纯电动汽车如何实现更低的能量消耗
李岩
【摘 要】新补贴政策与NEV积分奖励均加入了对于百公里电耗的考核,所以纯电动车型电耗的水平将决定车型所能享受的补贴额度.本文针对纯电动车如何降低电耗进行分析.
【期刊名称】《汽车电器》
【年(卷),期】2018(000)008
【总页数】4页(P1-4)
【关键词】纯电动汽车;补贴;NEV积分;百公里电耗
【作 者】李岩
【作者单位】长城汽车股份有限公司 河北省汽车工程技术研究中心,河北 保定 071000
【正文语种】中 文
【中图分类】U469.72
2017年9月28日，国家工信部联合财政部、商务部、海关总署、质检总局发布了《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》，该政策明确了新能源汽车实施NEV积分管理。对于纯电动车型， 除续驶里程越长可享受的NEV积分越高（上限为5分）之外，还明确了纯电动乘用车工况条件下百公里电耗满足条件二（m≤1000时，Y≤0.0098×m+0.35；1000＜m≤1600时，Y≤0.0084×m+1.75；m＞1600时，Y≤0.0035×m+9.59）将按照1.2倍计算积分。2017年11月14日，财政部、工信部、发改委、科技部提出了对于纯电动汽车新的补贴政策调整方向，其中电耗作为补贴系数存在，如满足规定的条件二（m≤1000时，Y≤0.0091×m+0.325；1000＜m≤1600时， Y≤0.0078×m+1.625；m＞1600时，Y≤0.00325×m+8.905）将按照1.1倍计算补贴金额。
综上，纯电动车型的电耗直接影响所获得的补贴金额以及可享受的NEV积分，同样电耗也将作为限制门槛来评估产品是否可以上公告和享受补贴。所以，如何让纯电动乘用车实现更低的电耗，对于所有车企至关重要。
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1 电耗定义及影响因素
依据标准GB/T 18386—2017《电动汽车 能量消耗率和续驶里程试验方法》定义，综合工况（NEDC）续驶里程测试结束后，对车辆进行充电，从电网获取的能量除以试验过程中的续驶里程即为电耗：
式中：C——能量消耗率（电耗）；E——充电期间来自电网的能量，kWh；D——试验期间行驶的总距离即续驶里程，km。
通常按单位百公里电耗进行评价，很多人在计算电耗时往往存在用“电池包的电量除以续驶里程”的概念性错误，因为电网的电量并不等于电池包的电量。
从公式（1）可以看出，降低电耗的措施：①减少电网的充电电量；②增大试验续驶里程。
1.1 电网电量影响因素
如图1所示，电网的能量由电表记录得到。能量首先经过充电桩进入充电机，充电机进行整流经过配电箱，大部分能量进入电池包为其充电，同时还有一部分能量经过DC/DC将高压转化为12 V低压为充电期间仍需工作的负载供电，包括水泵、风扇、仪表以及其他处于唤醒的控制器。所以在整个环节中，除了为电池包充电之外，还包括充电桩自身耗电，充电
机、电池包和DC/DC能量转化过程中的效率损失，低压负载消耗。公式如下：
图1 充电能量流揽境
华菱星马汽车集团奔驰s500的价格影响电网电量的因素包括：电池包充进电量，电池包充电效率，低压电器件功率（充电期间），充电时间，DC/DC效率，充电机效率。
1.2 续驶里程影响因素
纯电动车辆唯一的能量来源于电池，而整车在行驶过程中，能量的分布包括克服整车阻力、驱动效率损失及低压负载，如图2所示。如获得更长的续驶里程就要求更多的能量用于驱动，基于汽车理论计算和Cruise经济性仿真模型如图3所示。识别出续驶里程的影响因素见表1。
图2 行驶能量流
图3 Cruise仿真模型
表1 续驶里程影响因素因素 项目 关联风阻迎风面积 造型风阻系数 造型整备质量 轻量化滚
阻轮胎系数 轮胎选型制动盘拖滞扭矩 制动匹配轮毂轴承滚动阻力矩 制动匹配系统效率 电机系统效率 动力系统匹配减速器效率 系统设计负载 低压负载功率 能量管理及标定放电量 电池可用电量 系统设计能量回收电量 系统方案与标定汽车改装节目
2 电耗改善措施分析
基于上述分析，识别出影响电网电量因素6个、影响续驶里程因素11个，其中电池可用电量对于电耗具有双向影响，减小电量可以降低电网电量，但同时能量减少，续驶里程变短，所以本文对电耗的改善分析是基于电池包一定的条件下进行。
2.1 降低电网电量
2.1.1 提高充电机效率
充电机产品通常由供应商来设计、开发，主机厂选型、匹配，我们调研充电机参数信息见表2。
表2 纯电动充电机产品信息科士达 6.6 吉利帝豪EV 95欣锐科技 3.3 江淮IEV5 92 6.6 北汽
EU260 94杭州富特 3.3 日产帅客 94 6.6 众泰 94.5台达 6.6 蔚来ES8 94威迈斯 6.6 吉利帝豪EV 94
通过对目前市场上几款纯电动车型进行测试，充电机在满载运行下，老款产品平均效率为92%～93%，新产品平均效率提升至94%～95%，也就表明这个环节由于产品本身的工作原理存在5%～6%的能量损失。充电机供应商进一步提升充电机的效率主要举措：①半导体器件采用碳化硅MOS或IGBT；②采用LLC谐振拓扑；③冷却系统为双面散热或立体散热。
作为整车厂要实现更低的电耗，在充电机的选型过程中，除了考虑成本，充电效率是一个很关键的指标。
2.1.2 减少低压负载能耗
低压负载能耗由3部分组成，公式如下：
式中：Q——低压负载能耗；P——充电期间低压电器件功率；t——充电时间；η——DC/DC转化效率。
1）低压电器件功率 初步统计充电期间需工作的低压电器件包括以下内容，详见表3。水泵和风扇是最大的耗电器件，部分整车厂采用风冷充电机系统，可以减少此2个部件的消耗；对于水冷式充电机，需要通过热管理精细化标定，控制水泵占空比以及风扇开启条件，在保障充电机温度始终保持合理范围的同时，降低水泵工作功率，而这些细节目前多数主机厂并未重视。以长城某款纯电动车型开发为例，为了满足慢充过程中零部件冷却要求，初步定义水泵与风扇的开启条件见表4。
表3 充电期间低压电器件功率统计零部件 作用 参数/W水泵 冷却充电机 30～60风扇 散热 220 OBC 工作状态下耗电 ＜10 BMS 工作状态下耗电 ＜20 DC/DC 工作状态下耗电 ＜15 VCU 工作状态下耗电 ＜8仪表 充电指示耗电 ＜2