新能源車測試

【專家視角】電動汽車續駛里程和整車能量流電能測試

中國新能源汽車評價規程 2021-06-28 09:23

2020年12月23日，中國汽研成功舉辦《2020第三屆新能源汽車測試評價技術國際論壇》。中國汽研將持續為大家推送精彩演講實錄，本文為江淮汽車技術中心整車臺架試驗部技術總監葛勝迅帶來的《電動汽車續駛里程和整車能量流電能測試》。

01背景

電動汽車用戶常常抱怨實際續駛里程與公告差異較大，其中一個很重要的原因就是公告申報試驗工況與用戶實際使用工況不相同，公告試驗工況為常溫60km/h和NEDC，而客戶實際使用工況包括低溫采暖、高溫制冷、爬坡、高速等。經分析梳理出了常用工況32個，如果對識別出的32個工況都進行實測，耗時約32天，對現有資源是極大的挑戰。因此為了測試多種工況下的續駛里程，除開展傳統實測外，提出試驗校核和逆向建模仿真兩種測試方法。

02試驗方案及實施

2.1 主體方案

選定某臺電動車開展續駛里程測試研究工作，在開展傳統的續駛里程測試過程中，使用了相應的傳感器和設備來測試行駛過程中用電器的電流、電池電流電壓等，同時同步測試電流、電壓、壓縮機功率、PTC功率、溫度等，再將測試數據應用于校核和逆向仿真中。將三種測試方法進行對比，其中實測工況開展了5項，校核工況開展了20項（高溫、常溫及低溫），仿真工況31項。

2.2 實測

實測續駛里程方法，就是控制汽車空調溫度和模式，設置車速、坡道工況曲線，加載轉轂道路行駛阻力，測試電池電量從100%-0%的續駛里程。實測了5個工況，比如在常溫NEDC工況下，續駛里程為139km；而在極端高溫爬坡工況（60km/h、5%）下，續駛里程只有56km，僅為NEDC工況里程的36%。

2.3 校核

校核的試驗方法是測試行駛1km的耗電量，再結合實測動力電池的總放電量，校核出總里程。通過實測和校核兩種試驗方法的結果對比發現，續駛里程非常接近，平均偏差0.6%。在做校核時也分析了隨機誤差，以等速行駛為例，第1km與第2km的平均耗電量偏差≤0.5%。在研究隨機誤差的同時也分析了系統誤差，以高速和爬坡為例，隨著SOC變化，1km耗電量偏差≤0.5%，因此SOC系統誤差可以忽略。校核試驗滿足精度要求，可以替代實測。

2.4 逆向建模

逆向建模仿真，在整車狀態下，實測制動能量回收效率，不同工況下總放電量，不同用電器（PTC、壓縮機等）功率，得出不同溫度下滑行阻力等，將實測結果代入能量模型，得出續駛里程，其中最關鍵的是準確測試能量模型中的參數。能量模型算法是通過仿真工況得出K時扭矩及轉速，通過用電器、電機及動力學模型得出此時的耗電量，由動力電池及能量回收模型得出總的放電量，通過迭代計算，仿真出該工況續駛里程。通過對比，逆向建模仿真結果與實測結果平均偏差1.1%，與校核結果平均偏差1.4%，精度較高。

03逆向建模試驗

3.1 技術方案

為了逆向建模，需要實測制動能量回收效率、不同工況下動力電池放電量、不同溫度下滑行阻力以及不同用電器功率。制動能量回收效率測試，需要得到回收的電能和損失的機械能，制定相應的工況，如滑行、制動、NEDC工況等，實現制動能量回收在整車狀態下的效率map圖，輸入到仿真軟件；動力電池總放電量測試，實測在不同工況、環境溫度下，動力電池總放電量是否一致，有無變化趨勢；實測不同溫度下行駛阻力；針對壓縮機、冷凝器風扇、鼓風機、基礎用電器功率測試，測試不同工況下動力電池電流電壓數據和壓縮機功率數據。

3.2 制動能量回收效率

建立制動能量回收map之后，列出NEDC工況4個主要減速工況，分析對應的整體循環制動能量回收效率，得出4個工況的平均效率是44.6%，該樣車常溫NEDC工況制動能量回收對續駛里程的貢獻度為6.1%。

3.3 動力電池放電量

動力電池放電量，針對5個實測工況統計了實際放電量，發現動力電池在不同工況下放電量平均為20.64kWh，統計精度為1%（放電量和工況影響不大）。

3.4 滑行阻力

不同環境溫度下車輛滑行阻力是不同的，從數據上看，溫度越低，阻力越大，-15℃行駛阻力比常溫下平均大19.7%，因為在低溫環境下，整體的空氣密度會增大，風阻會變大，同樣，低溫下，輪胎的輪阻也會變大，都會影響續駛里程，當然低溫下的采暖對續駛里程的影響將會更大。

3.5 用電器功率

通過測量得到車輛基礎負載36W、PTC功率2.79kW、壓縮機功率1.67kW、空調鼓風機功率275W、冷凝器風扇功率185W，這也是很多企業要加大對空調節能技術的研究的原因。

3.6 逆向校核軟件

逆向校核軟件是續駛里程專業軟件，可進行數據處理、分析、生成報告，及續駛里程校核等功能。將相關參數輸入到逆向仿真軟件，比如動力電池參數、電機的參數等。

制定的31個工況續駛里程仿真結果：

18個校核試驗工況只需3天即可完成，較實測18天節約用時83.3%。常溫下實際放電量20.64kW?h，臺架試驗結果為19kW?h，比例系數為1.086 。

04電能模塊試驗

重點介紹整車能量流建模中電動模塊的試驗方法，能量流建模電動模塊最重要的有3點：發電機、蓄電池、用電器。

4.1發電機效率

試驗時可以使用全油門和停噴兩種試驗方法來保持發動機輸出轉速和扭矩不變，改變用電器負載(20種狀態)，同步測試輪邊功率和發電機電能功率（電流電壓），二者增量之比即為發電機效率。兩種方法都能得到相應的整車發電機效率map圖，如圖，map測試中，B車發電機平均效率為76.76%（臺架試驗結果為76.46%，60A以下），優于A車的67.25%；NEDC工況中，B車發電機效率為76.41%，優于A車的52.80%。

4.2 電器功耗

發電機和蓄電池兩種供電模式，直接或間接測試用電器電壓及電流，利用歐姆定律換算成電阻。直接法測試精度優于間接法。選擇了兩種典型工況進行對比，模擬夏天雨天悶熱的夜晚以及夏天一般情況的夜晚，兩種工況下得出用電器電耗以及對應電阻，單個用電器疊加計算出的典型工況與實測值基本相同，試驗方法有效。A車用電器功耗、基礎電耗比B車大，典型工況下相當。

4.3 充放電效率

在整車上首次通過測量充電、放電過程中蓄電池的端電壓和電流得到充電電量和放電電量，二者之比可得蓄電池充放電效率。同時開展蓄電池臺架充放電試驗，驗證整車充放電試驗的準確性。通過對比，A車蓄電池充放電效率為84.37%，差于B車的87.14%；整車試驗結果與臺架試驗結果最大偏差＜3%，整車上開展蓄電池充放電試驗方法可行。

4.4 蓄電池內阻

通過深度充放電試驗，首次在整車上測得蓄電池內阻與SOC關系，發現 B車蓄電池充放電內阻均小于A車。

4.5 能量流軟件

能量流軟件可進行數據處理、分析、生成報告及輸出能量分布圖等功能，了解全工況或工況中任意時刻的能量分布。將整車上建立的各系統模型代入能量流軟件，選定NEDC冷機工況，處理得出1180s內發電機和蓄電池瞬態電流，并與實測值進行比對，發現發電機瞬態電流平均偏差為8.6%，蓄電池瞬態電流平均偏差為7.6%。NEDC冷機工況能量分布圖。