电动汽车整车性能评价技术及测试方法研究

刘洪思

摘 要：纯电动汽车整车性能拥有很多评价指标。但是在这些指标中消费者最为关注的主要是动力性、经济性和续驶里程这三项测试评价指标。本文对以上三项性能评价参数以及測试方法进行分析。

关键词：电动汽车;整车性能;评价指标;测试方法

1 整车性能评价参数分析

1.1 动力性能评价参数分析

电动汽车的动力性是电动汽车最基本、最重要的性能指标之一。根据电动汽车相关国家检测标准，电动汽车的动力性能主要包括车辆最高车速、30分钟最高车速、爬坡车速、坡道起步能力、加速能力。其中最高车速是用来表示汽车可以往返分别连续行驶至少1千米里程的最高车速平均值，30分钟最高车速则用来表示车辆可以连续行驶至少30分钟的最高车速的平均值，加速能力则是指车辆由某一车速加速到另一车速所耗费的最少使用时间，爬坡车速是指车辆在指定坡度的跑道上持续行驶 1千米以上的最高平均车速，坡道起步能力是指车辆在坡道上能够起动且 1min内向上行驶至少10米的最大坡度 。这些测试项目繁琐复杂，不便于对电动汽车进行分析。由于电动汽车动力来源于驱动电机的输出功率，经过整车内部损耗后最终通过驱动轮输出。而驱动电机的不同，将会直接影响到电动汽车的加速、爬坡等能力。所以为了方便检测配备不同驱动电机的电动汽车的动力性能，将驱动轮输出功率与相应的动力系统额定功率的百分比作为纯电动汽车的动力性能评判标准。这样可以简单、方便、有效的对电动汽车的动力性能进行相同的评判。当电动汽车需要更为强劲的动力时，只需要配备相应驱动电机和电池组即可。

1.2 经济性能评价参数分析

电动汽车的经济性指标将电动汽车在一定的工况下以恒定车速行驶或者某一循环工况行驶时，在一定长度的路程上所消耗的电池电能作为检测和评价指标。电动汽车的经济性评价指标很多。但是以纯电动汽车为例，该评价参数主要有每公里消耗电能、续驶里程等。与其他采用多能源的混合动力车辆不同，纯电动车辆采用电池组作为唯一能量来源，因此电池组本身携带的能量不同，续驶里程也不同。所以本文中只考虑采用单位里程能量消耗作为经济性能评价指标。单位里程能量消耗越少，说明电动汽车更加节能，更经济。

1.3 续驶里程影响因素指标分析

纯电动汽车作为一种节能和零排放的交通工具成为了人们未来理想的代步工具。但纯电动汽车的续驶里程较短，这严重制约了纯电动汽车的应用 ，所以迫切需要对影响纯电动汽车续驶里程的因素进行分析。根据能量守恒定律，纯电动汽车在平直道路上匀速行驶时，电池能量经过纯电动汽车动力系统损耗后输出的剩余能量等于纯电动汽车驱动力所做的功。

续驶里程受到电池总电压，总容量，实际放电深度，放电效率，电机效率，传动效率，车身重量，道路滚动阻力系数，空气阻力系数，迎风面积，车速等众多因素影响。其中电池的放电效率较为复杂，它不仅受到环境温度的影响，还和放电电流、放电深度有关，甚至不同类型的电池的效率也不同 。为了保护动力电池，避免电池过度放电，电池放电深度设为 80% 。电机实际效率与电机类型和电机功率有一定关系。不同类型的电机的效率存在不同，同时不同额定功率的电机工作在同一工况下效率也会不同。考虑到实际试验条件，本文简化续驶里程影响因素分析因素，仅仅选取电池总电压、电池总容量、车重、车速、电机类型、电机功率等因素进行试验分析。通过台架实验，进一步了解续驶里程影响因素对纯电动汽车续驶里程的影响，并进行评价和分析。

2 测试方法分析

2.1 动力性台架测试方案的确定

测试中通过台架设备来检测驱动轮轮边输出功率，然后利用该参数与相应的车辆额定功率的比值作为输出功率的限值。试验工况采用动力系统在额定功率转速下所对应的直接档车速构成的工况。 当驱动电机以额定功率和转速运转时，驱动电机输出功率经过汽车传动系统后由驱动轮输出。此时驱动电机工作在额定功率下，驱动轮输出功率可以通过检测相关参数通过计算间接得到。 由于车速与驱动电机转速的关系一定，所以可以控制车速，使后者工作在额定转速下。

具体试验方法如下：在试验开始前，将电动汽车动力电池组放电或充电，使电池组电压达到驱动电机额定工作电压。设置测功机初始加载力为 0N，将预热好的车辆平稳驶上底盘测功机并摆正，逐步加速，直到踩下加速踏板，使车速尽可能的接近 70km/h，观察放电电流大小，然后停止试验。根据放电电流的大小，不断调整加载力，直到车速接近在 70km/h，此时电池放电电流达到额定放电电流，然后行驶一段时间后，停止试验。通过测量加载力、车速并根据以上各计算公式，计算可以获得机械传动系效率，即驱动电机工作在额定功率及转速下时，驱动轮输出功率与驱动电机额定功率的比值。

2.2 经济性台架测试方案的确定

本文采用在指定工况下纯电动汽车每公里消耗的电池电能作为纯电动汽车经济性能的检测评价指标，单位为 kWh/km。试验工况为底盘测功机的模拟道路工况，采用电池监测系统采集电能消耗数据。 根据相关国家标准， 当车辆的最高车速低于100 km/h时， 其采用（40±2） km/h的等速试验。由于试验对象的理论最高车速不超过60 km/h，因此设置试验工况车速为 40km/h。满载的纯电动汽车在台架上模拟试验时，尽可能使车速达到或者接近指定的测试车速，然后通过台架给车辆施加一定的加载力，模拟车辆以恒定速度行驶在平坦良好路面上的受力情况。根据试验要求，计算试验加载力。

具体试验方法如下：车辆在试验前应该按GB/T 18385的规定进行充电。充电后的行驶里程不大于50公里，并在充电后 4h之内开始试验。通过台架施加加载力13N，使汽车以直接挡（无直接挡用最高挡）以规定的检测车速运转，车速稳定后开始测量，按照40km/h速度进行试验，测量电池放电电能、放电时间或行驶距离，直到车速无法达到36 km/h时终止试验，记录车辆行驶的路程D，单位采用 km 表示，同时记录放电电能 E，单位采用 kWh。然后根据公式C=E/D计算每公里耗电量C（kWh km）。

2.3 续驶里程影响因素测试方案的确定

考虑到实际试验条件，本文简化续驶里程影响因素分析因素，仅仅选取电池总电压、电池总容量、车重、车速等因素进行仿真分析。通过台架实验，进一步了解续驶里程影响因素对纯电动汽车续驶里程的影响，并进行评价和分析。

具体试验方案如下：为了研究电池总电压对续驶里程的影响，我们采用相同规格的单体电池对动力电池组进行重新串联，在保持总容量不变的情况下，改变总电压分别为87V，96V，111V，123V，135V，147V，在台架上模拟纯电动汽车在平直道路上以40km/h的匀速工况行驶，当电池放电深度达到80%，停止行驶，记录相关数据。为了研究电池总容量对续驶里程的影响，我们采用相同规格的单体电池对动力电池组进行重新并联，在保持总电压不变的情况下，改变总容量分别为75 Ah，150 Ah，225 Ah，300Ah，在台架上模拟纯电动汽车在平直道路上以40km/h的勻速工况行驶， 当电池放电深度达到80%， 停止行驶，记录相关数据。为了研究车重对续驶里程的影响，采用沙包来调整车重，使车重分别为 1.2t，1.4t，1.6t，1.8t，2t，在台架上模拟纯电动汽车在平直道路上以40km/h的匀速工况行驶，当电池放电深度达到80%，停止行驶，记录相关数据。为了研究车速对续驶里程的影响，对保持试验对象不改变下，在台架上分别模拟纯电动汽车在平直道路上以20km/h、 30km/h、 40km/h、 50km/h、 60km/h、 70km/h的匀速工况行驶，当电池放电深度达到 80%，停止行驶，记录相关数据。在测量不同车重下的续驶里程。在断电和穿戴好安全作业装备的情况下，分别将额定功率为7.5kw、12kw、15kw、20kw、25kw的串励电机及其控制系统安装到电动汽车上，然后充满电，在台架上进行40km/h的匀速工况行驶，当放电深度达到 80%情况下，停止试验，分别记录续驶里程。同样在断电和穿戴好安全作业装备的情况下，分别将额定功率为7.5kw的串励电机、交流电机、永磁电机及其控制系统安装到电动汽车上，充满电，在台架上进行40km/h的匀速工况行驶，当放电深度达到80%情况下，停止试验，分别记录续驶里程。

3 结论

从全球能源危机，我国机动车数量的增加导致对石油资源的严重依赖和日益严重的环境污染，以及国家对电动汽车发展的支持和目前电动汽车存在的不足等几方面分析了纯电动汽车整车性能测试和分析研究的必要性。 本文提出了采用台架试验方法，进行整车性能测试和分析并提出了具体的测试方案，具有一定的借鉴意义。

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