電動汽車整車性能評價技術及測試方法研究

劉洪思

摘 要：純電動汽車整車性能擁有很多評價指標。但是在這些指標中消費者最為關注的主要是動力性、經濟性和續(xù)駛里程這三項測試評價指標。本文對以上三項性能評價參數以及測試方法進行分析。

關鍵詞：電動汽車;整車性能;評價指標;測試方法

1 整車性能評價參數分析

1.1 動力性能評價參數分析

電動汽車的動力性是電動汽車最基本、最重要的性能指標之一。根據電動汽車相關國家檢測標準，電動汽車的動力性能主要包括車輛最高車速、30分鐘最高車速、爬坡車速、坡道起步能力、加速能力。其中最高車速是用來表示汽車可以往返分別連續(xù)行駛至少1千米里程的最高車速平均值，30分鐘最高車速則用來表示車輛可以連續(xù)行駛至少30分鐘的最高車速的平均值，加速能力則是指車輛由某一車速加速到另一車速所耗費的最少使用時間，爬坡車速是指車輛在指定坡度的跑道上持續(xù)行駛 1千米以上的最高平均車速，坡道起步能力是指車輛在坡道上能夠起動且 1min內向上行駛至少10米的最大坡度 。這些測試項目繁瑣復雜，不便于對電動汽車進行分析。由于電動汽車動力來源于驅動電機的輸出功率，經過整車內部損耗后最終通過驅動輪輸出。而驅動電機的不同，將會直接影響到電動汽車的加速、爬坡等能力。所以為了方便檢測配備不同驅動電機的電動汽車的動力性能，將驅動輪輸出功率與相應的動力系統(tǒng)額定功率的百分比作為純電動汽車的動力性能評判標準。這樣可以簡單、方便、有效的對電動汽車的動力性能進行相同的評判。當電動汽車需要更為強勁的動力時，只需要配備相應驅動電機和電池組即可。

1.2 經濟性能評價參數分析

電動汽車的經濟性指標將電動汽車在一定的工況下以恒定車速行駛或者某一循環(huán)工況行駛時，在一定長度的路程上所消耗的電池電能作為檢測和評價指標。電動汽車的經濟性評價指標很多。但是以純電動汽車為例，該評價參數主要有每公里消耗電能、續(xù)駛里程等。與其他采用多能源的混合動力車輛不同，純電動車輛采用電池組作為唯一能量來源，因此電池組本身攜帶的能量不同，續(xù)駛里程也不同。所以本文中只考慮采用單位里程能量消耗作為經濟性能評價指標。單位里程能量消耗越少，說明電動汽車更加節(jié)能，更經濟。

1.3 續(xù)駛里程影響因素指標分析

純電動汽車作為一種節(jié)能和零排放的交通工具成為了人們未來理想的代步工具。但純電動汽車的續(xù)駛里程較短，這嚴重制約了純電動汽車的應用 ，所以迫切需要對影響純電動汽車續(xù)駛里程的因素進行分析。根據能量守恒定律，純電動汽車在平直道路上勻速行駛時，電池能量經過純電動汽車動力系統(tǒng)損耗后輸出的剩余能量等于純電動汽車驅動力所做的功。

續(xù)駛里程受到電池總電壓，總容量，實際放電深度，放電效率，電機效率，傳動效率，車身重量，道路滾動阻力系數，空氣阻力系數，迎風面積，車速等眾多因素影響。其中電池的放電效率較為復雜，它不僅受到環(huán)境溫度的影響，還和放電電流、放電深度有關，甚至不同類型的電池的效率也不同 。為了保護動力電池，避免電池過度放電，電池放電深度設為 80% 。電機實際效率與電機類型和電機功率有一定關系。不同類型的電機的效率存在不同，同時不同額定功率的電機工作在同一工況下效率也會不同?？紤]到實際試驗條件，本文簡化續(xù)駛里程影響因素分析因素，僅僅選取電池總電壓、電池總容量、車重、車速、電機類型、電機功率等因素進行試驗分析。通過臺架實驗，進一步了解續(xù)駛里程影響因素對純電動汽車續(xù)駛里程的影響，并進行評價和分析。

2 測試方法分析

2.1 動力性臺架測試方案的確定

測試中通過臺架設備來檢測驅動輪輪邊輸出功率，然后利用該參數與相應的車輛額定功率的比值作為輸出功率的限值。試驗工況采用動力系統(tǒng)在額定功率轉速下所對應的直接檔車速構成的工況。 當驅動電機以額定功率和轉速運轉時，驅動電機輸出功率經過汽車傳動系統(tǒng)后由驅動輪輸出。此時驅動電機工作在額定功率下，驅動輪輸出功率可以通過檢測相關參數通過計算間接得到。 由于車速與驅動電機轉速的關系一定，所以可以控制車速，使后者工作在額定轉速下。

具體試驗方法如下：在試驗開始前，將電動汽車動力電池組放電或充電，使電池組電壓達到驅動電機額定工作電壓。設置測功機初始加載力為 0N，將預熱好的車輛平穩(wěn)駛上底盤測功機并擺正，逐步加速，直到踩下加速踏板，使車速盡可能的接近 70km/h，觀察放電電流大小，然后停止試驗。根據放電電流的大小，不斷調整加載力，直到車速接近在 70km/h，此時電池放電電流達到額定放電電流，然后行駛一段時間后，停止試驗。通過測量加載力、車速并根據以上各計算公式，計算可以獲得機械傳動系效率，即驅動電機工作在額定功率及轉速下時，驅動輪輸出功率與驅動電機額定功率的比值。

2.2 經濟性臺架測試方案的確定

本文采用在指定工況下純電動汽車每公里消耗的電池電能作為純電動汽車經濟性能的檢測評價指標，單位為 kWh/km。試驗工況為底盤測功機的模擬道路工況，采用電池監(jiān)測系統(tǒng)采集電能消耗數據。 根據相關國家標準， 當車輛的最高車速低于100 km/h時， 其采用（40±2） km/h的等速試驗。由于試驗對象的理論最高車速不超過60 km/h，因此設置試驗工況車速為 40km/h。滿載的純電動汽車在臺架上模擬試驗時，盡可能使車速達到或者接近指定的測試車速，然后通過臺架給車輛施加一定的加載力，模擬車輛以恒定速度行駛在平坦良好路面上的受力情況。根據試驗要求，計算試驗加載力。

具體試驗方法如下：車輛在試驗前應該按GB/T 18385的規(guī)定進行充電。充電后的行駛里程不大于50公里，并在充電后 4h之內開始試驗。通過臺架施加加載力13N，使汽車以直接擋（無直接擋用最高擋）以規(guī)定的檢測車速運轉，車速穩(wěn)定后開始測量，按照40km/h速度進行試驗，測量電池放電電能、放電時間或行駛距離，直到車速無法達到36 km/h時終止試驗，記錄車輛行駛的路程D，單位采用 km 表示，同時記錄放電電能 E，單位采用 kWh。然后根據公式C=E/D計算每公里耗電量C（kWh km）。

2.3 續(xù)駛里程影響因素測試方案的確定

考慮到實際試驗條件，本文簡化續(xù)駛里程影響因素分析因素，僅僅選取電池總電壓、電池總容量、車重、車速等因素進行仿真分析。通過臺架實驗，進一步了解續(xù)駛里程影響因素對純電動汽車續(xù)駛里程的影響，并進行評價和分析。

具體試驗方案如下：為了研究電池總電壓對續(xù)駛里程的影響，我們采用相同規(guī)格的單體電池對動力電池組進行重新串聯，在保持總容量不變的情況下，改變總電壓分別為87V，96V，111V，123V，135V，147V，在臺架上模擬純電動汽車在平直道路上以40km/h的勻速工況行駛，當電池放電深度達到80%，停止行駛，記錄相關數據。為了研究電池總容量對續(xù)駛里程的影響，我們采用相同規(guī)格的單體電池對動力電池組進行重新并聯，在保持總電壓不變的情況下，改變總容量分別為75 Ah，150 Ah，225 Ah，300Ah，在臺架上模擬純電動汽車在平直道路上以40km/h的勻速工況行駛， 當電池放電深度達到80%， 停止行駛，記錄相關數據。為了研究車重對續(xù)駛里程的影響，采用沙包來調整車重，使車重分別為 1.2t，1.4t，1.6t，1.8t，2t，在臺架上模擬純電動汽車在平直道路上以40km/h的勻速工況行駛，當電池放電深度達到80%，停止行駛，記錄相關數據。為了研究車速對續(xù)駛里程的影響，對保持試驗對象不改變下，在臺架上分別模擬純電動汽車在平直道路上以20km/h、 30km/h、 40km/h、 50km/h、 60km/h、 70km/h的勻速工況行駛，當電池放電深度達到 80%，停止行駛，記錄相關數據。在測量不同車重下的續(xù)駛里程。在斷電和穿戴好安全作業(yè)裝備的情況下，分別將額定功率為7.5kw、12kw、15kw、20kw、25kw的串勵電機及其控制系統(tǒng)安裝到電動汽車上，然后充滿電，在臺架上進行40km/h的勻速工況行駛，當放電深度達到 80%情況下，停止試驗，分別記錄續(xù)駛里程。同樣在斷電和穿戴好安全作業(yè)裝備的情況下，分別將額定功率為7.5kw的串勵電機、交流電機、永磁電機及其控制系統(tǒng)安裝到電動汽車上，充滿電，在臺架上進行40km/h的勻速工況行駛，當放電深度達到80%情況下，停止試驗，分別記錄續(xù)駛里程。

3 結論

從全球能源危機，我國機動車數量的增加導致對石油資源的嚴重依賴和日益嚴重的環(huán)境污染，以及國家對電動汽車發(fā)展的支持和目前電動汽車存在的不足等幾方面分析了純電動汽車整車性能測試和分析研究的必要性。 本文提出了采用臺架試驗方法，進行整車性能測試和分析并提出了具體的測試方案，具有一定的借鑒意義。

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