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影響純電動汽車?yán)m(xù)航里程的因素有哪些?

汽車電子設(shè)計 ? 來源:汽車電子設(shè)計 ? 作者:汽車電子設(shè)計 ? 2021-06-28 11:19 ? 次閱讀
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所以本文分為兩部分,先說一下影響續(xù)航里程的因素,再結(jié)合這些參數(shù)說一下實測情況,比較一下差異。對背景知識比較了解的,可以直接跳到第二部分。

一 、背景知識(續(xù)航里程受哪些方面影響)

純電動汽車,最為關(guān)鍵的選購參數(shù)之一是它的續(xù)航里程,往往最具有爭議的,也是這個續(xù)航里程。

標(biāo)稱的續(xù)航里程和真實里程為什么會有差異?又有多少差異呢?先簡單明確一下這個問題。

續(xù)航里程定義是指,汽車在動力電池完全充電(儀表盤顯示充滿)的狀態(tài)下,以一定的行駛工況,連續(xù)行駛的最大距離。

爭議的原因主要在于測試標(biāo)準(zhǔn)里的行駛工況。目前常用的工況如下:

(1)歐盟NEDC工況,全球的主流測試標(biāo)準(zhǔn)之一。目前國內(nèi)的工況標(biāo)準(zhǔn)(GB18386-2017《電動汽車能量消耗率和續(xù)航里程試驗方法》)主要是參考NEDC標(biāo)準(zhǔn)制定。

(2)美國EPA工況,全球的主流測試標(biāo)準(zhǔn)之一。也是最嚴(yán)格的測試標(biāo)準(zhǔn),針對純電續(xù)航里程測試,NEDC與EPA 的續(xù)航測試結(jié)果差距在10-15%左右。

(3)WLTP工況。

(4)JC08,僅在日本地區(qū)采用。

關(guān)于這些標(biāo)準(zhǔn),前面的答主都有一定的說明,就不多分析了。

影響續(xù)航里程的因素,可分為車輛使用(其實就是工況)和整車設(shè)計兩大方面。

從車輛使用的角度來說,用戶的駕駛習(xí)慣和使用環(huán)境等因素,跟標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工況肯定存在差異。這個很容易理解:環(huán)境溫度的變化,不同的駕駛員、不同的載重,在不一樣的道路上,續(xù)航里程存在偏差。所以很多關(guān)于續(xù)航里程不準(zhǔn)的爭議,也是直接針對標(biāo)準(zhǔn)的工況是否合適的爭議。

從整車設(shè)計方面來看,還有以下三個大的影響因素:性能設(shè)計、動力系統(tǒng)、整車的系統(tǒng)優(yōu)化:

簡單說一下這幾個方面。

第一,性能設(shè)計

純電動汽車在行駛過程中,受到的阻力越大,用于克服阻力而消耗的蓄電池電能就越多,相應(yīng)的續(xù)航能力就越差。減小阻力,在提高純電動汽車的動力性以及續(xù)航能力方面,有著重要的作用。那么,汽車行駛過程中,受到的阻力有哪些呢?主要包括:

1)首先,汽車在水平道路上,勻速行駛時,必須克服來自地面的滾動阻力和來自空氣的阻力;

2)當(dāng)汽車在坡道上,向上坡行駛時,還必須克服重力沿坡道的分力,稱為坡阻;

3)還有,汽車加速行駛時,需要克服加速阻力。

對于空氣阻力和滾動阻力,我們一般用風(fēng)阻系數(shù)和滾阻系數(shù)來評價性能好壞。這個系數(shù),可以看成是汽車行駛阻力與車速平方之間的比值,同樣速度下系數(shù)大的汽車阻力就大,消耗功率大;反之,風(fēng)阻和滾阻系數(shù)越小車阻力就小,消耗功率也小。,意味著,其它條件不變的情況下,純電動汽車的耗電量越小,或者相同耗電量下速度越快。

要想減小風(fēng)阻系數(shù),一是要從整車的造型設(shè)計著手去優(yōu)化,合理的車身形狀,可以減小迎風(fēng)面積,降低空氣阻力系數(shù),進(jìn)而降低整車空氣阻力。。另一方面,是車輛的制造精度。 車身曲面質(zhì)量越高,車身越光滑,風(fēng)阻系數(shù)就越小。曲面質(zhì)量取決于工程結(jié)構(gòu)設(shè)計、以及模具制造工藝。

減小滾動阻力系數(shù)也是從兩方面入手,一是降低整車質(zhì)量,控制總的質(zhì)量,可以降低滾阻,進(jìn)而降低車輛能耗。電動汽車性能優(yōu)化中,需要對整備質(zhì)量進(jìn)行管理,有輕量化的要求,其目的之一,是為減少滾動阻力。另一個方面,是選用低滾阻輪胎。隨便說一句,在當(dāng)前純電動汽車的研發(fā)難點普遍集中在續(xù)駛里程的提升上,而受困于電池技術(shù),找不到特別行之有效的解決方法時,針對純電動車型采用更低滾動阻力的輪胎,成了提升電動汽車?yán)m(xù)駛里程一個有效的辦法。

第二動力系統(tǒng)

純電動汽車是通過驅(qū)動電機(jī)將動力電池中的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,從而驅(qū)動車輛行駛。

因此續(xù)航里程與電動汽車的三電系統(tǒng)(電池、電驅(qū)、電控)是直接相關(guān):

(1)電池系統(tǒng)

動力電池的容量,直接決定了續(xù)航里程的長短。

提高電動汽車?yán)m(xù)航里程最直接的方法,就是增加電池容量,但這個數(shù)值不能無限地增加。這是因為,站在整車布置的角度,需要考慮 每單位瓦時(Wh)所占據(jù)的空間,這將決定在車身有限的位置里,能放多少電池;而每單位瓦時(Wh)的重量,則決定了電動汽車?yán)锩骐姵氐闹亓空急取K詣恿﹄姵亟M的 “每升單位瓦時”(Wh/L)和“每千克單位瓦時”(Wh/kg)就是考察容量的核心要素。

另外,電池系統(tǒng)的溫度過高或者過低,也會影響到續(xù)航的。為了降低電池發(fā)熱,以及環(huán)境溫度的影響,電池系統(tǒng)還需要做穩(wěn)定的熱管理,主要任務(wù)有:

? 絕熱:既要讓電池系統(tǒng)與外界環(huán)境隔絕,免受外部高溫或者低溫的影響;

?散熱:又要將在電池處于工作狀態(tài)時,產(chǎn)生的熱量及時向外散發(fā);

?均熱:同時,電池模組之間還需要盡可能保證溫度的一致性,電芯在不同溫度狀態(tài)下有特性上的差異,保持溫度一致才能最大限度發(fā)揮電池組特性。

在相同的電池容量下,越穩(wěn)定的電池溫度越能保證續(xù)航里程。

(2)電驅(qū)動系統(tǒng),主要包含驅(qū)動電機(jī)、控制器逆變器和減速器等等。它的效率根據(jù)輸入功率和輸出功率的比值來確定的。

當(dāng)電池容量確定后,在相同的電壓下,輸出能量的高低就由驅(qū)動系統(tǒng)的效率來決定的,各個車企都會充分挖掘電機(jī)效率、電控效率,來達(dá)到優(yōu)化能耗、提高續(xù)航里程的目的。

(3)整車控制系統(tǒng):主要是指協(xié)調(diào)電池、驅(qū)動系統(tǒng)和底盤剎車能量回收的關(guān)系。在頻繁加速、減速的工況下,可以根據(jù)電池的狀態(tài)、剎車需求來動態(tài)調(diào)整能量回收(制動能量回收)的比例,從而提高能量利用效率。

電動汽車的制動能量回收策略,將會直接增加車輛的續(xù)駛里程

第三,系統(tǒng)優(yōu)化

這個比較復(fù)雜,只能簡單說說系統(tǒng)優(yōu)化。

在動力系統(tǒng)開發(fā)的最后階段,整車集成的過程中,工程上需要付出很多的努力,不僅要守住之前的整車減重目標(biāo),還要根據(jù)不同的工況的標(biāo)定,在VCU上對于整車控制進(jìn)行優(yōu)化。

這是由于不同的工況下,電池耗費的能量完全不同,在電池管理系統(tǒng)和VCU里面就需要有專門的軟件,來預(yù)測可行駛里程。這種預(yù)測能力,也是車企研發(fā)能力的體現(xiàn)。

VCU作為核心控制部件,是整車企業(yè)的軟件算法和控制核心。在續(xù)航里程方面,VCU需要做的工作是:

? 控制能量管理與動力分配,提高系統(tǒng)綜合效能;

? 控制制動能量回饋,回饋力度調(diào)節(jié);

因此在優(yōu)化階段,主要是標(biāo)定車輛的不同工作模式,協(xié)調(diào)整車的動力性和續(xù)航里程的燃油經(jīng)濟(jì)性。還要通過智能的能量管理策略來增加整車的續(xù)駛里程。

最后,小結(jié)一下第一部分:純電動汽車的續(xù)航里程,從汽車設(shè)計的層面上來說,不僅僅是和電池容量直接相關(guān),其實背后不僅有傳統(tǒng)汽車設(shè)計中,對汽車造型和制造工藝的不斷打磨;更有在軟件層面上,系統(tǒng)算法的全面優(yōu)化和提升。

從實際使用工況來說,測試標(biāo)準(zhǔn)的工況和實際使用有存在較大差異,所以,導(dǎo)致最后實測值與發(fā)布的標(biāo)稱值不能對應(yīng)。

二、小鵬P7 實測續(xù)航里程

前面有答主(@張抗抗)貼了一個圖,是易車2020年度實測EV汽車?yán)m(xù)航偏差率——定義為實際里程與工信部續(xù)航里程的偏差(NEDC)/工信部續(xù)航里程,小鵬P7超長版的偏差率是16.6%,在測試的的約20款車中排名中等,比較有意思的是,四驅(qū)高性能版本排名靠前,Model 3 墊底。

先看看P7的一些參數(shù),為方便說明,也挑了幾個熱門車型的數(shù)據(jù)作為對比。

車型風(fēng)阻系數(shù)電池容量標(biāo)稱續(xù)航里程

(km)轎車類型

小鵬P7

(超長續(xù)航版)0.2481kWh670km中型

特斯拉Medel 30.2355kWh468km緊湊型

蔚來ES80.2984kWh485km中大型

從參數(shù)可以看出,續(xù)航里程在類似的車型下(P7 和Model3),和電池容量正相關(guān)性明顯。但一旦車型變大,風(fēng)阻也大了,相似的續(xù)航里程需要更多的電池容量作為支撐(ES8 和Model3)

再說說實際開的情況。

這車剛拿回來的時候,是給老婆練車的。當(dāng)時是春天,溫度適應(yīng),沒有開空調(diào)。

從市區(qū)到郊區(qū)的老家,單程70km,有60公里的高速或高架(延安高架+G50),路況較好,剩下10公里是郊區(qū)的二級公路;來回實際跑140公里,表顯200公里, 相當(dāng)于7折。

【說明一下,老婆雖然號稱“新手”,其實很久之前也是練過一段時間的本本族,所以符合上高速的規(guī)定】

(圖 新手女司機(jī)的里程消耗)

這兩天我爸開同樣的路回去,開了空調(diào),也是路況較好的時候。我爸作為多年的老司機(jī),實際從徐匯到青浦65公里路,表顯掉了85公里,差不多8折左右。果然老司機(jī)就是不一樣

另外,上周末兩天老婆練車,一次去了青浦萬達(dá)廣場來回,一次去了奉賢的養(yǎng)蜂場,整個實際距離大概在200公里左右,因為大部分多是高速,表顯600公里掉了270公里,這里既有開空調(diào)的原因,而擁有高速的原因,總體來看新手女司機(jī)技術(shù)進(jìn)步了一點。

當(dāng)然我們作為自己日常開車,就沒有去嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y試從充滿開到趴窩的臨界值了。

但從以上的數(shù)據(jù)可以看出,無論是工信部標(biāo)稱的純電續(xù)航,還是各種機(jī)構(gòu)的實測數(shù)據(jù),都只能作為基準(zhǔn)參考值。在實際操作層面,要想開出接近標(biāo)稱的續(xù)航里程,首先要司機(jī)技術(shù)好[手動狗頭]。

購買的時候,續(xù)航里程作為購買參數(shù),還是有比較上的意義。作為生活中的實際開車,表顯的續(xù)航里程,我們還是拿來當(dāng)作電池的電量估計來看比較合理,類似手機(jī)的百分之幾的電量,留出充足的到充電樁的時間和距離。

責(zé)任編輯:haq

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原文標(biāo)題:純電動汽車的續(xù)航受到哪些因素影響?

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