電動汽車靜置場景的能耗性能評價方法研究

解難 王瑞 孫龍 雷利剛 周博雅 戴天祿

（中國汽車技術研究中心）

能耗作為電動汽車的核心技術指標之一，是消費者產生里程焦慮的主要原因。基于各類場景的電動汽車續駛里程及能量消耗量已經成為各研究機構及汽車生產商的重點研究領域。然而，關于電動汽車靜置狀態下能耗的特征分析主要集中在電池層面，很少見整車級靜置能耗的分析研究；場景研究僅出現在媒體的測試報道中，多以12 h、24 h 為主，未見對更長時間尺度的研究。因此，文章對電動汽車在不同靜置時間及靜置溫度下的能耗情況進行研究，制定了整車級及零部件級的測試方法，分析了電動汽車靜置能耗的影響因素、變化規律，為整車企業進一步優化整車能耗系統奠定了基礎。

1 電動汽車靜置能耗成因分析及試驗設計

電動汽車在靜置條件下的能耗由3 個部分組成：1）動力電池及蓄電池系統的自放電特性及電子設備的暗電流，導致電池電量減少[1]；2）為確保電動汽車的使用安全，電動汽車安裝的車載終端需定期存儲和上報整車安全狀態及動力電池狀態數據，導致固定的電能消耗[2]；3）為提高客戶體驗，電動汽車一般配置有用戶APP 及迎賓功能等用戶友好型配置，需要相關控制器常開，導致電能消耗[3]。為解決靜置能耗的問題，目前大部分的電動汽車均帶有遠程上高壓電的主動充電控制策略，以保障電動汽車低壓電源系統的可靠性。

電動汽車的靜置能耗構成比較復雜，且工作電流為難以測量的微電流。文章在研究過程中，采用如下2 種方式開展測試工作：1）滿電狀態下進行一段時間的靜置后，對車輛進行交流充電，通過充電量的大小整體評價靜置過程中的能耗；2）對電動汽車的低壓電路進行實時監控，測量主要用電設備的靜態電流，以評價各用電設備的能耗水平。

2 試驗設備介紹

試驗在帶有環境倉、四驅底盤測功機、電參數測量儀、數據記錄分析儀以及低壓電流探頭的整車試驗室進行，試驗設備如表1 所示。

表1 電動汽車靜置能耗測試試驗設備

試驗室及試驗設備，如圖1～圖3 所示。

圖1 環境倉試驗室

圖2 電參數測量儀及數據記錄分析儀

圖3 KLARIC LI-probes 低壓電流探頭

3 試驗結果分析

3.1 靜置能耗變化規律分析

參照GB/T 18386—2017 測試方法，將電動汽車充滿電（220 V 交流電）后，在環境溫度為（25±5）℃的試驗室靜置[4]，每24 h 記錄汽車儀表顯示的續駛里程衰減值，作為續駛里程衰減的參考。在靜置144 h 后，用220 V 交流電再次對汽車進行充電，記錄電量值，作為評價電動汽車靜置能耗的依據。5 輛車的表顯續駛里程隨靜置時間的變化規律，如圖4 所示。

圖4 電動汽車表顯續駛里程隨靜置時間變化規律

5 臺電動汽車的表顯續駛里程隨靜置時間的延長呈線性下降的趨勢；不同汽車表顯續駛里程的衰減速度不同。表顯續駛里程的變化情況能夠在一定程度上反映出電動汽車的靜置能耗情況。

5 臺電動汽車24 h 的平均電耗，如式（1）所示。

式中：E（24h）——電動汽車24 h 靜置能耗量，Wh；

E（tota）l——電動汽車在靜置時間內總能耗量，Wh；

T——電動汽車靜置時間，d。

5 臺電動汽車每靜置24 h 的平均能耗量，如圖5所示。

圖5 常溫下電動汽車靜置過程日均能耗量

從圖中可以看出，不同電動車的靜置能耗差別較大，其中1#車的靜置能耗水平是其他4 輛車平均水平的8 倍；除車輛配置較高導致控制器增多增加了靜置能耗之外，也與整車的能量管理策略及用電設備的靜置能耗水平相關。

為考察電動汽車靜置能耗對續駛里程的實際影響，1#與2#電動汽車在滿電靜置144 h 后，進行中國工況（CLTC-P）下的常溫續駛里程試驗，數據對比如表2 所示。

表2 靜置能耗續駛里程驗證

從表2 可以看出，表顯續駛里程衰減及按照靜置能耗和工況能耗核算的續駛里程衰減與汽車實際續駛里程衰減值基本相同，顯示了試驗設計及評價方法的合理性。

3.2 靜置溫度對靜置電耗影響分析

將5 臺同樣的電動車在滿電狀態下分別在（25±5）℃及（-7±3）℃的環境下靜置24 h，并在常溫下將電量補滿，記錄充電電量，結果如圖6 所示。

圖6 高低溫下靜置能耗對比

從圖6 可以看出，高低溫下靜置24 h 的能量消耗差別很小，均在1%以下，由此看出在-7～25 ℃范圍內，溫度對電動汽車靜置能耗的影響較小，基本可以忽略不計。

3.3 靜置電動汽車低壓系統電耗分析

在電動汽車的靜置能耗中，動力電池及蓄電池系統的自放電特性導致的電壓下降并且容量減少的現象，是衡量電池性能的主要參數之一，鋰離子電池的自放電率為每月2%[5]；從5 輛電動汽車的靜置能耗結果看，平均每月電池荷電狀態（SOC）下降25%，由電池的自放電特性導致的SOC 下降占比為8%；因此，為確保電動汽車的使用安全及提高客戶體驗，需要相關控制器常開導致電能的消耗的占比在92%以上，而這部分能耗由電動汽車的低壓供電系統提供，文章選取了靜置能耗較高的1#車進行了低壓系統各用電設備能耗的測量。

試驗過程中，應用KLARIC LI-probes 低壓電流探頭及DEWETRON TRIONet 記錄分析儀對車輛靜置電流進行了測量，使用在車輛保險盒內將保險拔出，串入電流探頭的方法進行測量，如圖7 所示。

圖7 電動汽車靜置電耗測量示意圖

在整車靜態電流測試過程中，在蓄電池負極接入電流傳感器，用數采設備采集鎖車后流經電池負極電流的變化。最終整車進入休眠狀態后的電流值為整車靜態電流。

在控制器靜態電流測試過程中分為2 類情況：1）對于其線路中只掛載一路控制器的保險，直接在該回路保險絲處串入電流傳感器進行測量，采集一段時間并取時均值作為該控制器靜態電流值；2）對于線路中掛載多路控制器的保險，車輛進入休眠狀態后，從完備狀態起，按控制器列表，一一拔掉控制器的接插件，每個控制器采集一段時間并取時均值，以前后時均電流的變化量為該控制器的靜態電流值。

實施完成后，對低壓系統各用電設備的靜態電流值進行整理，共有44 個用電設備存在靜態電流，其中靜態電流大于1 mA 的用電設備及電流值，如表3 所示。

表3 1#電動汽車低壓系統靜態電流測試結果 mA

同時，對靜置電耗較小的5#電動汽車進行低壓系統電耗測試，其中靜態電流大于1 mA 的用電設備及電流值，如表4 所示。

表4 5#電動汽車低壓系統靜態電流測試結果 mA

從蓄電池靜態電流上看，1#車的靜態電流為5#車的25 倍左右，印證了1#車的靜置電耗較大。相關研究表明，由于高級汽車電器設備的增多，其靜態電流也隨之增大。通常認為靜態電流在50 mA 以下為正常，過大的靜態電流易使蓄電池虧電，如果沒有高壓充電策略，易導致汽車無法正常起動[6]。

4 結論

電動汽車的靜置能耗導致的續駛里程衰減呈線性下降，且衰減速度受溫度（-7～25 ℃）的影響較小，在進行整車能耗策略優化時，加強對低壓系統能耗的控制，能有效地降低靜置續駛里程衰減的速度，減輕消費者因為長期靜置導致無法啟動的焦慮。由于整車靜置完全放電需要3 個月甚至更久，所以并不確定整車能耗在低電量存儲狀態下是否存在突變情況，需要進一步研究。另外，文章只研究了恒溫下的能耗衰減情況，溫度短時間內劇烈變化是否會造成衰減加速，需要進一步驗證。