某混合動力車型低溫純電續(xù)航能耗分解

王政　叢日振　郭宇輝　谷祥盛　盧振東　周延瑞

摘 要：文章通過對一款混合動力汽車在環(huán)境溫度25℃、-7℃和-18℃三種溫度下進(jìn)行純電續(xù)航仿真和實(shí)測，對比分析了動力電池放電功率點(diǎn)、PTC功耗、DCDC功耗和驅(qū)動電機(jī)效率差異，結(jié)果表明：環(huán)境溫度-7℃比25℃模擬用戶實(shí)際工況電耗上升7.4kW·h，-18℃比25℃電耗上升8.3kW·h，低溫環(huán)境下PTC功耗、DCDC功耗增大，電機(jī)效率降低；客戶續(xù)航感受越差。

關(guān)鍵詞：混合動力汽車 低溫續(xù)駛里程 行駛阻力 PTC功耗 DCDC功耗 起機(jī)點(diǎn)SOC

1 引言

近幾年來，我國新能源汽車技術(shù)取得了重大成就，同時隨著市場對新能源汽車的認(rèn)可，使新能源汽車銷量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，其中就包括了北方低溫地區(qū)用戶；這也使人們的視線聚焦于北方冬季新能源汽車的純電續(xù)航里程上；其中混動汽車的純電續(xù)航更是聚焦的重點(diǎn)。依據(jù)市場信息收集顯示，低溫環(huán)境下新能源汽車純電續(xù)航里程只有25℃常溫環(huán)境的45%～60%。本文針對25℃、-7℃、-18℃三種溫度在同一臺車上進(jìn)行詳細(xì)的測試和分析，對比說明了三種溫度下車輛各高壓部件的能耗分配情況，提高大家低溫能耗的認(rèn)知；以及為有實(shí)力進(jìn)行降能耗的單位提供思路。

2 車輛及電池信息

本次試驗(yàn)選用了一款1.5T+39.8kW·h中型混動轎車進(jìn)行測試分析，詳細(xì)參數(shù)見表1。

3 總體概況

根據(jù)研究目的要求，按照時間計(jì)劃分為四個部分：車輛磨合、道路行駛阻力測試、轉(zhuǎn)鼓純電續(xù)駛里程測試、試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析，詳見下文。

3.1 車輛磨合

車輛按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行3000km磨合，磨合試驗(yàn)在中汽研鹽城汽車試驗(yàn)場進(jìn)行，包含高、中、低速和制動等路況，磨合的目的是對電機(jī)、傳動系統(tǒng)、制動卡鉗、輪轂軸承和輪胎等進(jìn)行充分磨合，使車輛達(dá)到用戶正常使用狀態(tài)。

3.2 道路行駛阻力測試

車輛完成磨合后在中汽研鹽城汽車試驗(yàn)場進(jìn)行整車行駛阻力測試，用于純電續(xù)駛里程測試轉(zhuǎn)鼓阻力加載。整車行駛阻力測試按照國標(biāo)執(zhí)行，使用VBOX設(shè)備進(jìn)行測試，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)控制環(huán)境溫度、風(fēng)速和胎壓等邊界條件，確保測試結(jié)果真實(shí)、準(zhǔn)確。

3.3 轉(zhuǎn)鼓純電續(xù)駛里程測試

按照表2試驗(yàn)策劃進(jìn)行試驗(yàn)，采用GLTC循環(huán)路譜，按照路普進(jìn)行循環(huán)測試，直至發(fā)動機(jī)啟機(jī)試驗(yàn)結(jié)束

說明：GLTC為模擬客戶實(shí)際道路駕駛制定的路譜（如圖1），低速工況更多，循環(huán)時間與WLTC相同。

3.4 純電續(xù)駛里程結(jié)果

3.4.1 仿真分析結(jié)果

如表3顯示，在25℃、-7℃、-18℃溫度，開空調(diào)仿真續(xù)航里程與目標(biāo)官宣里程分別相差7.6km、93.2km、126.68km，續(xù)航降幅依次是3.45%、42.36、57.58%。

3.4.2 實(shí)車轉(zhuǎn)股純電續(xù)駛里程測試

見表4，實(shí)車測試25℃、-7℃、-18℃車輛的開空調(diào)純電行駛里程與官宣續(xù)航里程差值分別為14.1km、101.6km、131.99km；實(shí)際續(xù)航里程降幅 6.941%、46.18%、60%。

3.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)過程中對GLTC循環(huán)實(shí)測動力電池放電功率、驅(qū)動電機(jī)、PTC和DCDC功率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對比分析各模塊的功耗占比。

3.5.1 發(fā)動機(jī)起機(jī)點(diǎn)對比

從圖2中可以看出，在25℃、-7℃、-18℃時，發(fā)動機(jī)啟動時對應(yīng)的電池SOC點(diǎn)依次為10%、13%、17.7%；從數(shù)據(jù)可知，隨著溫度的降低車輛預(yù)留的電池電量越多。這是因?yàn)榈蜏叵拢姵貧W姆極化、濃差極化以及電化學(xué)極化增大，導(dǎo)致低溫時電池放電容量和放電能力降低；為增加電池放電能力和防止低溫條件電池極化，在整車上表現(xiàn)為溫度降低起機(jī)點(diǎn)對應(yīng)的SOC增高，預(yù)留更多的電池能量以保障低溫條件下一次駕駛循環(huán)的正常使用。

3.5.2 電池放電能量對比

圖3顯示GLTC常溫（25℃）工況比-7℃多放出6.549kW·h、比-18℃多放出9.472kW·h；該現(xiàn)象說明溫度越低整車控制動力電池實(shí)際放出電量越少，這也是影響低溫純電續(xù)航里程的重要因素之一。

3.5.3 PTC能耗對比

如圖4顯示在25℃、-7℃、-18℃時PTC加熱能耗分別為0.712kW·h、7.431Kw·h、8.373Kw·h，在電池放電總量中占比依次為1.96%、24.91%、31.12%。

3.5.4 DCDC以及驅(qū)動電機(jī)能耗對比

對車輛DCDC能耗進(jìn)行分析，見圖5；GLTC整個續(xù)航測試：25℃、-7℃、-18℃條件下DCDC能耗分別為3.135kW·h、1.696kW·h、2.159kW·h，純電續(xù)航能耗占比8.62%、5.69%、8.02%。25℃車輛純電續(xù)航時間7.25小時，體現(xiàn)總體能耗相對低溫較高；-7℃、-18℃續(xù)航時間分別為3.96h和3.02h，-18℃環(huán)境下整車?yán)m(xù)航測試初期動力電池開起加熱功能，電池冷卻液水泵等低壓負(fù)載開起，增加了低壓功耗；因此體現(xiàn)了-18℃低壓功耗高于-7℃。

從圖5可以看出，扣除DCDC、PTC以及低溫起機(jī)點(diǎn)對電池放電能量的損耗，最后輸出給驅(qū)動電機(jī)的能量在25℃、-7℃、-18℃分別為31.729kW·h、20.454kW·h、16.195kW·h，與電池放出能量占比為87.21%、68.56%、60.18%。

3.5.5 -18℃環(huán)境GLTC單循環(huán)能耗

圖6顯示，-18℃環(huán)境GLTC第一個循環(huán)（30min）驅(qū)動電機(jī)、PTC和DCDC能耗分別是3.147kW·h、2.98kW·h和0.394kW·h，分別占電池放電能量48.1%、45.68%和6.03%；低溫環(huán)境下車輛前期電池放電能量能用于驅(qū)動的功率不到一半。

4 結(jié)論

（1）隨著溫度的降低，整車純電續(xù)航里程數(shù)隨之降低。

（2）因電池放電特性影響，溫度越低整車控制預(yù)留電池能量越高，PTC加熱能耗越高。

（3）低溫短途行駛（上班），電池放電能量供給驅(qū)動電機(jī)使用的只有48.1%，加上低溫條件下驅(qū)動電機(jī)以及傳動系效率問題，實(shí)際用于車輪驅(qū)動能量不足40%。

（4）為了增加整車純電續(xù)航里程，降低起機(jī)點(diǎn)SOC和PTC功耗是解決這一問題的有效途徑；但降低車輛起機(jī)點(diǎn)SOC可能會造成低溫條件下電池放電能力不足影響整車駕駛體驗(yàn)；降低PTC能耗勢必影響舒適性；如何在起機(jī)SOC點(diǎn)和PTC能耗之間找到平衡仍需繼續(xù)探索。

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