某純電動多用途貨車節能降耗研究

王雅莉

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

電動汽車續航里程及量消耗率是電動汽車廠家極為關注的性能特征參數,也是用戶非常關注的性能指標，直接影響了用戶購車意愿。

目前純電動多用途貨車均以動力電池作為整車動力來源，動力電池化學能轉化為電能驅動電機、電空調、電暖風、電轉向、電制動等用電器使整車正常運轉。在動力電池容量一定的情況下，研究并優化各用電部件的能量消耗、降低整車重量，可有效提升整車續駛里程。

1 現狀分析

表1為中國內主流廠家純電動多用途貨車NEDC工況下百公里能耗數據。從數據分析，國內純電動多用途貨車NEDC工況下百公里能量消耗在15kWh～21kWh之間。有部分車型百公里能耗較高，本文選取其中一款對其分析并進行能耗優化。

2 技術原理分析

純電動多用途貨車能量消耗及優化主要研究車輛在NEDC工況運行時，驅動電機、動力電池、電動轉向泵、DC/AC等部件的能量消耗情況，優化各部件狀態及控制策略，在不影響整車性能的前提下，降低能量消耗，提升續駛里程。

表1 國內主流廠家純電動多用途貨車NEDC工況能量消耗水平

純電動多用途貨車在運行時，電池輸出能量轉化為整車驅動能量（克服行駛阻力），電氣附件消耗能量和線纜內阻消耗能量。其中整車驅動能量消耗占比最大，電氣附件消耗能量其次，線纜內阻消耗能量最小。整車驅動消耗能量由車輛行駛阻力及電驅動系統效率決定；電氣附件消耗能量由各用電器功率及效率決定；線纜內阻消耗能量由線纜內阻及通過電流大小決定。

3 能量消耗優化措施分析

為了優化整車性能，提升純電動多用途貨車在不同工況和環境下整車的能量消耗，需要從各方面考慮提升各個部件的能效，降低附件的能量消耗占比。

3.1 降低行駛阻力

汽車行駛阻力包括滾動阻力、加速阻力、坡度阻力、空氣阻力。本文研究NEDC工況能耗，不考慮坡度阻力，要減小空氣阻力需優化車輛外觀結構降低風阻系數；要減少滾動阻力，考慮更換低滾阻輪胎；汽車加速行駛時，需要克服其質量加速運動時的慣性力，要減小加速阻力，需要降低整車重量。

3.2 提升動力傳遞效率

以某純電動多用途貨車為例，車輛行駛過程中驅動力傳遞路徑見下圖1：

圖1 車輛驅動力傳遞路徑簡圖

由圖分析可知，汽車驅動力需要從驅動電機依次經過減速器/變速器、傳動軸、后橋、制動器、輪胎等部件。傳動系的功率損失由機械損失和液力損失組成。降低機械損失可從以下幾方面考慮：①提高減速器/變速器和后橋齒輪嚙合精度、齒輪表面粗糙度；②提高傳動效率、優化傳動軸當量夾角，調高傳動軸傳動效率；③降低盤式制動的鉗體滑動阻力和活塞滑動阻力來降低制動器的拖滯力矩；④優化整車布置，縮短動力傳動路徑，提高傳動效率；⑤引入胎壓監測系統，提醒用戶要保證車輛輪胎氣壓工作在要求的范圍內。

減少液力損失可從以下幾方面考慮：①優化驅動系統匹配最佳傳動比；②減速器/變速器和后橋要精準測定齒輪潤滑油的加油量及選擇黏度合適的潤滑油減少齒輪攪動潤滑油消耗的能量；③選擇合適的軸承及軸承潤滑方式提高傳動效率。

3.3 減少附件能量損失

3.3.1 降低高壓用電器能耗

整車高壓電氣的能量流如圖2所示：

圖2 整車高壓電氣能量流

通過上圖高壓部件能量流分析可知，要降低整車高壓部件能量消耗可以從以下幾方面：

①提高平臺電壓，優化電機磁路，減少磁場損耗以及鐵耗、銅耗等提高電驅動系統效率；

②提高空調系統的能效比，需匹配合適的壓縮機，讓空調制冷系統達到最大能效比，減少電耗；

③制熱采用多擋控制 PTC，或采用熱泵技術+電驅動系統工作時熱能再利用，減少電耗；

④目前采用 EHPS，只要上高壓油泵一直在工作，開發EPS降低轉向系統電耗；

⑤選配自動空調相比手動空調可以降低功率；

⑥選配變頻空調系統，在制冷時可以降低能耗；

⑦優化高壓負載部件布置，減短線纜長度，降低線纜內阻，從而降低線纜消耗；

⑧根據車輛低壓用電器用電量需要匹配合適的 DC/DC,提高DC/DC工作效率，降低電耗。

3.3.2 降低低壓用電器能耗措施

降低低壓電器能耗從以下幾方面考慮：

①冷卻風扇采用變頻控制根據實際需要控制風扇轉速；

②冷卻水泵采用變頻控制根據實際需要控制水泵轉速；

③匹配智能低壓電器盒，優化電源分配及蓄電池電量監控；

④車燈使用LED燈。

3.4 強化能量管理

電動汽車能量管理包括動力系統、熱管理系統兩大部分。優化整車能量管理可從以下幾方面考慮：

①優化系統熱管理；

②采用單踏板能量回收，提高能量回收率和駕乘舒適感。

3.5 改善用戶駕駛習慣

正確的駕駛習慣，對于節能降耗有至關重要的作用，有統計數據顯示，同一品牌的同一款車，以不同方式駕駛，其能耗水平會有30%-50%的差距。

4 能量消耗優化仿真分析

本文仿真分析基于 CRUISE 平臺，建立了如圖 3所示純電動車模型：

圖3 純電動汽車整車仿真模型

由于純電動多用途貨車為N1類產品，按照GB/T 18386要求，選擇NEDC工況為道路循環行駛工況在 CRUISE 仿真環境里進行仿真。仿真結果如下表：

表2 仿真結果表

通過上表仿真結果可以看出優化后整車續駛里程明顯提高，百公里電耗降低較明顯。

5 結論

本文以某純電動多用途貨車為例，從行駛阻力、動力傳遞效率、附件能量損失、強化整車能量管理及用戶駕駛習慣等方面等方面分析對能量消耗的影響及改進，并通過建模仿真分析驗證；可以針對性地改進車輛能量消耗，提升整車續駛里程，為純電動汽車整車性能設計與優化提供了依據。