新能源車低壓電耗優化策略研究

干能強，蔡 恒

（重慶長安汽車股份有限公司，重慶 401120）

1 前言

2022年，中國新能源車產銷分別達到705.8萬輛和688.7萬輛，同比增長96.9%和93.4%，市場占有率達到25.6%。僅2022年12月新能源車產銷分別達到79.5萬輛和81.4萬輛。新能源車與傳統燃油車的走勢形成強烈差異化的特征，新能源車尤其是純電動汽車銷量明顯加快，燃油車銷量下滑趨勢較大，汽車市場正在加大向新能源化轉型的步伐。

國務院發布《新能源汽車產業發展規劃（2021—2035年）》，提出中國堅持“純電驅動”的戰略趨向，力求到2025年純電動乘用車新車平均電耗降至12kWh/100km。新汽車形勢下，電耗已成為影響整車成本達成的核心指標，需納入頂層設計，與整車其他屬性共同開發、平衡。因此，如何降低新能源車的電耗成為車企需要關注的點。

目前關于降低新能源車電耗的研究，主要集中在風阻、滾阻、整車輕量化、高壓系統（充電機、電池、動力系統）效率、能量回收等方面，但是對于低壓電耗的研究比較少，本文基于影響整車電耗的因素對低壓電耗進行分析。

2 電耗的定義和影響因素

按照GB/T 19753—2021《輕型混合動力電動汽車能量消耗量試驗方法》標準，綜合工況（WLTC/CLTC）續航里程測試結束后，對車輛進行充電，從電網獲取的能量除以試驗過程中的續駛里程即為電耗，見式（1）：

式中：C——能量消耗率（電耗）；E——充電期間來自電網的能量，kWh；D——試驗期間行駛的總距離，即續駛里程，km。

從公式（1）可以看出，降低電耗的措施有：①減少電網的充電電量；②增大試驗續駛里程。

2.1 電網充電電量的影響

新能源車充電時的能量流如圖1所示，能量從直流充電口/交流充電口進入充電機，充電機進行整流經過配電箱，大部分能量進入電池包為其充電，同時還有一部分能量經過DC/DC將高壓轉化為12V低壓為充電期間仍需工作的負載供電，包括水泵、風扇、儀表以及其他處于喚醒的控制器。所以，在整個環節中，除了為電池包充電之外，還包括充電樁自身耗電，充電機（OBC）、電池包和DC/DC能量轉化過程中的效率損失，低壓電耗。一般影響電網充電電量的因素包括：電池包充進電量、電池包充電效率、低壓電耗、充電時間、DC/DC效率和充電機（OBC）效率。

圖1 充電時能量流

2.2 續航里程的影響

整車在行駛過程中，能量的分布包括滑行阻力、整備質量、系統效率、能量回收、熱管理系統功率和低壓電耗等。續航里程的影響因素如圖2所示。

圖2 續航里程的影響因素

從電網充電電量和續航里程對電耗的影響來看，低壓電耗都在其中占據重要作用。從仿真結果看，PHEV車在WLTC工況下，降低低壓電耗20W，可節約0.04度電；EV車在CLTC工況下，降低低壓電耗20W，可節約0.09度電。低壓電耗在整車電耗中的貢獻占比在8%左右。

3 低壓電耗優化措施分析

基于上述電耗影響因素的分析，可以從充電工況和行駛工況著手，從硬件、軟件、整車電氣架構等幾方面進行新能源車低壓電耗的優化。

3.1 硬件層面的優化

整車低壓電耗硬件方面的差異與配置、造型等有關聯，如表1所示。

表1 硬件方面的影響因素

基于上述分析，硬件層面對低壓電耗優化的措施有：①將燈具（制動燈、高位制動燈）由鹵素更改為LED；②優化日行燈的造型，用盡可能少的燈珠顆粒滿足日行燈的照度要求；③在造型允許的前提下，盡可能減小中控和儀表屏的尺寸。

3.2 軟件層面的優化

在充電和行駛工況下，可通過電源管理策略降低低壓負載的工作頻率、關閉不必要的功能、調節DC/DC的輸出電壓等，如表2所示。

表2 軟件方面的影響因素

DC/DC的作用在于將電池包的能量轉化為12V低壓能量，在判斷12V蓄電池的SOC在一定值以上時，可將DC/DC的輸出電壓降低，以達到降低DC/DC功率的目的。需要注意的是，如輸出電壓調節的SOC閾值設置過低，會影響12V蓄電池的壽命，一般將SOC閾值設置在80%以上。表3為在不同溫度點、不同12V蓄電池SOC下電壓調節表。

表3 在不同溫度點、不同12V蓄電池SOC下電壓調節表

新能源車一般都會有電機冷卻水泵、電池冷卻水泵和冷卻風扇，用于對電機、電池、OBC等進行散熱和冷卻，圖3為比較典型的熱管理系統原理圖，可在充電和行駛工況下，對熱管理系統進行精細化標定，控制水泵占空比以及冷卻風扇開啟條件，在保障電機、電池、OBC等溫度始終保持合理范圍的同時，降低水泵工作功率，且盡量讓冷卻風扇不開啟。

圖3 熱管理系統原理圖

同時，也可以在不同的工況下，關閉不必要的功能，如在充電時，可將中控/儀表屏關閉，可降低低壓電耗5～10W。

3.3 整車電氣架構層面的優化

在整車電氣架構確定的前提下，可優化的方案比較有限，因此需要在架構設計時，將可降低整車低壓電耗的方案都考慮進去。相關的優化方案如表4所示。

表4 電氣架構方面的影響因素優化方案

在充電工況下，可以將與充電無關的網段繼續休眠，與充電相關的網段進行喚醒，從而達到降低低壓電耗的目的。如圖4所示，采用分網段喚醒策略后，ECU2僅會喚醒ECU2和ECU4所在的網段，其他網段可以繼續保持休眠。

圖4 分網段喚醒原理圖

同時，也可以從硬件上對功能進行分類，將與充電相關的控制器掛在某一繼電器上，與充電無關的控制器掛在其他繼電器上，在充電時，將充電相關的繼電器進行閉合，其他繼電器進行關斷，以達到降低低壓電耗的目的。

4 結束語

新能源車低壓電耗的優化，在前期進行電氣架構設計時就可以從架構層面做相關的措施，同時結合造型、配置等因素進行優化，然后在設計過程中，對相關的邏輯進行精細化設計。后期可針對用戶的使用工況探索出針對性的優化措施。