NEDC工況下純電動汽車充電和放電特征分析

雷利剛 孫龍 郭成勝 俞瀟 高劍

中國汽車技術研究中心有限公司 天津市 300300

1 引言

純電動汽車正常行駛狀態(tài)下，動力電池主要處于兩種工作狀態(tài)，即放電和充電。當電機驅動車輛行駛，電能轉化成機械能過程中動力電池放電。當車輛減速行駛時，車輪將機械動能傳遞給電機，從而電動機旋轉處于發(fā)電狀態(tài)，并向動力電池內充電，此時動力電池處于充電狀態(tài)。

本文主要選擇了一臺典型常規(guī)電動汽車作為研究對象，在底盤測功機上運行NEDC工況，通過車輛CAN線采集車輛動力電池在試驗過程中的電壓、電流、累計電量數據，分析動力電池的充電和放電特征。

2 試驗設計

2.1 測試方案設計

測試方法依據GB/T 18386-2017 《電動汽車 能量消耗率和續(xù)駛里程 試驗方法》標準設計試驗。車輛由專業(yè)司機駕駛，安裝CAN線數采設備獲取電動車輛電參量數據，底盤測功機上的數采設備可記錄速度。

2.2 測試車輛

選擇了一臺前輪驅動M1類純電動汽車，帶制動能量回收功能，電機類型為交流異步電機，三元聚合物鋰電池，整備質量810kg，最高車速100km/h。

2.3 測試設備及試驗參數設定

2.3.1 測試設備

測試車輛安裝在兩驅底盤測功機上實現車輛道路阻力模擬；車輛CAN總線收集電參量數據。駕駛員使用司機助跟蹤工況曲線。

2.3.2 底盤測功阻力設定

對測試車輛進行滑行試驗，獲取底盤測功機上的加載阻力系數，F0：9.51（N）；F1：1.26428（N/km/h）；F2：0.033844（N/（km/h）2）。

3 測試試驗

底盤測功機以勻速80km/h的速度熱機30分鐘，將車輛安裝至底盤測功機上并進行放電，同時根據道路阻力系數對車輛進行滑行試驗，配置車輛行駛阻力參數。放電結束后對車輛進行初次充電，充電完成后配置數據采集系統，根據標準相應要求車輛在底盤測功機上行駛工況，根據標準要求判定試驗結束。

4 測試結果及分析

4.1 工況運行數據

NEDC循環(huán)由4個基本市區(qū)循環(huán)和1個市郊循環(huán)組成，共計1180s，市區(qū)循環(huán)780s，市郊循環(huán)400s。車輛行駛狀態(tài)分為：停車、加速、減速、等速4種工況。整個試驗總運行時間為296min56s，共計15個修訂NEDC測試循環(huán)。其中，等速運行時間105min28s，加速運行時間85min23s，減速運行時間35min17s。

4.2 工況運行下動力電池放電

NEDC工況循環(huán)下，加速和勻速時，駕駛員踩下油門，動力電池處于放電狀態(tài)，隨車速升高電池放電電流也隨之變大；當車輛勻速行駛時，則電池放電電流穩(wěn)定在一個值。動力電池放電，放電電流都為正值。圖1為車輛工況運行下車速在加速和勻速工況時車速和動力電池電流變化圖。

4.3 工況運行下動力電池充電

車輛減速時，駕駛員松開油門踩下制動踏板，動力電池停止放電，電流為0。當立即踩下制動踏板時，產生反向電流，并隨著制動踏板開度加大電流增大，向動力電池充電。圖2為車輛從100km/h減速到0km/h時車速和電池電流變化圖。

4.4 單個NEDC循環(huán)充、放電特征

車輛運行第一個NEDC工況循環(huán)時，車輛行駛一段距離后并沒有產生負向電流，當工況運行至354s時車輛減速階段，此刻出現負向電流。車輛在行駛的前期并沒有產生負向電流，當動力電池放出電量0.19KWh后，SOC下降1%時動力電池開始回收電能。除首個循環(huán)出現上述情況外，其余循環(huán)下并未出現此現象。車輛電池電量達到一定條件下才會出現充電過程。圖3為車輛運行第一個NEDC工況循環(huán)時電流變化圖。

4.5 續(xù)駛里程測試全過程充、放電量特征

整個測試過程中車輛放電時間占測試總時間61.19%，充電時間占15.08%。車輛行駛在NEDC市區(qū)循環(huán)下，I部一個基本市區(qū)循環(huán)的放電量為0.1KWh，II部一個市郊循環(huán)放電量為0.8 KWh，市郊循環(huán)是4個基本市區(qū)循環(huán)放電量總和的2倍，總放電量為1.2 KWh。一個市區(qū)循環(huán)回收電量基本為0.082KWh，一個市郊循環(huán)回收電量基本為0.03 KWh，市郊循環(huán)回收電量是4個市區(qū)循環(huán)總和的2.6倍，總回收電量0.11 KWh。運行第15個NEDC循環(huán)時，由于動力電池放電深入車輛表現動力不足，無法滿足工況曲線要求，根據標準結束判定試驗停止。第一個循環(huán)回收功能未激活，回收電量僅為0.04 KWh，其它循環(huán)回收電量在0.09-0.12（KWh）范圍之間。

圖1 工況運行下動力電池放電狀態(tài)

圖2 工況運行下動力電池充電狀態(tài)

圖3 首個NEDC循環(huán)下電流變化圖

4.6 工況子循環(huán)充、放電量

試驗過程中車輛總放電量為1 8.8 4 KWh，其中市區(qū)循環(huán)放電量為6.45 KWh，市郊循環(huán)放電量為12.38 KWh。各循環(huán)放電量在0.83-1.31（KWh）范圍之間，其中各循環(huán)中市區(qū)循環(huán)放電量在0.42-0.45（KWh）范圍之間，平均放電量為0.43 KWh。市郊循環(huán)放電量在0.41-0.88（KWh）之間，由于第15個循環(huán)為結束循環(huán)，且結束點在該循環(huán)市郊高速階段，其放電較少為0.41KWh，第1-14個市郊循環(huán)平均放電量0.85KWh。

車輛試驗中總回收電量為2.43KWh，運行在市區(qū)循環(huán)下回收電量為1.94KWh，運行在市郊循環(huán)下回收電量為0.49KWh。其中每循工況環(huán)中市區(qū)循環(huán)總回收電量為1.04KWh，回收電量范圍在0.01-0.088（KWh）之間，除第1個NEDC循環(huán)外，各工況循環(huán)市區(qū)平均回收電量0.073 KWh。

5 結語

（1）加速和等速運行時，車輛放電，電流為正值。減速運行時制動能量回收功能工作，車輛充電，電流為負值。

（2）車輛加速時加速度越大，油門開度越大，電池放電電流越大；等速運行時放電電流保持穩(wěn)定；減速行駛時，制動踏板開度越大，回收電流越大。

（3）NEDC工況下，市區(qū)循環(huán)放電量占總放電量的34.24%，市郊循環(huán)占總放電量的65.76%，市區(qū)循環(huán)充電量占總回收電量的79.75%，市郊循環(huán)為20.25%。

（4）車輛開始運行第一個NEDC循環(huán)前端部分時，由于動力電池處于飽滿狀態(tài)，制動能量回收功能不發(fā)揮作用，踩制動減速時沒有相應的負向電量產生。