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纯电动汽车的能量流  [复制链接]

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能量流听起来是个很学术化的名字,我第一次接触是在同中汽研的交流中,听说不少人在搞这块,后来他们把这块内容也放入最新的测评技术一书中。

上周参加ESPEC的测试论坛,恰巧又听到北汽的专家在讲他们在这块做的一些工作,觉得很有意思,便深入了解了下。


能量流通俗地讲,就是整车能量的传递路径,以及在传递过程中的传递效率和能耗情况。研究这些内容,有助于明确整个各部分的能耗,有针对性的改进设计,提高能效。


以纯电动汽车为例子,从外接充电到行驶,电能依次流经:外部充电设备→车载充电机OBC→电池包→交直流逆变器→电机电控→减速箱→车轮;如果在制动回收,则由车轮再回到电池包;每1处都会有能量的损失(大多以热能散发掉),每个车型在同一处的能耗又是不一样的,这样整车的能效差异就出来了。


从整车系统类别上看,能量流可以分为高压系统能量流、低压系统能量流、充电系统能量流和机械系统能量流。其中,高压系统能量流,除了上面提到的,还包括高压配电盒、空调、PTC加热器、DCDC等;低压系统主要包括12V电源、风扇、水泵、BMS、PEU、仪表等;机械系统主要是减速箱总成;具体如下图所示:


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2019-10-9 13:57


对低压系统能量流分析,在转毂台架上进行,可以以NEDC的工况,对目标低压部件进行测试(使用功率仪对低压部件进行布线)。北汽的专家给出了3辆车的一个示例如下


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可以看出A车的水泵能耗占比过大,C车的风扇占比过大。

对于电机电控系统,主要的损耗分为电控损耗、电机损耗。在台架上进行测试,仍按NEDC工况进行,对于示例A车,电机电控总损耗占电池包能量输出的10%,这里电控占总损耗的26%,电机占总损耗的74%;示例B车,电机电控总损耗占电池包能量输出的9%,这里电控占比35%,电机占比65%


分开来看电机内部的损耗,在同一转速下,随转矩的增加,电机的总损耗、铜损、铁损和机械损耗,均随之增大;其中,铜损急剧增大,表明铜损受电流的影响较大,而铁损和机械损耗增加相对缓慢;随着转速的增大,电机的铁损和机械损耗之和逐渐增大。


分开单独看水冷系统,A车电机电控系统冷却水带走的热量占总损耗的54%,其中,电控中的水冷热量占电控总损耗的40%,电机中的水冷热量占电机总损耗的54%B车电机电控系统冷却水带走的热量占总损耗的80%,其中,电控中的水冷热量占电控总损耗的90%,电机中的水冷热量占电机总损耗的70%。这两款车的差异还是挺大。

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对于充电系统,在6.6kW慢充充电桩上进行,主要是车载充电机OBCDCDC变换器的效率对能量损耗大。示例A车在充电条件下,OBC的效率为94.7%DCDC的效率为97.8%,其中,DCDC的能耗占动力电池比例的2.8%DCDC输出的能量45.3%用于水泵,BMS则占了7.6%左右;B车在充电条件下,OBC的效率为93.5%DCDC的效率为94.3%,其中,DCDC的能量损失占动力电池比例的2.1%



在考量能量损失的条件下,可以把充电-行驶过程中的能量流传递路径用下图表示


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制动过程中的能量流传递路径用下图表示


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最后,借助于能量流的分析,有助于识别一些特定工况下的能耗变化,比如冬天低温里程衰减严重,示例车型在常温下续航里程为433公里,低温下骤降至246公里,衰减达187公里,其中 PTC加热耗电11.47kWh(平均功率1.36kW),该部分能量损失对应里程约为91.4公里,占总减少里程数的48.88%(占常温续航里程的21.11%);

低温空气密度大,使整车阻力增大(比常温增大约12.95%),使风阻能耗增加,该部分能量损失对应里程约为61.3公里,占总减少里程的32.78%(占常温续航里程的14.16%);

电池包低温可放电量减少,放电量为常温的93.45%,该部分能量损失对应里程约为28.4公里,占减少里程的15.18%(占常温续航里程的6.56%);

低压附件功率增加(如鼓风机增加功率37w),该部分能量损失对应里程约为3.8公里,占减少里程的2.03%(占常温续航里程的0.88%)。

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很好很强大!!

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谢谢楼主分享!
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