电动汽车整车性能检测研究进展*

许冀阳 文 昊

（1-陕西工业职业技术学院汽车工程学院 陕西 咸阳 712000 2-陕西省计量科学研究院）

引言

电动汽车是指以车载电源为动力，全部或部分采用电机驱动，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。主要包括纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车[1-2]。

随着德国、英国和法国等国家相继推出禁止销售燃油车的时间表，电动汽车在全球范围内受到了广泛关注，正在改变世界交通运输的未来[3-4]。电动汽车以运行效率高、零排放和低噪声等优点得到快速发展，许多国家把电动化作为汽车工业的发展方向。在我国，随着汽车产销的快速增长，汽车保有量不断增加，传统汽车已成为温室气体和空气污染物排放的来源之一[5-6]。为应对可持续交通、能源安全和气候变化方面的挑战，我国政府将以电动汽车为主的新能源汽车产业上升到国家战略的层面，并出台了一系列政策措施保证其健康发展[7-8]。2015 年，我国新能源汽车产量为34 万辆，销量为33 万辆，产销均居世界第一，并持续保持领先优势[9-10]；2015 年～2019年，我国连续5 年成为全球最大的新能源汽车产销国。2019 年，我国新能源汽车销量为120.6 万辆，其中纯电动汽车销量为97.2 万辆。

电动汽车虽然得到了快速发展，但是在续航里程、动力稳定性和制动能量回收等方面问题依然突出，自燃爆炸、断电停车、碰撞起火等问题频发。2018年发生的电动汽车起火事故多达25 起，引发了极高的公众关注度[11-12]。

为保证电动汽车在各种交通路况、天气环境下能够安全、高效、稳定、可靠行驶，需根据电动汽车构造特性及运行特性，对其进行全面的性能检测、分析和研究。

电动汽车性能检测是进行电动汽车技术开发、产品性能优化和在用车检验不可或缺的重要环节，对电动汽车的产业化和使用评价起着至关重要的作用。

1 电动汽车检测的相关标准

世界上很多国家都非常重视电动汽车的检测和测试工作，在整车动力性、续航里程、能量消耗率、行驶稳定性及制动能量回收性能等方面开展了相关测试和研究，并制定了一系列检测标准，不断提高电动汽车测试评价技术来推动电动汽车的技术革新、产业发展和在用车辆性能评价。

国外的国家汽车标准中，最具有代表性的是美国、欧洲以及日本3 大汽车标准体系[13]。美国汽车工程师协会（SAE）先后发布了电动汽车技术标准51项，包括各类电动车辆安全技术要求以及整车动力性、经济性等方面的测试方法，主要有SAE J1634：2012 《纯电动汽车的能源消耗和里程测试规程》、SAE J1711：2010 《混合动力汽车燃料经济性和排放污染检测推荐规程》[14-16]。欧洲标准化委员会主要负责纯电动汽车和混合动力汽车领域的标准化工作，发布了EN 1821-1、EN 1821-2《电动道路车辆·能耗测量方法》，EN1986-1、EN1986-2 《电动道路车辆·道路行驶性能的测量方法》等。日本政府高度重视纯电动汽车的检测和评价工作，日本电动车辆协会制定了JEVS Z 111-1995 《电动车辆标准能量消耗量试验方法》、JEVS Z 109-1995《电动车辆加速性能试验方法》、JEVS Z 112-1995《电动车辆爬坡能力试验方法》等整车检测标准。

在我国，国家质量监督检验检疫总局先后发布了GB/T 18385-2005 《电动汽车动力性能试验方法》、GB/T 28382-2012 《纯电动乘用车技术条件》、GB/T 18384-2015 《电动汽车安全要求》、GB/T 18386-2017《电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》以及GB/T 35179-2017《在用电动汽车安全行驶性能台架检验方法》5 项国家标准。

2 电动汽车性能检测

电动汽车从开发到整车成型，直到进入市场以及后期的使用性能评价，每个环节都离不开电动汽车性能的检测。目前，国内外电动汽车性能测试的研究方法主要有计算机建模仿真测试、室内试验台架测试和室外真实道路实车测试[17]。电动汽车性能检测主要包括动力系统性能检测、能耗和续航里程检测以及制动能量回收系统检测。

2.1 动力系统性能检测

电动汽车驱动系统作为评价电动汽车性能优劣重要标准之一，决定了电动汽车的能效、距离、速度和加速性能，很多研究人员开展了驱动系统测试平台的测试方法和快速评价方法的研究。

吴海龙等[18]等基于Labview 系统开发了电动汽车动力系统性能测试平台，如图1 所示。

图1 台架性能测试平台系统结构

该测试平台利用9 点控制的动态切换PID 控制策略，能够实现电动汽车不同行驶工况下的负载转矩模拟，对驱动系统在驱动状态下的动力性和发电状态下的制动能量回收系统性能进行测试。测试精度高、性能好，完全满足电动汽车动力系统各性能的测试要求。

周美兰等[19]开发的电动汽车道路工况模拟测试平台，采用双独立控制器实现电机控制，不仅能够实现实时准确地给驱动电机加载，还能模拟汽车制动能量回收系统发电运行，响应时间提升20%，能源利用率超过80%，如图2 所示。

图2 对拖式电动汽车道路工况模拟测试台

满敏等[20]基于高级车辆仿真软件，将整车行驶工况转化为驱动电机工况，设计了电动汽车动力测试平台，实现了整车道路工况试验在电动汽车动力测试平台上的模拟，满足初期电动汽车驱动系统的性能测试与评价。

李炯等[21]基于GPIB 和CAN 总线集散控制系统，设计搭建了电机驱动系统性能测试平台。

柴华等[22]利用XiL（Xin-the-Loop）技术开发了燃料电池汽车动力系统（FCV）的分布式多任务动态测试平台，首次在FCV 领域基于马尔可夫可靠性理论实施了大型综合测试设备主控制器冗余切换策略设计。

通过控制加载电机的负载转矩或负载功率，模拟电动汽车在不同行驶路况下的运行工况，综合评价驱动系统的驱动性能，精度高，可控性好，易实现极限工况下的测试，不受外界环境和驾驶员因素影响，但是与真实道路行驶工况和装车运行测试仍有一定差距。

2.2 能耗与续航里程测试

电动汽车的续航里程与内燃机汽车仍有不小的差距，降低能源消耗，提高续航里程是电动汽车的重点研究方向之一[23]。由于电动汽车与传统内燃机汽车在结构方面有着本质不同，故内燃机汽车的能耗检测和评价方法不能简单应用于电动汽车，很多研究者通过真实道路检测或者开发检测系统来进行纯电动汽车能耗和续航里程检测。

K.Ruangjirakit 等[24]利用2 辆不同的电动汽车分别在实验室和曼谷固定线路的实际道路上，按照新欧洲行驶工况和曼谷行驶工况，进行了不同里程的能耗测试。结果表明，在平均车速为35～45 km/h 时，2 种电动汽车的功耗均最低。

Zhang Heng Jia 等[25]通过对电动汽车和传统汽车在6 个月内的行驶里程进行比较，研究电动汽车的节油效率。结果表明，电动汽车在不同季节、不同平均温度下行驶时，电耗差异很大。在高温或低温下，电耗较大；工作日和休息日的节油效率分别为80.3%和42.2%，电动汽车在工作日的节油效果最好。

D.Karner 等[26]采用AVTA 的基准测试和快速可靠性测试对混合动力汽车的燃油经济性和动力电池退化进行了研究。研究发现，在使用空调时，燃油经济性大幅降低，如表1 所示。混合动力汽车的燃油经济性在季节变化上有10%的差异，而在车辆不同使用寿命期间变化不大。

表1 混合动力汽车燃油经济性

Noh K.H.等[27]采用美国EPA 循环工况法对中混合动力汽车进行了能耗测试和研究。如图3 所示。图中，A、B 为2 辆不同的混合动力汽车。结果表明，能量效率最高的是FTP-75，其后依次是HWFET、SC03、冷FTP-75、US06。FTP-75 循环工况比其他工况具有更高的能量效率，常温FTP-75 工况的能量效率比低温FTP-75 工况高34.3%，一次充电的行驶距离比低温FTP-75 工况高36.7%。

图3 5 种循环工况的能量效率

Jonathan Oakley 等[28]在不同驾驶工况下进行了真实道路检测，评估音箱、空调等汽车附件的使用以及乘客数量对电动汽车的能耗和续航里程的影响。结果表明，空调使用能耗增加约30%；增加总质量为150 kg 的2 名乘客后，能耗增加约21%。另外，交通状况、驾驶习惯、天气状况对能耗也有一定的影响。

J.Restrepo 等[29]在海拔为2 600 m、平均温度为15 ℃的哥伦比亚首都波哥大对电动汽车进行了100次道路测试，研究温度、道路类型、加速度、速度、地形和空调的使用情况对电动汽车能耗和性能的影响。

P.Dost 等[30]基于500 多名测试人员的实际道路测试数据，研究了环境温度对纯电动汽车（BEV）和增程式电动汽车（EREV）能耗的影响。研究发现，BEV 和EREV 的能耗随季节变化，与温度变化密切相关。当温度从25 ℃降至0 ℃时，若开空调取暖，EREV 的平均能耗增加了60%，BEV 的平均能耗增加了51%；如果没有额外能耗，EREV 和BEV 的平均能耗将分别增加30%。

电动汽车能耗和续航里程的真实道路检测更符合车辆的真实运行工况，准确度更高。电动汽车在不同季节、不同温度下，能耗和续航里程不同；空调、音箱等附件的使用对电动汽车的能耗影响较大；在工作日的节油效果最好。

2.3 电动汽车制动能量再生系统测试

制动能量回收系统在电动汽车上应用非常普遍，装车率较高，不仅对能耗产生影响，而且对整车安全性能具有重要意义，故国内外对动汽车制动能量回收效率检测和评价方法进行了很多研究。

Li Chen 等[31]采用NEDC 循环工况在底盘测功机上对3 种电动汽车进行了测试。研究表明，再生制动系统的能量效率提升了11.18%，续航里程提升贡献率为12.58%。

Qiu Chengqun 等[32]采用中国典型城市再生制动循环工况对电动汽车进行了制动能量回收系统的实际道路测试。结果表明，制动能量回收系统对提高能量效率和续航里程的贡献率分别达到41.09%和24.63%。

Li Ning 等[33]研究了电动汽车附件系统能耗对制动能量回收贡献率的影响，在分析纯电动客车、燃料电池客车和混合动力客车3 种典型电动客车能量流的基础上，提出了考虑附件系统制动能量回收效率评价指标。试验结果表明，车辆辅助系统的能耗对制动能量回收贡献率的影响不大。

章艳等[34]进行了NEDC 工况下的制动能量回收效率测试。结果表明，电池、电机参数与整车匹配性较好的纯电动汽车往往能够更好地回收利用制动能量。

王计广等[35]基于制动能量回收时不同能量间的转化关系，提出了制动可回收率、制动转化率、制动回收率3 个能量回收效率评价指标，并通过搭建测试平台对电动汽车进行了NEDC 工况下的制动能量回收效率测试研究。研究发现，制动可回收率和制动回收率受制动初速度和减速度影响较大，制动转化率受初速度和减速度影响较小。同时，指出了NEDC工况在制动能量回收系统测试中的局限性和不足。

初亮等[36]通过制动力和整车能量流分析，提出了制动能量回收率、节能贡献率和续航里程贡献度3个评价指标以及其详细的计算方法，并通过试验验证了评价指标的合理性和稳定性。

制动能量回收系统测试主要基于整车的实际驾驶工况进行道路和台架测试，基本能够反映制动能力回收的效果和性能。目前，虽然在测试与评价方面进行了很多研究和试验，但缺乏统一的评价标准和测试方法，不同的研究提出了不同的评价标准。

3 结束语

已上升到国家战略的电动汽车产业发展规模不断壮大，表现出良好的上升势头。我国电动汽车保有量不断增长，占全球市场50%以上。电动汽车快速增长所面临的安全问题日益凸显，各种性能检测方法和评价标准仍需不断完善。

本文对电动汽车的动力系统、能耗和续航里程、制动能量回收系统的检测方法与评价标准进行了分析和研究，结果发现，目前，电动汽车整车性能检测方面的研究相对较少，电动汽车整车检测与评价还处在探索阶段，没有形成统一的评价标准，很多检测仍然借助传统燃油车整车检测方法和思路，开发针对电动汽车结构特点和运行特性的检测方法成为主要的研究方向。