電動車續(xù)駛里程及能量消耗率新試驗方法分析

于洋 王洪巖 張相杰 呂巖

（中國汽車技術(shù)研究中心）

電動汽車自誕生以來，在近十幾年的普及發(fā)展過程中，一直受到里程問題的影響，所以電動汽車經(jīng)濟性的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)歷來受到業(yè)內(nèi)的格外重視。我國又是電動汽車普及發(fā)展的大國，所以我國電動汽車續(xù)駛里程和能量消耗率的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂對于考核本國電動汽車的經(jīng)濟性，引領(lǐng)本國電動汽車節(jié)能技術(shù)的提升具有重要意義。對于電動汽車續(xù)駛里程和能量消耗率的新國標(biāo)分析，及新舊國標(biāo)的測試方法的對比，能為企業(yè)研發(fā)人員的標(biāo)準(zhǔn)跟蹤及法規(guī)認證人員開展相關(guān)電動汽車經(jīng)濟性分析研究工作提供技術(shù)幫助。

1 標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)制定背景

GB/T 18386—2005《電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗方法》[1]于2006年2月1日實施后沿用至今，成為近些年考核電動汽車經(jīng)濟性最重要的標(biāo)準(zhǔn)。電動汽車技術(shù)的進步對汽車經(jīng)濟性和續(xù)駛里程的測試方法提出了新的要求。對電動汽車經(jīng)濟性評測方法相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的修訂計劃于2015年8月正式下達，經(jīng)過相關(guān)整車企業(yè)、檢測機構(gòu)及行業(yè)內(nèi)相關(guān)專家的多輪討論，最后形成并制定了新的電動汽車經(jīng)濟性測試標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 18386—2017《電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗方法》，該標(biāo)準(zhǔn)于2017年10月14日發(fā)布，已于2018年5月1日正式實施。針對該標(biāo)準(zhǔn)的試驗方法，正在配套制定1個電動汽車能量消耗率限值的國標(biāo)，該標(biāo)準(zhǔn)對汽車的100 km能量消耗率限值提出了具體要求。由此可見，我國政府通過標(biāo)準(zhǔn)的制定對電動汽車的能耗提出了更高的要求，所以進一步提高汽車能量利用率，升級汽車的節(jié)能效果勢在必行。

2 新舊標(biāo)準(zhǔn)對比分析

新標(biāo)準(zhǔn)主要是在老版GB/T 18386—2005中的汽車的加載質(zhì)量與滑行阻力試驗質(zhì)量不一致、等速法續(xù)駛里程試驗條件不可控、重型汽車沒有指定的工況法續(xù)駛里程等方面進行了修訂。新版18386標(biāo)準(zhǔn)《電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗方法》[2]主要的修訂內(nèi)容如下。

1）試驗質(zhì)量。a.等速法：如果最大允許裝載質(zhì)量小于或等于180 kg，該質(zhì)量為最大允許裝載質(zhì)量；如果最大允許裝載質(zhì)量大于180 kg，但小于360 kg，該質(zhì)量為180 kg；如果最大允許裝載質(zhì)量大于360 kg，該質(zhì)量為最大允許裝載質(zhì)量的一半。等速法試驗備注僅因政策或其他標(biāo)準(zhǔn)的引用而保留，因此，等速法試驗質(zhì)量與GB/T18386—2005 保持一致。b.工況法：對于 M1、N1、最大設(shè)計總質(zhì)量不超過3 500 kg的M2類汽車，該質(zhì)量為100 kg；對于城市客車，進行城市典型公交循環(huán)時，該質(zhì)量為最大設(shè)計裝載質(zhì)量的65%，進行C-WTVC循環(huán)時，該質(zhì)量為最大裝載質(zhì)量；對于其他汽車，該質(zhì)量為最大裝載質(zhì)量。

2）試驗條件。在20～30℃室溫下進行室內(nèi)試驗。

3）曲線公差。增加適用于重型車工況法的曲線公差要求。

4）結(jié)束試驗循環(huán)的標(biāo)準(zhǔn)。進行規(guī)定的NEDC工況試驗循環(huán)時，對最高車速≥120 km/h的試驗汽車，不能滿足4.4.2所規(guī)定的公差要求時，應(yīng)停止試驗；對最高車速＜120 km/h的試驗汽車，在工況目標(biāo)車速大于車型申報最高車速時，目標(biāo)工況相應(yīng)速度基準(zhǔn)曲線調(diào)整為汽車申報最高車速，此時要求駕駛員將加速踏板踩到底，允許汽車實際車速超過4.4.2所規(guī)定的公差上限，當(dāng)不能滿足4.4.2所規(guī)定的公差下限時應(yīng)停止試驗；在工況目標(biāo)車速小于等于車型申報最高車速時，不能滿足4.4.2所規(guī)定的公差要求，應(yīng)停止試驗。更新增加中國典型城市公交循環(huán)工況和C-WTVC工況試驗循環(huán)的結(jié)束試驗循環(huán)標(biāo)準(zhǔn)。

5）充放電及試驗環(huán)境。增加充電后、試驗前的汽車放置環(huán)境：“在此期間，確保汽車在20～30℃的溫度條件下放置”。

6）汽車道路負荷設(shè)定。增加適用于重型商用汽車行駛阻力系數(shù)的推薦方案。

7）試驗工況。對于M1、N1、最大設(shè)計總質(zhì)量不超過3 500 kg的M2類試驗汽車，在底盤測功機上采用NEDC循環(huán)進行試驗；對于城市客車，在底盤測功機上采用GB/T 19754—2015中規(guī)定的中國典型城市公交循環(huán)或GB/T 27840—2011中附錄C規(guī)定的C-WTVC循環(huán)工況進行試驗；對于其他汽車，在底盤測功機上采用GB/T 27840—2011中附錄C規(guī)定的C-WTVC循環(huán)工況進行試驗。

8）試驗期間停車規(guī)定。除非有其他的規(guī)定，每6個工況試驗循環(huán)，允許停車（10±1）min。停車期間，汽車啟動開關(guān)必須處于“off”狀態(tài)，關(guān)閉發(fā)動機蓋及試驗臺風(fēng)扇，釋放制動踏板，不能使用外接電源充電。

9）重型車移動問題。參考GB/T19754—2015，增加“重型車當(dāng)汽車充電位置與底盤測功機不在一起的情況，需要使用自身動力在兩者之間移動”的移動規(guī)定。

10）續(xù)駛里程和能量消耗率的計算。a.M1、N1、最大設(shè)計總質(zhì)量不超過3 500 kg的M2類車的工況法：對于測得的車輛續(xù)駛里程和能量消耗率，根據(jù)車輛的最高車速的不同，以10 km/h為間隔區(qū)間增加相應(yīng)的里程折算系數(shù)（在限值標(biāo)準(zhǔn)中體現(xiàn)）。b.M1、N1、最大設(shè)計總質(zhì)量不超過3 500 kg的M2類車以外的工況法：對于城市客車，在底盤測功機上采用中國典型城市公交循環(huán)或C-WTVC循環(huán)進行試驗，移動和試驗過程，要求實時測量并記錄電池端的電壓和電流值，并依據(jù)試驗期間的放電量比例計算能量消耗率，進而計算等效續(xù)駛里程；對于其他車輛，在底盤測功機上采用C-WTVC循環(huán)工況，考慮不同車型的特征里程分配比例，在能量消耗率（C）的計算公式中加入了里程分配比例（K），其他計算思路與中國典型城市公交循環(huán)工況的計算相同。

11）擋位建議。如果廠家推薦的汽車駕駛模式能夠與工況參考曲線相配合，則使用廠家的推薦模式；如果廠家的推薦模式不能滿足工況參考曲線要求，則選擇最高車速相應(yīng)的模式。

以上11點是GB/T18386—2017《電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗方法》主要的修訂內(nèi)容，除了一些具體的試驗方法和試驗條件的修訂外，最主要的是引入了中國典型城市公交循環(huán)工況和C-WTVC工況，考察商用車對應(yīng)工況的續(xù)駛里程和能量消耗率，這必將給這幾類汽車的能量利用率和節(jié)能技術(shù)提出更高的要求，這一部分也很可能將作為這幾類汽車申請國家新能源補貼要考察的主要技術(shù)指標(biāo)。

3 汽車能量利用率提升的4種途徑

3.1 整車輕量化設(shè)計

汽車能量利用率的提高，就是要減少汽車無用功的輸出，增加汽車有用功部分。汽車的質(zhì)量是最集中、最根本的汽車慣性改變的體現(xiàn)。在不妨礙汽車主動、被動安全的情況下，盡可能地減少汽車質(zhì)量是最根本的降低汽車行駛阻力的方法，所以整車減重、輕量化材料在車身上的大膽應(yīng)用及提高電池的能量密度等都是整車輕量化的具體體現(xiàn)。

3.2 降低風(fēng)阻系數(shù)及滾阻系數(shù)

從降低及減小汽車的阻力出發(fā)，汽車的行駛阻力（FT/N），如式（1）所示[3]，其中，f，CD，A 這些物理量都直接影響汽車的最終阻力，所以為了提高汽車的續(xù)駛里程及能量利用率，對這些參數(shù)進行優(yōu)化是十分必要的。

式中：G——重量，N；

t——時間，s；

v——車速，km/h；

δ——旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；

m——汽車質(zhì)量，kg；

f——滾動阻力系數(shù)；

CD——風(fēng)阻相關(guān)的系數(shù)；

A——迎風(fēng)面積，m2。

3.3 提高制動能量回收率

制動能量回收能力是搭載電機的新能源汽車獨有的能量回收能力，它是體現(xiàn)電動汽車優(yōu)勢的一項技術(shù)，可以從制動損失的能量中回收能量用于汽車驅(qū)動。大量試驗和理論模型推演的結(jié)果顯示，若汽車的制動能量能夠全部由電機提供，即實現(xiàn)能量完全回收，對NEDC工況續(xù)駛里程的貢獻率可以達到20%左右，對ECE城市工況續(xù)駛里程貢獻率可以達到30%左右。

以耗電量為15 kW·h/100 km的汽車計算，每增加20%的續(xù)駛里程，需要增加3 kW·h的電，按1 kW·h需2 000元計算，需要增加6 000元，相比制動回收系統(tǒng)對續(xù)駛里程的提升，性價比要低得多。目前汽車的再生制動形式主要分為串聯(lián)協(xié)調(diào)式制動回收系統(tǒng)和并聯(lián)疊加式制動回收系統(tǒng)，這2種形式的能量回收系統(tǒng)都能實現(xiàn)有效的制動能量回收。但相對于簡單的并聯(lián)疊加式制動回收，串聯(lián)協(xié)調(diào)式回收系統(tǒng)可以實現(xiàn)踏板力的解耦和液壓制動系統(tǒng)的實時調(diào)節(jié)，能量回收更充分，駕駛?cè)说奶ぐ甯杏X更好。

3.4 電池單體的一致性

電動車的電池組往往由成百上千個單體組成，這些單體一致性的好壞直接影響汽車的動力性和經(jīng)濟性的表現(xiàn)[4]。因為整包電池組的性能往往取決于較差的那個電池單體的性能，所以從電池最初出廠成組，到使用環(huán)節(jié)中電池充放電后電池的一致性，都會影響整包電池在放電深度上的表現(xiàn)，最終影響汽車的能量消耗率。電池的壓差、內(nèi)阻的差別及電池容量的差別都是反映電池單體一致性的關(guān)鍵參數(shù)。

4 結(jié)論

文章從2017版電動車續(xù)駛里程和能量消耗率國標(biāo)的制定背景談起，重點分析了新版考核電動車經(jīng)濟性的國標(biāo)與老版本續(xù)駛里程和能量消耗率國標(biāo)的區(qū)別，給出了標(biāo)準(zhǔn)重點修改的部分以及修改初衷，最后對提高整車的續(xù)駛里程和能量消耗率給出了幾點建議。文章對幫助企業(yè)深入了解及研究電動車經(jīng)濟性測試方法，提升汽車的經(jīng)濟性具有重要的現(xiàn)實意義。