纯电动物流车动力系统设计分析

李添鑫，陆海斌

（长安汽车轻型车研发中心，河北 定州 073000）

纯电动物流车是电动货运的一种，此类配送的特点是“末端网点-末端客户”。一线城市业务量较大，出行次数受限，重点关注载货空间；部分二三线城市配送区域划分不严格，车辆运行里程高于一线城市，关注续驶里程、运营成本。根据2018年国补退坡方案，纯电动货车Ekg满足法规要求难度较大，从市面上某款N1类纯电动轻型物流车（下文简称Gx）改款设计思路入手，浅谈纯电动物流车设计思路，对关键系统进行分析，同时对动力经济性进行改善。

1 Gx动力系统结构分析

图1为Gx电动汽车动力系统结构图，其中主要包含以下几个方面：电子控制单元（ECU）、传动装置和驱动轮。因为驱动电机是唯一的动力驱动装置，所以最大功率及最大驱动转矩必须要满足驱动车辆的设计需要。

根据文献［1］，电机的主要参数主要是额定功率、转矩和转速。正确选择电机的参数非常重要，例如对于额定功率，如果选择过小，则电机经常工作在过载状态；相反，如果选择功率太大，则经常工作在欠载状态，效率及功率因数降低，不仅浪费电能，而且增加动力电池的容量，综合经济效益下降。

选择电机的额定功率时，应保证电动汽车能够在各种工况下运行。

1）最高车速工况 电机功率P1是汽车最高行驶速度Vmax所需要满足的功率：

式中：m——整车质量；f——滚动阻力系数；ρa——空气密度；A——迎风面积；ηT——动力传动效率；CD——风阻系数。

2）最大爬坡工况 电机功率P2是指汽车爬坡行驶速度Vb所需要的功率：

式中：α——整车最大爬坡度。

3）最大加速度工况 电机功率P3是指在一定时间内，汽车由0加速到Vb速度时需要的功率：

电动汽车的额定功率应同时满足以上条件，所以驱动电机的额定功率：

式中：λ——电动机过载系数。

同样的，驱动电机最大转矩Tmax的选取需满足汽车最大爬坡度要求：

式中：imax——最大的传动比系数；r ——汽车使用轮胎的半径。

在计算出电机最大功率后，最大转矩可算得：

式中：ηe——电机的额定转速。而根据公式（6）和（7）可得到电机的最大转矩。

2 法规项分析

在散热良好的条件下，动力电池能量密度的提高可以有效减小电池质量。整车续航能力、整备质量、额定载质量等参数相关的Ekg设计值是整车设计的关键步骤，公式如下［2］：

式中：C——电能消耗率；M——附加质量=1/2 载质量。

对比2017年和2018年的补贴政策［3］（表1），满补贴Ekg要求由0.5降低到0.35，想要达成这一目标，可以从以下两个思路入手：①减小电能消耗率；②增加附加质量。

式中：E——充电期间来自电网的能量，Wh，可以近似看作电池最大电量；D——续航里程，km。

Ekg-续驶里程曲线如图2所示。电量跟续航里程本身是正相关的参数，因此降低电量无法从根本上解决问题，而续航里程除了与电量，还与整备质量、传动系数、阻力系数等相关，除了各种系数，降低整备质量是提高D（降低C）的最主要手段。同时，降低整备质量也是增加附加质量的条件，附加质量=1/2 载质量=1/2（总质量-整备质量）。因此最终降低Ekg的解决方案是：增加总质量，减少整备质量。

表1 补贴政策

图2 Ekg-续驶里程曲线

对于动力系统来说，电机电控从零部件角度降重的空间并不是很大，主要取决于供应商的平台体系，而从整车角度来说，改变布置形式，是一个切入点。Gx动力系统结构对比如图3所示。

Gx2018款采用了后桥减速箱一体式结构，且驱动电机也集成在后桥之上，这种结构节省了大量的支架、连接板。同时给予电池更大布置空间，十分有利于电池提高能量密度，减少电池质量。

3 动力系统Cruise仿真分析

AVL Cruise软件是用于仿真研究车辆动力性、燃油经济性、排放性能与制动性能的高级仿真分析软件。使用该软件对Gx进行系统仿真，对于改款后是否能同时满足动力经济性和法规项进行一次摸底，再通过摸底结果回推设计指标，是整车设计常规流程和思路。表2为Gx仿真参数。

表2 Gx仿真参数

在仿真界面通过各种选项选择所需要的项目，并在后面输入所需数据，来完成仿真的第一步工作。工况选择CYC_NEDC，下面是相关结论。

从图4可得一个NEDC循环消耗电量2.13度，因此48度电理论上可以行驶22.5个循环，总里程252 km。

计算过程如下：

图4 部分仿真结果

C=48×1000/252=190（电能消耗率）

M =1/2（2810-1610）=600（附加质量）

Ekg =C/M =190/600=0.316（单位载质量能量消耗率）

满足法规项1倍补贴要求。

4 结论

本文通过对N1类纯电动物流车 Gx改款关联参数约束分析，研究了企业做该类车型设计的一般思路：通过对动力经济性和法规两方面进行具体分析，为动力系统详细设计提供参考，并以实例分析具体实现过程。