摘要：純電動汽車的續(xù)駛里程是電動汽車重要評價指標，其動力電池性能是影響純電動汽車續(xù)駛里程重要因素，純電動汽車成本較高、續(xù)駛里程較短是其影響大力發(fā)展的主要瓶頸。當前，純電動汽車動力電池正經(jīng)歷突破性進展，隨著電池技術(shù)迎來突破，在成本保持不變的條件下大幅提高續(xù)駛里程，未來純電動汽車有望得到大力普及。

關(guān)鍵詞：輕型純電動汽車;續(xù)駛里程;動力電池;溫度

中圖分類號：U471.13文獻標識碼：A

隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，中國的汽車產(chǎn)銷量與保有量逐年增多，汽車成為了國人生活中重要的一部分。保有量的增加也導致了能源需求量持續(xù)攀升，傳統(tǒng)汽車燃料主要靠石油，而石油已成為全球最緊張的不可再生資源，同時傳統(tǒng)燃油汽車產(chǎn)生了空氣中大約三分之一的細顆粒物，是霧霾的主要源頭。當今社會，政府和群眾的環(huán)保意識越來越強烈，傳統(tǒng)內(nèi)燃機車給社會帶來的環(huán)境與能源問題早已成為人們關(guān)注的焦點，降低油耗、減少污染物的排放具有重要意義。汽車行業(yè)也將節(jié)能減排和環(huán)境保護作為其主要追求目標，為此大力發(fā)展新能源汽車已迫在眉睫。

1純電動汽車基本結(jié)構(gòu)

純電動汽車系統(tǒng)可分為3個子系統(tǒng)，即電動機驅(qū)動子系統(tǒng)、能源子系統(tǒng)、輔助子系統(tǒng)。電動機子系統(tǒng)是由車輛控制器、電力電子變換器、電機、機械傳動裝置和驅(qū)動車輪組成;能源子系統(tǒng)是由能源、能量管理單元和能量供給單元構(gòu)成;輔助子系統(tǒng)由功率控制單元、車內(nèi)氣候控制單元和輔助電源組成。

2測試流程及方法

2.1試驗樣車

試驗樣車選擇常見的前輪驅(qū)動純電動汽車，動力電池材料為三元聚合物鋰電池，電機類型為交流異步電機，為使動力電池達到更好的工作狀態(tài)，機械傳動部件充分磨合，試驗研究前使樣車在道路上磨合300km，試驗樣車主要技術(shù)參數(shù)見表1。

2.2測試條件準備

兩個工況法試驗開始前將同一測試車輛分別置于0℃和25℃環(huán)境下進行試驗前充電，使用數(shù)字電參數(shù)測量儀和CAN總線連接車輛實時監(jiān)測樣車電流及動力電池溫度。為了使試驗樣車測試溫度能夠正常達到25℃要求，整個測試過程在密閉環(huán)境艙內(nèi)進行，并按照標準GB/T 18386-2017《電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗方法》的要求對車輛進行浸車。兩項試驗開始前通過CAN線上傳報文數(shù)據(jù)對動力電池溫度和電量進行讀取采樣。樣車試驗前確認輪胎胎壓符合制造廠規(guī)定值，車輛無故障信息。如表2所示，測試設(shè)備主要使用底盤測功機和電參數(shù)測量儀，底盤測功機用滾筒模擬代替路面，汽車在正常行駛時遇到的各種阻力通過加載裝置模擬。

電參數(shù)測量儀主要測量車輛續(xù)駛里程試驗結(jié)束后對動力電池進行完全充電所需電量，記錄電壓、電流及功率，通過一次完全充電電量和續(xù)駛里程的測量值計算能量消耗率。數(shù)據(jù)采集分為轉(zhuǎn)鼓和試驗車輛，轉(zhuǎn)鼓打開數(shù)據(jù)采集功能配置數(shù)據(jù)通道，車輛采集使用CAN總線記錄儀，基于J1939通訊協(xié)議下采集試驗車輛實時數(shù)據(jù)。

2.3測試工況介紹

本文所述研究采用的測試工況為標準GB/T 18386-2017《電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗方法》中所要求的N EDC工況。

NEDC工況是歐洲2000年后（此期間正值歐盟實施歐Ⅲ和歐IV排放法規(guī)）所執(zhí)行的燃油車排放試驗工況，我國在2005年執(zhí)行的電動車標準GB/T 18586-2005正式執(zhí)行NEDC工況來評價電動汽車續(xù)駛里程，NEDC工況是由4個市區(qū)基本運轉(zhuǎn)循環(huán)和一個市郊運轉(zhuǎn)循環(huán)組成。

如圖1所示，一個基本市區(qū)循環(huán)距離為1.01km，市郊循環(huán)距離為6.95km，理論總距離為11.02km，總時間為1180s，其中市區(qū)工況共780s，最高車速50.00km/h，市郊工況共400s，最高車速120.00km/h，該工況的平均車速為33.68km/h。

2.4測試流程

試驗完全按照國家標準GB/T 18386-2017《電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗方法》進行。首先，讓試驗樣車在常溫環(huán)境下在底盤測功進行滑行試驗，底盤測功機通過道路阻力系數(shù)二次曲線方程y=0.0324x²+0.4188x+116.89和慣量910kq，通過這2項數(shù)值來擬合出轉(zhuǎn)鼓加載值。

按照標準要求的NEDC工況循環(huán)在底盤測功機上進行續(xù)駛里程測試，測試過程中轉(zhuǎn)鼓數(shù)采打開，采集車速、加速度等轉(zhuǎn)鼓實時數(shù)據(jù)，頻率為1Hz。車輛試驗過程中使用CAN線記錄儀連接車輛，采集動力電池數(shù)據(jù)，在工況法試驗結(jié)束后在0℃和25℃分別對車輛進行充電，記錄一次完全充電所需電量，然后計算能量消耗率，C=E/D。

式中：E代表充電期間來自電網(wǎng)的能量，單位為W·h;D代表試驗期間行駛的總距離即續(xù)駛里程，單位為km。

3試驗結(jié)果及分析

3.1常溫、低溫續(xù)駛里程對比

為保證2次試驗的一致性，本研究選擇同一底盤測功機和試驗駕駛員，試驗過程中能量回收裝置開至最大，關(guān)閉車上所有的耗電部件，參照標準GB/T18386-2017所規(guī)定的標準方法進行NEDC工況法續(xù)駛里程試驗，按照統(tǒng)一試驗結(jié)束條件判定試驗結(jié)束。

試驗期間，轉(zhuǎn)鼓采集試驗實時間和車輛車速，頻率為1Hz，用于計算試驗和階段里程值。同時，CAN線采集動力電池各單元數(shù)據(jù)，用于試驗后的結(jié)果分析。

根據(jù)不同溫度下試驗中車輛SOC值每10%所行駛的里程和試驗結(jié)束時的里程結(jié)果分析得知。25℃溫度下的續(xù)駛里程結(jié)果高于0℃溫度的結(jié)果，差值為6%。

3.225℃、0℃下動力電池溫度對比

通過CAN線采集到的2個不同測試溫度下，如圖2所示，試驗過程中動力電池溫度變化和不同環(huán)境溫度下SOC在每10%行駛的里程曲線對比圖。圖中可以看出隨著試驗的進行，2種環(huán)境下的電池溫度都呈現(xiàn)出上升的趨勢，在溫度25℃下試驗結(jié)束時電池溫度上升至36℃，總的態(tài)勢各個區(qū)間行駛的里程比較均勻，當SOC為50%～60%這個區(qū)間內(nèi)電池溫度達到29℃，所行駛的里程最多為17.5km，隨著動力電池放電深入，里程出現(xiàn)逐步減少的趨勢。

3.3常溫、低溫下電池放電電壓對比

該動力蓄電池最高總電壓為168.0V，由40個單體蓄電池串聯(lián)，每個單體最高電壓為4.2V。圖3為動力蓄電池常溫和低溫下試驗過程中電壓釋放對比情況，試驗開始前SOC為100%時電池總電壓均為168.0V。在整個試驗中低溫環(huán)境下電壓值下降速度比常溫下較快，總電壓截止均為118.0vI使得動力電池管理系統(tǒng)促使動力電池進入保護狀態(tài)，以致試驗車輛車速不能滿足工況曲線要求停止試驗。

在采集動力電池單體的數(shù)據(jù)中顯示，最高電壓單體和最低電壓單體可以看出在0℃環(huán)境下動力電池的單體放電時間沒有在常溫25℃下時間長，這是因為各個電池單體在低環(huán)境下電解液的離子導電率較低，SEI膜電阻和電化學反應(yīng)電阻隨之增大，導致低溫下歐姆極化、濃差極化和電化學極化均增大，反之動力電池在常溫25℃起始試驗時，整個放電時間明顯較長，不難看出在相對較低的環(huán)境溫度下，動力電池的放電量和放電時間隨之減少。

3.4動力電池總電流對比

試驗車輛加裝有制動能量回收裝置，在行駛工況曲線時車輛踩下加速踏板動力電池為放電狀態(tài)，當踩下制動踏板時一部分能量轉(zhuǎn)化為電能回收至電池內(nèi)。放電量大小是動力電池重要特性指標，電池容量越大放電電流就越大，對于相同容量的電池來說放電倍率直接影響其放電能力。

如圖4、圖5所示，在不同溫度下電池放電總電流的對比圖，在車輛行駛同一工況速度下，該動力電池在低溫下放電電流值明顯低于常溫下，低溫最大放電電流為159A。而常溫下最大放電電流為198A，車輛在行駛工況時隨著電池電壓的降低，電池容量也隨之減少，放電電流值也在降低。

在低溫條件下，最大放電電流僅為159A，電池中鋰離子脫出和嵌入的速度也小，正負極材料內(nèi)外層濃差相對較小。當車輛在高速行駛時，低溫環(huán)境下，鋰離子在固相顆粒中較低的傳輸速度限制了其嵌入和脫出，極化增大，正負極間的電勢偏差小，電池的放電電壓降低，導致單體無法完全釋放相應(yīng)容量，放電越不完全容量越低。相反的，在常溫環(huán)境下鋰離子脫出和嵌入速度較快，電化學性能較好，其放電比較完全。

3.5常溫、低溫下SOC下降比

對比試驗開始前，我們分別在0℃和常溫25℃對動力分別進行初次充電，CAN線連接車輛讀取電池電壓，數(shù)字電參數(shù)測量儀計量所需電量，試驗開始SOC值均為100%。圖6為試驗過程中常、低環(huán)境下SOC下降對比曲線，圖中可以看出低溫環(huán)境下電池SOC值下降較快，并出現(xiàn)急速下降現(xiàn)象，這是因為車輛在高速行駛時耗電量較大。單體電壓超出限定值，在較低的SOC區(qū)間內(nèi)，隨SOC的降低歐姆內(nèi)阻出現(xiàn)較大幅度的增長，這是因為電池放電末期，電池內(nèi)部化學物質(zhì)活性降低，在低溫環(huán)境下這種現(xiàn)象更為明顯，反之在常溫環(huán)境下較穩(wěn)定沒有出現(xiàn)急速下降現(xiàn)象。

車輛在各個區(qū)間行駛里程基本都要高于低溫環(huán)境下行駛里程，兩者在SOC（50%

3.6能量消耗比

根據(jù)GB/T 18386《電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗方法》的要求在工況法續(xù)駛里程結(jié)束后分別對試驗樣車在4℃和常溫25℃環(huán)境下進行充電，充電時接入數(shù)字電參數(shù)測量儀計量所需電量。

表3為兩次試驗后所測得電量和按照公式計算出的能量消耗率，低溫環(huán)境下車輛測試結(jié)果比常溫下低，且能耗消耗率也較高。在低溫環(huán)境下整個試驗過程中動力電池放電量較小，電池內(nèi)鋰離子放電性能較差并且放電不完全，影響車輛測試結(jié)果，沒有常溫下測試結(jié)果理想。根據(jù)測試結(jié)果得出，常溫環(huán)境下工況法能量消耗率結(jié)果比低溫環(huán)境下0℃能耗相對降低3%。

4結(jié)論

本文對某一使用動力鋰電池的純電動汽車在低溫和常溫環(huán)境下，分別進行工況法續(xù)駛里程試驗，研究試驗過程中動力電池特性的差異和對試驗測試結(jié)果的影響，通過試驗數(shù)據(jù)和分析得出以下結(jié)論。

（1）常溫狀態(tài)下，車輛比低溫狀態(tài)下的續(xù)駛里程結(jié)果相對提高5%，能耗相對降低3%。

（2）以三元聚合物鋰電池為材料的動力電池在常溫環(huán)境下放電特性比低溫環(huán)境環(huán)境下較好，且續(xù)駛里程試驗測試結(jié)果要高于低溫環(huán)境。

（3）低溫下動力電池鋰離子放電性能變差，放電電壓顯著降低，放電容量減小。

（4）低溫下動力電池放電量小，充電量隨之減小，充放電不均衡易造成能量消耗率偏高。