纯电动客车能耗分解及降低方法

陈晓冰

纯电动客车能耗分解及降低方法

陈晓冰

（厦门金龙联合汽车工业有限公司，福建厦门361023）

对一款纯电动客车整车能量消耗率进行分解，分析各项能量消耗率的影响因素，发现整车轻量化和降低滚阻系数对该纯电动客车在中国典型城市工况能量消耗率的降低最有效。通过一系列降耗措施，增加续驶里程29 km，能量消耗率降低12.5%。

纯电动客车；性能仿真；能耗分解；降低能耗

本文基于纯电动客车整车性能仿真，从纯电动汽车能量传递路径角度，对整车能耗经济性的影响因素进行分析，以寻求有效的能耗降低措施。

1　整车性能仿真

1.1整车主要技术参数

该纯电动客车主要技术参数［1-3］如表1所示。

表1　整车技术参数

1.2整车性能仿真

采用Matlab/Simulink搭建整车正向仿真模型，包括行驶工况输入、驾驶员意图识别模型、基于电机试验特性的电机模型、基于开路电压-内阻的电池模型、传动系统模型和车辆动力学模型。仿真时输入行驶工况数据，由驾驶员意图识别模型转化成加速/制动踏板信号及需求扭矩信号，由电机输出驱动/制动扭矩经传动系统模型到车辆动力学模型。整车性能仿真［4-5］结果如表2所示。

表2　整车性能仿真结果

2　降低能耗分析

2.1整车能量消耗分解及影响因素分析

为了详细分析该纯电动客车在中国典型城市工况下的整车能量消耗情况，从能量传递路径角度将整车能量消耗分解为驱动能耗、机械制动损耗、传动损耗、电机损耗、附件能耗、电池充放电损耗及充电机损耗［6-7］。在一定的放电深度条件下，电池的容量决定了电池的总放电能量。电池的放电能量大部分用于驱动车辆行驶，少部分用于高低压附件的负荷消耗。

各项能量消耗的影响因素分析［8-10］如下：

1）驱动能耗与车重、滚阻系数、风阻系数、迎风面积有关。

2）机械制动损耗与车重、滚阻系数、风阻系数、迎风面积有关。

3）传动损耗主要与传动系统效率有关，同时还与传递能量大小有关。

4）电机损耗是指电机电动/发电时的发热损耗，主要与电机电动/发电效率有关，同时还与传递能量大小有关。

5）电池充放电损耗是指外接充电时电池的发热损耗加上放电时电池的发热损耗，主要与电池充放电能量效率有关，可以通过试验得到电池充放电的能量效率。

6）附件损耗与附件功率（逆变器DC/DC、电动助力转向油泵、电动打气泵及电空调实际使用功率）有关。

7）充电机损耗是指外接充电时充电机的能量损耗，主要与充电机效率和电池能量容量有关。

由于存在制动能量回收，使得电池的充放电能量大小、电机传递能量大小、传动系统传递能量大小与车辆的制动能量有关。因此，传动损耗、电机损耗、电池充放电损耗的影响因素还包括车重、滚阻系数、风阻系数、迎风面积。

该车在中国典型城市工况下，电机驱动/制动扭矩和电池充放电电流如图1所示。

采取能耗降低措施前，该车在中国典型城市工况的能量消耗率分解如表3所示。不开空调时，高低压附件平均负荷按2 kW计算。

表3　降耗措施前中国典型城市工况能量消耗率

从表3可以看出，驱动能耗占整车能量消耗的50%。因此，应该首先考虑如何降低驱动能耗。另外，从各项能量消耗率影响因素可以看出，车重对驱动能耗、机械制动损耗、传动损耗、电机损耗、电池充放电损耗的能量消耗率都有影响。因此，降低能耗措施首先考虑整车轻量化。

2.2整车能耗降低分析

在整车尺寸和造型不变的情况下，不考虑降低风阻系数和减小迎风面积。结合上述分析，从能量消耗率比例和各项能量消耗的影响因素出发，考虑以下6个降低能耗的措施：

1）整车轻量化。目前采用磷酸铁锂电池，通过采用多元复合锂电池，整车减重了500 kg，能量消耗率降低了0.024 kW·h/km。

2）降低滚阻系数。目前采用轮胎滚阻系数较高，通过采用低滚阻轮胎，滚阻系数降低0.001，能量消耗率降低了0.048 kW·h/km。

3）提高传动效率。通过改善润滑等措施，传动效率提高了1%，能量消耗率继续降低0.016 kW·h/km。

4）提高电机效率。通过采用先进电机技术，电机效率提高了1%，能量消耗率继续降低了0.017 kW·h/km。

5）提高电池充放电能量效率。通过采用多元复合锂电池，电池充放电能量效率提高了1%，能量消耗率继续降低了0.009 kW·h/km。

6）提高充电机效率。采用效率更高的充电机，使充电机效率提高了1%，同样又使能量消耗率降低了0.009 kW·h/km。

通过采取以上6条措施，总能量消耗率由0.981kW·h/km降低为0.858 kW·h/km。

从上可以看出，在6个降能耗措施中，整车轻量化和降低滚阻系数对中国典型城市工况能量消耗率的降低最为明显，其次是提高传动效率和提高电机效率。

采取各项降耗措施后，各项能量消耗率见表4。

表4　降能耗措施后各项能量消耗率

从表4可以看出，采取降能耗措施后，各项能量消耗率都有所降低，其中，驱动能耗的能量消耗率降低较明显，总的能量消耗率降低了12.5%，而且续驶里程由242 km增加到271 km。

3　结束语

由于有制动能量回收的贡献，纯电动车与传统车相比，通过整车轻量化、降低滚阻系数、提高传动效率所获得的收益更为明显。整车轻量化和降低滚阻系数对中国典型城市工况能量消耗率的降低最有效。通过一系列可行的降能耗措施，可使该纯电动客车的续驶里程延长29 km，整车能量消耗率降低12.5%。

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修改稿日期：2015-10-13

Measures of Energy Consumption Resolution and Reduction for Pure Electric Bus

Chen Xiaobing
（Xiamen KingLongUnited Automotive IndustryCo.，Ltd，Xiamen 361023，China）

The author resolves the energy consumption rate for a pure electric bus，analyzes the influence factors of each energy consumption rate，and finds that reducing the vehicle weight and rolling resistance coefficient are the most effective ways toreduce the energyconsumption rate ofthe pure electric bus under the China typical citycycle. By a series measures ofreducing the energy consumption，the range of the electric bus increases 29 km and the energyconsumption rate reduces12.5%.

pureelectricbus；performancesimulation；energyconsumptionresolution；energyconsumptionreduction

U469.7；U463.23+4.8

B

1006-3331（2015）06-0032-03

陈晓冰（1977-），男，博士；高级工程师；主要研究方向：新能源汽车、智能网联、汽车电子技术相关领域。