純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航提升方案探究

韋慧紅　肖國鈺

摘 要：純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程是衡量純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航能力的重要指標(biāo)，也是消費(fèi)者在購買純電動(dòng)汽車時(shí)最關(guān)心的問題之一。在純電動(dòng)汽車出現(xiàn)之前，汽車的續(xù)航里程主要由燃油的儲(chǔ)存和使用來決定。然而，純電動(dòng)汽車沒有燃油，而是依靠電池來儲(chǔ)存能量，因此續(xù)航里程成為了純電動(dòng)汽車的最大挑戰(zhàn)。雖然隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，純電動(dòng)汽車的續(xù)航里程也在逐步提高，但是相對(duì)于傳統(tǒng)燃油汽車，純電動(dòng)汽車的續(xù)航里程仍然存在著較大的局限性，因此，本文探討了純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航提升方案，并對(duì)措施進(jìn)行了驗(yàn)證，以解決純電動(dòng)汽車開發(fā)中續(xù)航問題。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車 續(xù)航里程 能耗

1 引言

隨著純電動(dòng)汽車在汽車市場的占有率不斷提高，消費(fèi)者對(duì)純電動(dòng)汽車的要求也不斷提高，目前在抱怨最前位的就是純電動(dòng)車的續(xù)航焦慮，于是續(xù)航里程也逐漸成為各車型核心競爭力。新上市的純電動(dòng)汽車在里程上面一再提升，一次充電可以行駛從200公里不斷提升到600、700公里，低能耗技術(shù)已成為純電動(dòng)汽車成本控制的最關(guān)鍵因素之一，各新能源車企紛紛以低能耗、長續(xù)航作為市場贏點(diǎn)，重點(diǎn)打造、重點(diǎn)宣傳。本文就純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航提升展開研究，探索能夠提升續(xù)航的應(yīng)用方案。

2 純電續(xù)航里程影響因素

純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程是指一輛純電動(dòng)汽車在單次充電后能夠行駛的最遠(yuǎn)距離，而純電動(dòng)汽車的能耗決定了續(xù)航里程，所以挖掘影響續(xù)航里程的因素，能耗是根本。

一般來說，純電動(dòng)汽車的能量消耗量是指新能源汽車在行駛過程中消耗的能量，通常用單位時(shí)間內(nèi)消耗的能量來表示。能量消耗量的計(jì)算公式為：

E=P*t

其中，E表示能量消耗量，單位為千瓦時(shí)（kWh），P表示純電動(dòng)汽車的功率，單位為千瓦（kW）：t表示行駛時(shí)間，單位為小時(shí)（h）。

從公式上看，純電動(dòng)汽車的功率是主要的影響因素，而純電動(dòng)汽車的功率包含各個(gè)用電器模塊的功率消耗，而電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛的功率又是主要的能量消耗來源。純電動(dòng)汽車在行駛中，是通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)克服輪胎與路面接觸面上的牽引力來使車輛向前運(yùn)動(dòng)，該作用力由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的扭矩產(chǎn)生，并通過傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞，最終帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪，所以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)里面的傳遞效率是能耗影響的關(guān)鍵。同時(shí)車輛運(yùn)動(dòng)還會(huì)受到阻礙其運(yùn)動(dòng)的阻力，一般包括空氣阻力、輪胎滾阻阻力、坡道阻力、加速阻力等，這些同樣是影響能耗的一系列因素，且占比顯著。

依據(jù)以上理論，通過試驗(yàn)樣車讀取各用電器的能量消耗情況，可繪制基本整車能量消耗分布如下圖1。

從圖1可見，具體能量消耗在如下方面：

（1）汽車行駛的時(shí)候，汽車動(dòng)力系統(tǒng)提供的能量，主要消耗在：一是能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程中產(chǎn)生的效率損耗。二是對(duì)于電機(jī)而言，消耗在電池放電效率以及逆變器效率，還有電機(jī)效率上，因此，可以通過擴(kuò)大電機(jī)的高效區(qū)，或是選擇合適的傳動(dòng)比，進(jìn)行汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)合理匹配，提高汽車電機(jī)的效率。

（2）汽車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的內(nèi)部摩擦損耗。汽車內(nèi)燃機(jī)和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)提供的能量，一定程度上消耗在各齒輪傳動(dòng)軸等的內(nèi)部摩擦上。電動(dòng)汽車和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車相比，因?yàn)殡妱?dòng)汽車的傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)更簡易，所以這部分損失小于內(nèi)燃機(jī)汽車。

（3）克服道路阻力以及空氣阻力消耗。在平整程度較好的道路上用勻速行駛汽車的時(shí)候，汽車對(duì)外界的能量消耗全在克服道路阻力以及空氣阻力上。隨著車速飆升，兩種阻力都升高了，而且空氣阻力所占比例隨著車速加快而變大。

（4）汽車加速以及爬坡的過程中，轉(zhuǎn)化為動(dòng)能或是勢能所消耗。汽車所獲得的動(dòng)能在汽車減速以及制動(dòng)過程中被消耗。

（5）汽車內(nèi)部電器和空調(diào)等消耗，空調(diào)運(yùn)行會(huì)快速消耗電池電量。空調(diào)功能除了乘員艙的制冷制熱消耗，還要兼顧電池冷卻的消耗，因此能耗占比也有一定比例。

（6）從汽車放電量的絕對(duì)值來看，汽車放電功率越小，實(shí)際放電容量越大。因?yàn)槠嚪烹婋娏髟酱螅囯姵匾约半姍C(jī)，還有逆變器的發(fā)熱都將增加，汽車放電功率和汽車行駛速度相關(guān)。

電池是能量的提供端，其他各個(gè)系統(tǒng)及部件是能量的消耗端。能量是守恒的，供能能量和耗能能量是相等的。因此，挖掘續(xù)航提升方案，一方面從電池放電效率，提高供能效率；一方面降低能量消耗端各個(gè)部件所使用的能量，從而降低單位里程電池所需能量，以達(dá)到提升續(xù)航的目的。

根據(jù)以上能量消耗分布，通過模型仿真計(jì)算調(diào)整各參數(shù)，可得出對(duì)應(yīng)節(jié)能方案，匯總?cè)缦卤?。

表1是根據(jù)純電動(dòng)汽車能耗提出的對(duì)應(yīng)節(jié)能方案，在實(shí)際應(yīng)用中，需要考慮多個(gè)因素的影響，根據(jù)具體車型情況進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以提高純電動(dòng)汽車的能源利用率和經(jīng)濟(jì)性。

3 純電續(xù)航提升方案驗(yàn)證

在驗(yàn)證方案階段，從列表的續(xù)航提升方案中，提取了適合樣車車型的部分可應(yīng)用方案，實(shí)施在試驗(yàn)樣車上，通過試驗(yàn)樣車驗(yàn)證續(xù)航提升方案的有效性。本次試驗(yàn)樣車主要采用了電機(jī)提效和整車降阻方案，具體如下：

（1）本次試驗(yàn)樣車采用了扁線電機(jī)，提高電機(jī)效率。扁線電機(jī)的優(yōu)勢在于電機(jī)體積更緊湊、更節(jié)約材料、功率更強(qiáng)勁，在整車表現(xiàn)上，扁線電機(jī)能提供更優(yōu)越的加速性能，并且噪音更小，大幅提升了整車性能。相比起傳統(tǒng)的圓線電機(jī)，扁線電機(jī)能降低8%-12%的有效材料成本，同時(shí)效率提升給整車性能、電耗等方面帶來貢獻(xiàn)。如下圖2從整體趨勢看扁線電機(jī)在低速低扭矩區(qū)域優(yōu)勢明顯，整體效率較優(yōu)。

（2）本次試驗(yàn)樣車還采用了整車阻力降低的一系列措施，如低拖滯力卡鉗降低制動(dòng)系統(tǒng)阻力，使用低滾阻輪胎降低了輪胎與路面的阻力，低粘度油品的使用降低零件摩擦內(nèi)阻，輕量化技術(shù)降低整車重量直接降低載荷，低風(fēng)阻技術(shù)對(duì)阻力的貢獻(xiàn)也很顯著。

實(shí)施降阻措施，依據(jù)國標(biāo)CLTC工況標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行工況驗(yàn)證。試驗(yàn)樣車道路阻力滑行發(fā)現(xiàn)，以上續(xù)航提升方案實(shí)施后，整車阻力下降約19N。

本次試驗(yàn)樣車，使用以上道路阻力，輸入臺(tái)架，進(jìn)行CLTC工況續(xù)航驗(yàn)證，整車?yán)m(xù)航從原始狀態(tài)505km，經(jīng)過各個(gè)方案的驗(yàn)證疊加，累計(jì)提升續(xù)航51km，達(dá)到556km，總體續(xù)航提升約10%。各個(gè)方案貢獻(xiàn)量具體如下表2。

綜上，可見純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航可提升的空間還有很多，各提升方案均有貢獻(xiàn)，以電機(jī)效率的貢獻(xiàn)尤為明顯。電機(jī)是純電動(dòng)汽車唯一的動(dòng)力源，也是消耗能量最大的用電器，隨著電機(jī)技術(shù)得到快速改進(jìn)，能在續(xù)航上做出更多的貢獻(xiàn)。扁線電機(jī)之所以會(huì)成為未來趨勢，是由新能源汽車電驅(qū)系統(tǒng)發(fā)展決定的，小型化、集成化、高功率密度等特點(diǎn)都是新能源汽車電驅(qū)系統(tǒng)的演進(jìn)方向。

整車開發(fā)是一個(gè)系統(tǒng)工程，整車能耗可能跟很多其他性能是相斥的，需要優(yōu)化和取舍，例如風(fēng)阻系數(shù)和迎風(fēng)面積與造型和乘坐空間的取舍，多電機(jī)功率分配策略和駕駛性的取舍等等，因此，整車開發(fā)在明確車輛的受眾群體和車輛的風(fēng)格，在各續(xù)航提升方案中匹配出最適合車型的方案才是最重要的工作。

4 結(jié)語

本文探討了純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航影響因素，根據(jù)影響因素，分析了續(xù)航提升方案，經(jīng)過實(shí)車道路阻力驗(yàn)證，以及臺(tái)架CLTC工況續(xù)航驗(yàn)證，各續(xù)航提升方案有不同程度的貢獻(xiàn)，可作為后續(xù)純電動(dòng)汽車開發(fā)作為技術(shù)參考。

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