某混合动力车型低温纯电续航能耗分解

王政　丛日振　郭宇辉　谷祥盛　卢振东　周延瑞

摘 要：文章通过对一款混合动力汽车在环境温度25℃、-7℃和-18℃三种温度下进行纯电续航仿真和实测，对比分析了动力电池放电功率点、PTC功耗、DCDC功耗和驱动电机效率差异，结果表明：环境温度-7℃比25℃模拟用户实际工况电耗上升7.4kW·h，-18℃比25℃电耗上升8.3kW·h，低温环境下PTC功耗、DCDC功耗增大，电机效率降低；客户续航感受越差。

关键词：混合动力汽车 低温续驶里程 行驶阻力 PTC功耗 DCDC功耗 起机点SOC

1 引言

近几年来，我国新能源汽车技术取得了重大成就，同时随着市场对新能源汽车的认可，使新能源汽车销量呈现爆发式增长，其中就包括了北方低温地区用户；这也使人们的视线聚焦于北方冬季新能源汽车的纯电续航里程上；其中混动汽车的纯电续航更是聚焦的重点。依据市场信息收集显示，低温环境下新能源汽车纯电续航里程只有25℃常温环境的45%～60%。本文针对25℃、-7℃、-18℃三种温度在同一台车上进行详细的测试和分析，对比说明了三种温度下车辆各高压部件的能耗分配情况，提高大家低温能耗的认知；以及为有实力进行降能耗的单位提供思路。

2 车辆及电池信息

本次试验选用了一款1.5T+39.8kW·h中型混动轿车进行测试分析，详细参数见表1。

3 总体概况

根据研究目的要求，按照时间计划分为四个部分：车辆磨合、道路行驶阻力测试、转鼓纯电续驶里程测试、试验结果及数据分析，详见下文。

3.1 车辆磨合

车辆按照企业标准进行3000km磨合，磨合试验在中汽研盐城汽车试验场进行，包含高、中、低速和制动等路况，磨合的目的是对电机、传动系统、制动卡钳、轮毂轴承和轮胎等进行充分磨合，使车辆达到用户正常使用状态。

3.2 道路行驶阻力测试

车辆完成磨合后在中汽研盐城汽车试验场进行整车行驶阻力测试，用于纯电续驶里程测试转鼓阻力加载。整车行驶阻力测试按照国标执行，使用VBOX设备进行测试，严格按照标准控制环境温度、风速和胎压等边界条件，确保测试结果真实、准确。

3.3 转鼓纯电续驶里程测试

按照表2试验策划进行试验，采用GLTC循环路谱，按照路普进行循环测试，直至发动机启机试验结束

说明：GLTC为模拟客户实际道路驾驶制定的路谱（如图1），低速工况更多，循环时间与WLTC相同。

3.4 纯电续驶里程结果

3.4.1 仿真分析结果

如表3显示，在25℃、-7℃、-18℃温度，开空调仿真续航里程与目标官宣里程分别相差7.6km、93.2km、126.68km，续航降幅依次是3.45%、42.36、57.58%。

3.4.2 实车转股纯电续驶里程测试

见表4，实车测试25℃、-7℃、-18℃车辆的开空调纯电行驶里程与官宣续航里程差值分别为14.1km、101.6km、131.99km；实际续航里程降幅 6.941%、46.18%、60%。

3.5 数据分析

试验过程中对GLTC循环实测动力电池放电功率、驱动电机、PTC和DCDC功率进行数据采集，对比分析各模块的功耗占比。

3.5.1 发动机起机点对比

从图2中可以看出，在25℃、-7℃、-18℃时，发动机启动时对应的电池SOC点依次为10%、13%、17.7%；从数据可知，随着温度的降低车辆预留的电池电量越多。这是因为低温下，电池欧姆极化、浓差极化以及电化学极化增大，导致低温时电池放电容量和放电能力降低；为增加电池放电能力和防止低温条件电池极化，在整车上表现为温度降低起机点对应的SOC增高，预留更多的电池能量以保障低温条件下一次驾驶循环的正常使用。

3.5.2 电池放电能量对比

图3显示GLTC常温（25℃）工况比-7℃多放出6.549kW·h、比-18℃多放出9.472kW·h；该现象说明温度越低整车控制动力电池实际放出电量越少，这也是影响低温纯电续航里程的重要因素之一。

3.5.3 PTC能耗对比

如图4显示在25℃、-7℃、-18℃时PTC加热能耗分别为0.712kW·h、7.431Kw·h、8.373Kw·h，在电池放电总量中占比依次为1.96%、24.91%、31.12%。

3.5.4 DCDC以及驱动电机能耗对比

对车辆DCDC能耗进行分析，见图5；GLTC整个续航测试：25℃、-7℃、-18℃条件下DCDC能耗分别为3.135kW·h、1.696kW·h、2.159kW·h，纯电续航能耗占比8.62%、5.69%、8.02%。25℃车辆纯电续航时间7.25小时，体现总体能耗相对低温较高；-7℃、-18℃续航时间分别为3.96h和3.02h，-18℃环境下整车续航测试初期动力电池开起加热功能，电池冷却液水泵等低压负载开起，增加了低压功耗；因此体现了-18℃低压功耗高于-7℃。

从图5可以看出，扣除DCDC、PTC以及低温起机点对电池放电能量的损耗，最后输出给驱动电机的能量在25℃、-7℃、-18℃分别为31.729kW·h、20.454kW·h、16.195kW·h，与电池放出能量占比为87.21%、68.56%、60.18%。

3.5.5 -18℃环境GLTC单循环能耗

图6显示，-18℃环境GLTC第一个循环（30min）驱动电机、PTC和DCDC能耗分别是3.147kW·h、2.98kW·h和0.394kW·h，分别占电池放电能量48.1%、45.68%和6.03%；低温环境下车辆前期电池放电能量能用于驱动的功率不到一半。

4 结论

（1）随着温度的降低，整车纯电续航里程数随之降低。

（2）因电池放电特性影响，温度越低整车控制预留电池能量越高，PTC加热能耗越高。

（3）低温短途行驶（上班），电池放电能量供给驱动电机使用的只有48.1%，加上低温条件下驱动电机以及传动系效率问题，实际用于车轮驱动能量不足40%。

（4）为了增加整车纯电续航里程，降低起机点SOC和PTC功耗是解决这一问题的有效途径；但降低车辆起机点SOC可能会造成低温条件下电池放电能力不足影响整车驾驶体验；降低PTC能耗势必影响舒适性；如何在起机SOC点和PTC能耗之间找到平衡仍需继续探索。

参考文献：

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