基于中國工況的純電動續(xù)駛里程測試方法優(yōu)化

丁李輝， 周金應， 劉永剛

(1.中國汽車工程研究院股份有限公司， 重慶 401122； 2.重慶大學 機械傳動國家重點實驗室， 重慶 400044)

我國電動汽車財政補貼政策的核心指標包括電動汽車的純電續(xù)駛里程和能量消耗量[1]。過去幾年該項目的測試方法遵循的是GB/T 18386—2017《電動汽車 能量消耗率和續(xù)駛里程試驗方法》[2-3]。隨著2021年10月1日GB/T 18386.1—2021《電動汽車能量消耗量和續(xù)駛里程試驗方法 第1部分：輕型汽車》[4]的實施，試驗循環(huán)由過去的NEDC變更為CLTC(中國輕型汽車行駛工況)[5]，并同時引入了縮短法測試方法，以及增加了對試驗結(jié)果的計算方法。新引入的縮短法測試流程能大幅減少原常規(guī)法試驗的時長，提高試驗效率，但若按照標準中要求的方法開展試驗，必須要求車企預先進行自我測試，得到預估的續(xù)駛里程“BERest”，方可促成試驗一次成功，不僅給車企造成了額外的經(jīng)濟負擔，還給未配置底盤測功機的企業(yè)開展預測試造成了技術難度。

本文結(jié)合實際的測試過程，分析GB/T 18386.1—2021中縮短法試驗的關鍵步驟，提出用基于能量變化預判的優(yōu)化試驗方法[6-9]來替代原有的里程預估方法，并將優(yōu)化后的方法應用于實際測試過程中進行驗證，力圖為車企減負降本，也為后續(xù)該國家標準的制修訂提供參考。

1 GB/T 18386.1—2021存在的問題

該標準中所述的縮短法試驗具體步驟如圖1所示，主要存在以下問題。

圖1 縮短法測試流程

1.1 放電試驗終止條件設定不確切

標準中將“SOC最低值”等同于“試驗終止判定條件”有待商榷。這是由于實際試驗過程中，真正判定試驗結(jié)束的依據(jù)是樣車當前車速曲線與試驗循環(huán)曲線之間的公差是否能持續(xù)滿足標準要求。而車輛儀表盤上顯示的SOC值，僅代表估算的電池的荷電狀態(tài)，無法準確表示可充電儲能系統(tǒng)(后面簡稱REESS，在本文中指代動力蓄電池)[10]實際剩余電量，更不能代表當前車速能否滿足偏差要求的瞬時狀態(tài)。絕大多數(shù)純電動車輛為了保護動力電池，在SOC的標定中，最低值“0%”往往不是電池電量真的為0，即SOC值顯示為0%時，車輛還可以正常行駛，車速也能夠滿足試驗工況曲線的偏差要求，且能夠持續(xù)一段時長。所以筆者認為標準將“SOC值最低”作為放電結(jié)束的標準是不合理的。

1.2 恒速段CSSM里程預估困難

縮短法測試的相應車速工況曲線如圖2所示，主要由2個變速循環(huán)試驗(DS1,DS2)以及兩個恒速段試驗(CSSM,CSSE)組成。

圖2 縮短法車速工況曲線

CSSM和CSSE對車速的要求相同，對乘用車推薦使用100 km/h車速(商用車推薦70 km/h)，兩個階段僅行駛里程不同。恒速段CSSE的里程沒有具體數(shù)值要求，但根據(jù)標準，該行駛階段REESS的電能變化量ΔEREESS,CSSE與整個縮短法試驗前后REESS總的電能變化量ΔEREESS,STP的比值不能超過10%；若無法滿足該要求，則該次試驗作廢，需要重新進行。

恒速段CSSM的里程dCSSM按照式(1)估算：

dCSSM=BERest-dDS1-dDS2-dCSSE

(1)

式中：BERest為縮短法試驗中車輛在底盤測功機上行駛總里程的估計值；dDS1為試驗循環(huán)段DS1的里程；dDS2為試驗循環(huán)段DS2的里程；dCSSE為恒速段CSSE的里程。以上數(shù)值的單位均為km。

實際測試過程中，恒速段CSSM的里程只能按式(1)進行預估，難以準確預判，易造成試驗失敗。

1) 準確估計dCSSM是整個試驗成敗的關鍵所在，dCSSM預留過短，會剩余過多的電能到CSSE段，使得最后階段的能量占比超過10%，造成試驗失敗；若dCSSM預留過長，會造成剩余電能太少，可能少到不足以完成DS2的測試，更無法進入CSSE段，同樣造成試驗失敗。

2) 由于dDS1與dDS2的工況完全一樣，所以行駛里程估算時可認為dDS1≈dDS2。但是dCSSE沒有給出估計方法，標準中僅強調(diào)了這一段行駛的能量變化量在總的能耗中的占比不可超過10%，而距離長短與能量消耗又不是完全的線性關系；同時，BERest本就屬于車輛生產(chǎn)企業(yè)提供的預估值，要求企業(yè)在進行試驗之前要反復自行摸底，或至少通過仿真模擬得到該預估里程。大多數(shù)企業(yè)本身不具備底盤測功機測試系統(tǒng)或仿真模擬技術能力不足，無法提供BERest，進而無法給實際試驗過程中CSSM的預估提供依據(jù)。

2 基于能量變化的優(yōu)化試驗方法

以上縮短法存在的問題，本質(zhì)上是基于里程數(shù)變化的試驗方法引起的。基于此，本文提出基于能量變化值的優(yōu)化試驗方法來解決實際測試中遇到的問題。

2.1 改變放電試驗終止條件

根據(jù)1.1節(jié)所述，整個試驗終止的根本判定條件為實際車速是否能夠跟上工況要求的車速。因此，本文提出在滿電車輛進行首次放電試驗時，放電的終止條件不再參照標準原文的“SOC的最低值”，而是直接參照整個試驗的終止判定條件，即車輛無法跟上車速的偏差要求時，放電結(jié)束。記錄該放電階段的能量變化總量ΔEREESS,STPref，作為后續(xù)試驗階段理論計算的參考值之一。

2.2 提出基于能量變化的里程預估方法

相對于標準提出的式(1)，本文提出基于能量變化的預估法，見式(2)：

ΔECSSMref=ΔEREESS,STPref-ΔEDS1ref-ΔEDS2ref-ΔECSSEref

(2)

式中：ΔEREESS,STPref為首次完全放電電量；ΔEDS1ref為前2個CLTC工況電耗預估值之和；ΔEDS2ref為后2個CLTC工況電耗預估值之和；ΔECSSEref為第二恒速段的電耗預估值。以上各參數(shù)的單位均為Wh。

本文提出的基于能量變化預估的優(yōu)化試驗方法見表1。通過這樣的方法轉(zhuǎn)換，可將原本極不確定的里程估算轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為確定的能耗估算，降低失敗概率，確保整個縮短法試驗一次性順利完成。

3 實車測試驗證

根據(jù)上述提出的優(yōu)化試驗方法，依托本單位的測試設備，選取某企業(yè)純電動乘用車為測試對象，在溫度條件穩(wěn)定的實驗室內(nèi)，使用底盤測功機采用迭代法進行滑行阻力擬合，實時記錄測功機上的行駛里程，填入表2的里程欄中，將功率分析儀接入整車REESS的總正及總負端，實時動力電池電壓、電流及電能消耗量也填入表2，能耗與相應里程的比值作為該階段的能耗率(ECDC,c)填入，第c個試驗循環(huán)的權重系數(shù)Kc,按照式(3)計算。

(3)

以上所有數(shù)據(jù)結(jié)果一并填入表2中，最終通過計算得出縮短法試驗的續(xù)駛里程結(jié)果BER來驗證優(yōu)化后的試驗方法的有效性。測試環(huán)境場景如圖3所示，實測所得的行駛車速曲線如圖4所示，測試結(jié)果見表2。

圖3 實車測試場景

圖4 實測行駛車速曲線

進一步分析可知：

1) 在首次放電環(huán)節(jié)，車輛SOC值過早顯示為0%(即標準所述SOC值的最低點)，此時車輛仍然可穩(wěn)定跟隨100 km/h的車速要求，并未達到標準中的車速偏差判定試驗結(jié)束條件。

2) 以車速偏差作為唯一判定結(jié)束條件時，總放電量為61 851 Wh，與本文優(yōu)化后的縮短法的放電量61 752 Wh非常接近，進一步說明按照此優(yōu)化方法進行放電所得到的電量變化值具有實際參考價值。

3) 當樣車做完第一個CLTC-P循環(huán)后，即刻得到耗電量為2 512 Wh，按照本文提供的CSSM能耗預估策略，假設CSSE段預留電量占比取8%。則ΔECSSMref≥61 851×(1-8%)-2 512×2×(1+93%)=47 206.6 Wh。最終取值47 000 Wh作為CSSM段行駛結(jié)束點，實際試驗過程中CSSE段耗電量為5 112 Wh，占比計算結(jié)果為8.28%，滿足≤10%的標準要求，本次試驗全程有效。

4) 從各個階段的能耗率結(jié)果看出，CLTC工況行駛階段的能耗率在160～170 Wh/km左右，且DS2階段確實低于DS1階段，而恒速段(CSS)的能耗率均在210 Wh/km以上，證實了高車速的恒速放電確實可以加快車輛放電進程，縮短試驗時間；且由于每個階段能耗率差異較大，無法將行駛里程與電能消耗簡單地線性化；同時也證實了標準原文使用里程法進行CSSM段行駛里程的預估缺乏良好的可行性，采用本文提出的基于能量法預估更加有效。

4 結(jié)束語

本文分析了國標GB/T 18386.1—2021 《電動汽車能量消耗量和續(xù)駛里程試驗方法 第1部分：輕型汽車》中縮短法的測試方法在實際試驗過程中存在的不合理之處，提出了基于能量變化預估的優(yōu)化試驗方法，在實際測試驗證中表現(xiàn)出良好的可行性。該方法有利于車輛設計企業(yè)在缺乏摸底測試數(shù)據(jù)的情況下，順利開展續(xù)駛里程試驗，提高了一次性測試的成功概率，可為后續(xù)標準的制修訂提供參考。