电动汽车续驶里程影响因素分析.pdf
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1、Analysis of Influencing Factors of Driving Range forElectric VehicleLIU Jianhui1,2;WANG Zhongtai1,2;JI Wenbo1,2;WANG Lei1,2;LIU Zhimin1,2;ZHANG Liwei1,21-CCIC WEST Testing Co.,Ltd.(Xian,Shaanxi,710032,China)2-China National Motorcycle Testing CenterAbstract:Due to factors such as its convenient oper
2、ation,low noise,energy conservation and environ原mental protection and so on,the electric vehicle has become one of the preferred transportation tools in atrip for the public.As one of the important performances from the electric vehicle,the driving range hasbeen deeply concerned by the users.The dri
3、ving energy flowing direction is analyzed,which can affectdriving range.And then based on the driving energy flowing direction,interfering factors such as vehicleparameters,the power battery,motor and its controller system,the feedback of braking energy and so onare analyzed.The future direction of
4、increasing driving range for electric vehicle is expected.Keywords:Electric vehicle;Driving range;Vehicle parameter;Power battery;Motor and its controller sys原tem;Feedbackofbrakingenergy摘要:电动汽车因操作便捷、噪声低、节能环保等特点,已成为人们出行的首选交通工具之一。续驶里程作为电动汽车的关键性能之一,广受关注。分析了影响续驶里程的能量流向,然后以能量流向为基础,分析了电动汽车的整车参数、动力电池、电机及其控
5、制器系统、制动能量回收等因素对续驶里程的影响,展望了未来电动汽车续驶里程增加的方向。关键词:电动汽车续驶里程整车参数动力电池电机及其控制器系统制动能量回收中图分类号:U469.72文献标识码:A文章编号:2095-8234(2024)01-0052-05电动汽车续驶里程影响因素分析刘建辉1,2王仲太1,2吉文博1,2王磊1,2刘治敏1,2张力伟1,2(1-中检西部检测有限公司陕西西安7100322-国家摩托车质量检验检测中心)作者简介:刘建辉(1988-),男,高级工程师,主要研究方向为新能源车辆、电机及控制器等领域的产品测试。引言因操作便捷、噪声低、节能环保等诸多优势,电动汽车已成为人们出行
6、的首选交通工具之一。续驶里程不仅是评价电动汽车技术水平高低的重要指标,也是消费者重点关注的产品性能。因此,深入研究电动汽车续驶里程影响因素显得尤为重要。本文首先对影响续驶里程的能量流向进行分析,然后从能量流向入手,对电动汽车续驶里程的影响因素展开分析,展望未来电动汽车续驶里程增加的方向。1影响续驶里程的能量分析1.1能量计算电动汽车在行驶过程中,驱动系统所消耗的能量来自动力电池输出的能量。国内外对电动汽车续驶里程的能量计算提出了多种方法,但基本遵循动力电池输出的能量与车辆行驶过程所消耗的能量相等的原则1。电动汽车在行驶过程中的功率方程为公小 型 内 燃 机 与 车 辆 技 术SMALL INT
7、ERNAL COMBUSTION ENGINE AND VEHICLE TECHNIQUE第53卷第1期圆园24年2月Vol.53 No.1Feb.2024 新能源 第1期式(1),能量转化方程为公式(2)。Pe=1浊m(Mgfuacos兹3 600+Mguasin兹3600+CAu3a76140+啄Mua3600dudt)(1)式中:Pe为电动汽车行驶的功率需求;浊m为车辆传动效率;M为整车总质量;g为重力加速度;f为滚动阻力系数;ua为车辆行驶速度;兹为坡度角;C为空气阻力系数;A为车辆的迎风面积;啄为旋转质量换算系数;du/dt为车辆行驶加速度。Pe=UBI浊(2)式中:UB为动力电池工
8、作电压;I为动力电池工作电流;浊为电气系统效率。1.2能量流向分析电动汽车在行驶过程中,动力电池向电动汽车驱动系统输出能量。当减速或制动时,通过制动能量回收将一部分动能转化为电能,可增加动力电池的储能。电动汽车的能量流向如图1所示,所消耗动力电池的能量主要流向车轮行驶过程中克服阻力做功,其余的能量流向电池放电损失、电机和控制器系统损耗、传动系统损耗等,而车身附件所消耗的能量基本可以忽略不计2。电池耗能附件系统电池放电损耗驱动车辆行驶的能量电机驱动损耗电机的机械能传动系统损耗传递给车辆机械驱动电机的电能电机充电、电机发电的损耗制动能量回收系统所回收的能量电机发出的电能传动系统损耗传递电机机械能制
9、动回收的能量车轮传动系统电机图1电动汽车能量流向示意图2影响因素分析电动汽车在行驶过程中,续驶里程的长短受到整车结构、关键部件、工作环境、驾驶习惯等诸多方面影响。2.1整车参数对续驶里程的影响对于电动汽车而言,整车参数与续驶里程有直接关系。其中主要与滚动阻力系数f、空气阻力系数C、整车总质量M、迎风面积A、传动系效率浊m等有关3。李国良等4在以交流电机作为驱动力的电动汽车上研究了整车参数对续驶里程的影响。图2、图3、图4分别为滚动阻力系数f、空气阻力系数C和整车总质量M对电动汽车续驶里程的影响。由图2可以看出,滚动阻力系数对电动汽车的续驶里程有着重要影响。结合公式(1)可知,滚动阻力系数增大,
10、滚动阻力随之增大,功率消耗增大,续驶里程减少。由图3可以看出,在低速行驶时,空气阻力对电动汽车续驶里程的影响不明显。在中高速行驶时,车速越高,与车身外观有关的空气动力学特性表现越图3空气阻力系数C对续驶里程S的影响2502001501005000100206080车速/(kmh-1)40图2滚动阻力系数f对续驶里程S的影响2502001501005000100204060车速/(kmh-1)80f=0.010f=0.015f=0.020C=0.3C=0.4C=0.5刘建辉等:电动汽车续驶里程影响因素分析53小型内燃机与车辆技术第53卷明显,续驶里程随着空气阻力系数的增大而减少。结合公式(1),
11、由图4可以看出,随着整车总质量的增加,行驶阻力增大,克服阻力的功率增加,续驶里程相应减少。电动汽车的传动系效率影响电机输出能量的传递。结合公式(1)可知,传动效率与能量损耗大小成反比关系,随着传动效率提高,电动汽车在能量传递过程中的损耗降低,续驶里程增加。2.2动力电池对续驶里程的影响动力电池是驱动车辆行驶的能量来源,可重复实现电化学能量的相互转换,是制约电动汽车续驶里程的关键因素。动力电池性能的好坏主要体现在充放电容量的大小。放电容量越大,续驶里程越长。动力电池容量受到电池材料和结构、电池组均匀性、工作环境温度等因素的影响。2.2.1动力电池性能对续驶里程的影响不同材料的动力电池具有不同的性
12、能,主要体现在额定容量、比能量、内阻等方面的差异。因此,动力电池性能对续驶里程有着至关重要的影响。对于电动汽车而言,由于受到车辆自身空间限制,动力电池的比能量、功率密度需尽可能高,以便车辆拥有更好的动力性和更长的续驶里程。铅酸电池、金属氢化物镍电池、锂离子电池、超级电容等5均可作为车载动力电池。铅酸电池具有成本低廉、性能稳定、技术成熟等特点。铅酸电池的比能量一般为5070(Wh)/kg,能量密度一般为100(Wh)/L。由于存在自身质量较大、正极的活性物质利用率低、大电流充放电效率不高、技术进步缓慢等问题,铅酸电池严重制约着电动汽车续驶里程的提高。锂离子电池综合性能远优于铅酸电池。目前主要是磷
13、酸铁锂电池和三元锂电池两类。锂离子单体电池的工作电压较高,比能量、能量密度接近铅酸电池的2倍,且自放电率不足9%。目前,电动汽车已进入“锂电化”时代。2.2.2电池组均匀性对续驶里程的影响车载动力电池通常是由多块单体电池组成的电池组,由于受到工艺、材料、生产批次等因素的影响,电池组中同规格的电池性能常存在不均匀性。这种不均匀性不仅造成电池组内局部电流密度不均匀,而且会影响单体电池电压、容量等性能6-7。在电动汽车行驶过程中,电池组不均匀性主要表现在电池组中个别单体电池出现过充电或者过放电,以致单体电池的原有性能下降,电池的输出能量减少,续驶里程随之缩短。图5为电动汽车行驶过程车载电池组中2个单
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