孫穎　孫龍　王子曄

摘要：選擇了4輛不同配置的電動汽車，按照歐洲EU 2018-1832法規(guī)要求運行WLTC組合工況，采集動力電池母線電參量和車輛速度，分析組合工況下不同速度段直流放電特征。研究表明：動力電池的電流大小和方向與車輛運行速度變化相關，車輛加速或勻速時，電流方向為正向;減速時，為負向。加減速工況交替變化時，電壓對應升降交替，但隨電池荷電狀態(tài)降低，電壓整體呈下降趨勢;DS段放出電能占組合工況比例為23 %左右，電能變化量DS₁段比DS₂段平均高出9.29 %，受制動能量回收策略影響。

主題詞：WLTC;電動汽車;放電特性;縮短法

中圖分類號：U469.72

1.前言

電動汽車續(xù)駛里程是評價車輛重要技術參數(shù)之一，同時也是消費者關注的重要指標。世界各國和地區(qū)對電動汽車進行續(xù)駛里程測試的法規(guī)和標準不盡相同^[1]。當前，電動汽車續(xù)駛里程主流測試法規(guī)和程序主要有中國法規(guī)、歐盟法規(guī)和美國法規(guī)^[2-4]。其中歐盟法規(guī)和美國法規(guī)采用組合工況的方式進行電動汽車續(xù)駛里程測試，在保證測試結果可靠的同時，大大縮短測試時間，提高了測試效率，減輕了檢測機構、整車和零部件企業(yè)的測試研發(fā)負擔。利用組合工況進行電動車續(xù)駛里程測試逐漸成為測試技術的首選方案。我國正在制定的純電動汽車續(xù)駛里程測試標準也基于中國工況下的組合工況進行測試，組合工況能夠解決現(xiàn)行測試方法需反復運行同一工況所帶來的測試時間長和一致性較差等弊端，同時其與國際主流電動車測試方法保持較好的同步性，并具有一定的先進性。

歐盟電動車續(xù)駛里程測試工況，EU 2018-1832電動車（PEV）部分規(guī)定了電動汽車預估續(xù)駛里程超過4個WLTC里程的車輛采用縮短法進行續(xù)駛里程測試和計算。

2.測試方案

通過對4輛不同配置電動車按照WLTC組合工況在底盤測功機上運行，利用功率分析儀設備實時測量、計算和記錄車輛的電流、電壓和電能數(shù)據(jù)，并通過擴展模塊測量車輛行駛速度。試驗要求采集數(shù)據(jù)頻率20 Hz。

2.1測試方法

試驗車輛分別按照WLTC組合工況在底盤測功機上運行。車輛經(jīng)過預處理和初次充放電后，開始正式試驗，從車輛動力電池的滿電狀態(tài)運行至無法維持工況曲線跟蹤后結束。在整個測試過程中，通過底盤測功機和功率分析儀對車輛瞬時放電電流、放電電壓以及行駛速度進行連續(xù)的測量，試驗測試流程如圖2所示。

2.2 測試車輛

根據(jù)車輛的整備質量，電池容量大小和最高車速以及品牌等選擇了4輛不同配置的電動車。其中車輛1 、車輛2和車輛3是三個不同的電動車整車品牌，車輛3和車輛4是同一品牌不同配置的電動車，具體技術參數(shù)如表1所示。

2.3 測試設備

文中電動汽車按照WLTC組合運行，主要測試設備有底盤測功機系統(tǒng)和功率分析儀系統(tǒng)以及附屬設備。

2.3.1 底盤測功機系統(tǒng)

底盤測功機設備用于可以使試驗車輛按照指定測試工況運行，同時可以模擬試驗車輛實際道路上的行駛阻力。設備測試系統(tǒng)的示意圖如圖3所示。

2.3.2功率分析儀系統(tǒng)

功率分析儀測試系統(tǒng)的擴展模塊可以實現(xiàn)脈沖信號輸入，通過技術改造，本文實驗技術人員將底盤測功機系統(tǒng)中用于測量車速的速度編碼器脈沖信號接入到功率分析儀脈沖擴展模塊中，同時配置底盤測功機編碼器模塊，能夠實時的記錄車輛行駛過程中的電參量數(shù)據(jù)，并保證所有記錄數(shù)據(jù)時鐘是一致的，最后將測試數(shù)據(jù)輸出到同一個文件中，如圖5所示為功率分析儀上的速度擴展模塊實物連接圖。

2.3.3測試工況確定

通過試驗車輛的預估續(xù)駛里程以及車輛的技術參數(shù)，確定4輛車的恒速段CSS_M段時長如下表2所示。

2.4測試數(shù)據(jù)處理分析

利用底盤測功機和功率分析儀設備測量和記錄得到4輛車在各自運行WLTC組合工況下的電參量和車輛運行速度數(shù)值。采集車輛工況運行過程中不同測試階段的電能變化以及對應階段的能量消耗，可以對車輛的放電特性進行分析，車輛在運行過程中的電能可以通過如下公式結算得到：

（1）

其中：△E為工況運行時間段內動力電池的電量變化，單位Wh，U為通過功率分析儀設備測得的母線電壓等效值，單位V，I為通過功率分析儀設備測得的母線電流值，單位A，測試時間單位為秒（s）。

車輛在運行工況階段下的實際里程的計算可以通過如下公式計算得到：

（2）

其中：v為通過功率分析儀設備記錄的車輛實際運行速度，單位km/h，R為工況運行時間內車輛實際運行里程，單位km。

3.車輛電流變化特征

車輛在運行組合工況過程中，車輛動力電池母線上的電流變化與車輛實際運行速度變化具有相同的變化趨勢，動力電池的電流大小和方向與車輛運行速度的大小相關^[5]。如圖和圖所示為車輛在運行整個組合工況下的動力電池電流時間曲線和車輛運行的整個組合工況曲線。

車輛在運行加速工況時，車輛動力電池電流為正向;車輛在運行減速工況時，車輛動力電池電流為負向;車輛運行在等速勻速工況時，車輛動力電池電流與車輛運行在加速工況時的電流方式一致，同樣是正向。

4.車輛電壓變化特征

車輛在加速工況時，車輛動力電池電壓隨之加速降低;車輛運行在減速工況時，車輛動力電池電壓呈現(xiàn)階段性升高趨勢。但是隨著車輛電池SOC不斷降低，車輛動力電池電壓呈現(xiàn)下降趨勢，這是由車輛動力電池的特性決定的。車輛運行在減速工況時，車輛制動產(chǎn)生能量回收，部分機械能轉化成電能充入到電池中，此時電池母線電壓升高實現(xiàn)給動力電池充電。如圖所示為車輛1運行在DS₁段時動力電池母線電壓運行時間曲線和該段速度時間曲線。

組合工況下，動力電池電壓下降幅值最多和次多分別出現(xiàn)在CSS_M段和CSS_E段的起始加速工況階段;動力電池電壓上升幅值最多和次多分別出現(xiàn)在CSS_M段和CSS_E段的結束減速工況階段。下降和上升幅值最多時車輛動力電池SOC較高，下降和上升幅值次多時車輛動力電池SOC較低。

5.車輛電能變化特征

5.1車輛放出電能E（+）變化特征

在組合工況中DS₁段和DS₂段的工況組成完全相同，都是一個完整的WLTC循環(huán)加上一個CITY循環(huán)。但是車輛在運行兩個相同工況段時車輛動力電池的SOC狀態(tài)有很大差異。將DS₁段和DS₂段下的動力電池放出電量相減并與DS₂段下的放出電量進行比值，用百分比表示，用來比較兩個工況段放出電量關系，記為R_{DS_放出}，即：

（3）

將四輛車的R_{DS_放出}值繪制折線圖如圖所示。

四輛車R_{DS_放出}值都是正值，范圍在1.91 %到3.71 %之間。4輛試驗車的DS₁段下的放出電能比車輛在DS₂段下的放出電能都要高不到4%的電能。這主要是車輛在試驗起始階段時車輛處于冷態(tài)，車輛機械系統(tǒng)潤滑狀態(tài)不良造成車輛在該階段的阻力較大，以及車輛在該階段各個控制部件對車輛正常運行進行自檢和部件狀態(tài)的調整，因此需要動力電池放出部分電量完成車輛準備階段所需工作。當車輛運行一段時間后，車輛潤滑狀態(tài)處于車輛運行最佳狀態(tài)從而導致阻力減小，且車輛各系統(tǒng)正常運轉，不需要動力電池額外放出電能完成起始階段的車輛狀態(tài)調整工作。因此，DS₁和DS₂兩段的放出電量有一定的差異，但是差異不明顯，車輛工況運行是動力電池放出電量的決定性因素。

6.結論

（1） 動力電池的電流大小和方向與車輛運行速度變化有關。加速工況時，車輛動力電池電流為正向;減速工況時，電流為負向;勻速工況時，電流為正向。同時，動力電池電流值大小與加速度有關，正向和負向電流極值點都出現(xiàn)在加速度較大且持續(xù)穩(wěn)定的工況段。

（2） 加速工況時，電池電壓加速降低;減速工況時，電池電壓呈現(xiàn)階段性升高趨勢。隨著車輛電池SOC不斷降低，車輛動力電池電壓呈現(xiàn)整體下降趨勢。

（3） 車輛在DS₁段+DS₂段放出電能E（+）_{_DS}占整個組工況下的放出電能E（+）_組合比例在23 %左右。對于進行組合工況下的續(xù)駛里程測試準備階段時確定整個測試工況具有非常重要的參考意義。

（4） 加速工況，動力電池電壓隨之加速降低;減速工況，電池電壓呈現(xiàn)階段性升高趨勢。但是隨車輛電池SOC不斷降低，車輛動力電池電壓呈現(xiàn)下降趨勢。

（5） DS₁段下的放出電能比車輛在DS₂段下的放出電能都要高不到4 %的電能。車輛工況運行是動力電池放出電量的決定性因素。

（6） 車輛在DS段（即DS₁段+DS₂段）放出電能E（+）_{_DS}占整個組合工況下的放出電能E（+）_{_組合}比例在23 %左右。

（7） 四輛車的電能變化量DS₁段比DS₂段的電能變化量平均高出9.29 %，R_DS__變化最低為3.77 %，車輛制動能量回收模式對其影響較大。

參考文獻：

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