里程性能分析、（上海汽車集團(tuán)技術(shù)中心，安研路 201 號）摘要：本文揭示了純電動車?yán)m(xù)駛里程隨溫度變化趨勢，從三個方面分析溫度影響整車能耗的表現(xiàn)及，詳細(xì)闡述了不同溫度下的整車內(nèi)阻、空氣阻力和電池充放電能力，并將純電動車與傳統(tǒng)車進(jìn)行對比，從節(jié)省能耗角度出發(fā)，提出提高續(xù)駛里程的。：續(xù)駛里程 純電動車 整車內(nèi)阻 溫度主要：AVL CRUISE1.前言電動汽車以其清潔和可再生能源的優(yōu)勢，并由于傳統(tǒng)汽車的能源和環(huán)境問題的日益突出，使得對于電動汽車的研究，商業(yè)化和處于日漸重要的地位。但由于車載能源（電池）的比能量與石油相比差距很大，使得電動汽車一次充電的續(xù)駛里程較短，而且容易受到環(huán)境

2、溫度的制約，再加上基礎(chǔ)設(shè)施問題，使得電動車的普及很大。當(dāng)前國內(nèi)外對于純電動車?yán)m(xù)駛里程的定義都是基于常溫來確定，在電動車實際普及過程中，絕大多數(shù)客戶都沒有環(huán)境溫度對電動車?yán)m(xù)駛里程的影響是非常大的。對不同溫度下純電動車?yán)m(xù)航能力的表現(xiàn)，目前業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為主要是由動力電池性能衰減造成的，而對其他的影響因素沒有過多的關(guān)注，本文基于公司全新平臺的純電動車性能開發(fā)工作，分析發(fā)現(xiàn)，多種因素直接或者間接影響了純電動車?yán)m(xù)駛里程隨溫度變化的趨勢，在車輛實際開發(fā)過程中，我們通過理論分析和各種試驗驗證并量化了各因素對于純電動車?yán)m(xù)駛里程隨溫度變化的影響，對將來的開發(fā)提供了大量的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗指導(dǎo)。2.整車?yán)m(xù)駛里程關(guān)鍵影響因素分

3、析的分析溫度對于純電動車?yán)m(xù)駛里程的影響，結(jié)合純電動車動力系統(tǒng)特性及傳統(tǒng)車輛燃油經(jīng)濟(jì)性開發(fā)過程中的經(jīng)驗，我們發(fā)現(xiàn)以下因素對純電動車?yán)m(xù)駛里程隨溫度變化的有關(guān)鍵影響：圖1 續(xù)駛里程環(huán)境溫度影響因素純電動車?yán)m(xù)駛里程環(huán)境溫度影響因素定義為兩大類：影響因素和主動影響因素，其中被動影響因素環(huán)境溫度變化下整車動力電池的性能變化，整車內(nèi)阻的變化以及整車空氣阻力的變化；主動影響因素主要是整車電負(fù)荷的變化，在環(huán)境溫度變化下空調(diào)系統(tǒng)的制冷及制暖能量消耗對整車?yán)m(xù)駛里程有著直接的影響，但這一部分影響基于不同的客戶需求它的影響也是不同的。為了客觀的衡量溫度對整車?yán)m(xù)駛里程的影響，本文將著重對2.1 整車動力電池隨溫度變化的影

4、響影響因素進(jìn)行分析。當(dāng)前用作純電動車驅(qū)動的動力電池主要有鉛酸電池和鋰電池，而鋰電池又是當(dāng)今國內(nèi)純電動乘用車的主要動力源。由于化學(xué)反應(yīng)，電池內(nèi)阻會隨著環(huán)境溫度產(chǎn)生相應(yīng)的波動，從而造成電池放電能力的變化，通過大量的動力電池子系統(tǒng)的試驗我們發(fā)現(xiàn)本公司車型動力電池放電性能呈以下曲線波動：圖2 電池放電性能分析2.2 整車內(nèi)阻隨溫度變化的影響整車內(nèi)阻隨溫度變化的影響主要通過整車傳動系以及輪胎來實現(xiàn)，其中整車傳動系又有如驅(qū)動半軸、輪轂軸承在不同溫度下由于潤滑系統(tǒng)特性變化引起阻力的波動；還有制動系統(tǒng)如制動鼓、制動盤及摩擦片之間配合由于溫度變化引起的材料熱脹冷縮而到導(dǎo)致的托滯力矩的波動；最后是輪胎滾動阻力，在

5、不同溫度下，橡膠材料的彈性滯后損失差別較大，不同的輪胎材料配方不一樣，溫度對其性能影響也不一樣， 隨著溫度的降低，輪胎的抗?jié)窕阅芴岣?，附著力變大，滾阻變大。 所有以上因素的以通過整車內(nèi)阻試驗測試（Vehicle Loss Test）來進(jìn)行分析得出，通過整車內(nèi)阻測試（Vehicle Loss Test） 我們發(fā)現(xiàn)，整車內(nèi)阻隨溫度變化也產(chǎn)生了非常大的波動，在 0 度和 25 度下，本公司純電動車內(nèi)阻值達(dá)到了 30%以上的差異。圖3整車高低溫內(nèi)阻表現(xiàn)究其，通過各單項拆解對比測試我們發(fā)現(xiàn)其中的主要阻力源來自輪胎，其貢獻(xiàn)了大約 25%的阻力增加，其余的如傳動軸及軸承阻力貢獻(xiàn)了 2-5%，制動系統(tǒng)貢獻(xiàn)了

6、 1%。2.3 整車空氣阻力隨溫度變化的影響整車空氣阻力隨溫度變化的影響主要是空氣密度的變化和濕度的差異， 阻力越大，濕度越大空氣阻力也越大。來說，溫度越低，空氣圖4 0°C和25°C的滑行曲線對比3. 純電動車不同溫度下續(xù)駛里程計算模型搭建基于前面分析的純電動車不同溫度下續(xù)駛里程的影響因素分析，為了綜合了解這些因素對整車?yán)m(xù)駛里程最終的數(shù)值變化影響，我們搭建了Cruise3.1 模型搭建模型并進(jìn)行了計算。對于續(xù)駛里程的計算我們統(tǒng)一使用 NEDC 工況來進(jìn)行計算，純電動車 Cruise 模型搭建參數(shù)輸入相對傳統(tǒng)車最關(guān)鍵的變化就是動力總成，由發(fā)動子系統(tǒng)模型的策略及參數(shù)輸入：速箱

7、更換成電機(jī)和電池，在搭建過程中關(guān)鍵要考慮各動力電池SOCwindow動力電池不同溫度下的電池充放電曲線不同溫度下的電池充放電內(nèi)阻曲線驅(qū)動功率扭矩特性曲線驅(qū)動系統(tǒng)Cruise續(xù)駛里程計算模型驅(qū)動系統(tǒng)效率特性曲線整車整車不同溫度下滑行曲線整車NEDC工況下低壓電功率消耗Coastdown Regen整車能量回收策略Brake Regen圖5 Cruise 模型參數(shù)輸入N6005004003002001000020406080100Vehicle Speed (Km/h)0度25度圖6 純電動車Cruise模型3.2 計算結(jié)果分析我們分別對于整車在 0 度以及 25 度下的續(xù)駛里程進(jìn)行了計算，結(jié)果顯

8、示在電池最佳工作溫度 25 度下整車NEDC 工況下獲得了 138.5km 的續(xù)駛里程，而在 0 度整車NEDC 續(xù)駛里程迅速衰減至 122.1km。前后對比有 11.8%的變化，其中在前面的分析我們得知動力電池從環(huán)境溫度 25 度降至 0 度，電池放電能力僅僅衰減 2.5%。由此可知，純電動車?yán)m(xù)駛里程隨溫度的變化影響因素中，除動力電池的衰減外，整車阻力空氣阻力及內(nèi)阻也貢獻(xiàn)了相當(dāng)大一部分的影響。圖7 Cruise結(jié)果3.3 續(xù)駛里程實測為了進(jìn)一步論證純電動車隨溫度變化續(xù)駛里程理論分析結(jié)果的可靠性，我們安排了相應(yīng)的試驗進(jìn)行驗證，分別整車在 25 度，0 度和-10 度 NEDC 工況續(xù)駛里程進(jìn)試

9、，表1 NEDC續(xù)駛里程實測值與結(jié)果對比由上表可以看出，實測的結(jié)果與程的影響變化趨勢分析。結(jié)果基本吻合，證實了本文前面所做的溫度對純電動車?yán)m(xù)駛里4. 結(jié)論及建議本文通過大量的理論分析和各項測試發(fā)現(xiàn)純電動車隨溫度變化續(xù)駛里程性能的變化趨勢和影響續(xù)駛里程的各項關(guān)鍵因素。通過我們的研究我們了解到在排除影響因素的前提下，整車的續(xù)駛里程在不同溫度下主要受動力電池放電性能衰減，整車內(nèi)阻增加以及整車外部空氣阻力的變化三大因素影響。通過搭建Cruise 計算的分析。通過以上的分析我們建議在今后的純電動車整車?yán)m(xù)駛里程性能開發(fā)過程中需要影響，從以下三個方面給著手：模型我們得出了不同溫度下的續(xù)駛里程變化特性，并最后試驗測試驗證了我們的考慮溫度的（1）研究更動力電池充放電策略，著重開發(fā)低溫下的放電性能；（2） 整車內(nèi)阻的降低也是化傳動系的阻力；（3） 進(jìn)一步重視整車空氣動力學(xué)的開發(fā)，在整車項目開發(fā)前期即給予造型明確的空氣動力學(xué)性能要求。電動車開發(fā)過程中需要考慮的問題，注重低滾阻輪胎的應(yīng)