新能源汽車綜合能量需求計(jì)算方法

導(dǎo)語：新能源汽車綜合能量需求計(jì)算方法一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：在車輛動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性開發(fā)流程中，需要明確車輛在運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的能量需求，以便根據(jù)此需求進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配和能量管理策略分析。本文提出了一種新能源汽車綜合能量需求計(jì)算方法，根據(jù)車輛在運(yùn)動(dòng)過程的車速時(shí)間歷程，分析車輛在加速、勻速和減速3種情況下的能量消耗，結(jié)合制動(dòng)能量回收對(duì)能量消耗的影響，計(jì)算車輛的輪端功率需求和能量需求。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；能量需求；制動(dòng)回收；車輛阻力計(jì)算

在車輛動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性開發(fā)流程和能量管理策略分析中，首先需要明確車輛在一個(gè)完整運(yùn)行過程中的真實(shí)能量需求情況。在以前的研究中，通常只是計(jì)算車輛在一個(gè)瞬時(shí)狀態(tài)下的功率需求，并沒有考慮車輛在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的完整能量消耗情況。因而，按照此功率計(jì)算的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)只能滿足某一時(shí)刻的需求，按照此功率得出的能量管理策略是瞬時(shí)較優(yōu)的策略。下面將車輛從一個(gè)靜止?fàn)顟B(tài)變化到另一個(gè)靜止?fàn)顟B(tài)（完整循環(huán)工況）或保持某一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)（勻速行駛）的過程作為一個(gè)完整分析單元，分析車輛能量需求情況。

1循環(huán)工況能量需求分析

目前在汽車能量管理策略的評(píng)估中，一般采用車速隨時(shí)間變化的歷程作為車輛行駛的典型工況。根據(jù)GB18352.5-2013《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第五階段）》[1]規(guī)定的試驗(yàn)循環(huán)NEDC工況，可以得到其車速時(shí)間歷程，見圖1。根據(jù)GB18352.6-2016《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》[2]規(guī)定的試驗(yàn)循環(huán)WLTC工況，同樣可以得到其車速時(shí)間歷程，見圖2。輕型車能耗測(cè)試工況的調(diào)整，更加符合用戶實(shí)際使用的情況，也更能體現(xiàn)實(shí)際的能量消耗。循環(huán)工況包含加速、勻速和減速3種情況。加速工況，車輛一方面需要克服加速阻力提升車輛動(dòng)能，另一方面需要克服空氣阻力、滾動(dòng)阻和機(jī)械損失造成的能量消耗。勻速工況，車輛僅需克服空氣阻力、滾動(dòng)阻和機(jī)械損失造成的能量消耗。減速工況，造成車輛減速的除了空氣阻力、滾動(dòng)阻和機(jī)械損失造成的能量消耗，還有制動(dòng)能量消耗。制動(dòng)能量消耗是對(duì)車輛加速過程積累動(dòng)能的再次利用，如果以電機(jī)回收形式消耗則可以存儲(chǔ)在電池中再利用，如果通過機(jī)械摩擦消耗則無法再利用。結(jié)合以上分析，能量消耗公式如下：E1=Eacc+Ef（1）E2=Ef（2）E3=Ef-Eebrk+Embrk（3）式中：E1：加速過程能量消耗；E2：勻速過程能量消耗；E3：減速過程能量消耗；Eacc：車輛加速轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的能量消耗；Ef：車輛在一定車速時(shí)對(duì)應(yīng)的風(fēng)阻、滾阻和機(jī)械損失的能量消耗；Eebrk：車輛減速時(shí)的電制動(dòng)回收能量；Embrk：車輛在減速時(shí)機(jī)械制動(dòng)能量消耗。

2制動(dòng)能量回收分析

當(dāng)前主流車型為了最大限度發(fā)揮混動(dòng)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，均采用全解耦的制動(dòng)能量回收系統(tǒng)，在沒有緊急制動(dòng)的情況下基本可以實(shí)現(xiàn)全部回收[3,4]，即Eebrk=Eacc且Embrk=0。某款插電式混合動(dòng)力汽車制動(dòng)強(qiáng)度工作點(diǎn)分布，等高線為可以回收的比例，可以看出，大部分工作點(diǎn)都可以全部回收（即處于1的等高線內(nèi)），只有當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度大于0.21g時(shí)不能全部回收（即處于0.8和1之間的工作點(diǎn)，可回收80%以上的能量），見圖3。因此，在沒有緊急制動(dòng)的情況下可以將可回收能量全部回收。車輛在加速階段消耗的能量在減速階段可以進(jìn)行回收（Eebrk=Eacc且Embrk=0），那么在整個(gè)過程中，車輛運(yùn)行消耗的能量即為空氣阻力、滾動(dòng)阻力和內(nèi)部機(jī)械損失等阻力消耗的能量。E=E1+E2+E3=Eacc+Ef1+Ef2+Ef3-Eebrk+Embrk=Ef1+Ef2+Ef3=Ef（4）。

3車輛阻力計(jì)算

理論公式計(jì)算要想獲得精確的空氣阻力、滾動(dòng)阻力和內(nèi)部機(jī)械損失等阻力，需要較多的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來支撐，如輪胎滾阻參數(shù)、風(fēng)阻系數(shù)以及傳動(dòng)系統(tǒng)的拖滯力等，目前主機(jī)廠也難以獲得完全的參數(shù)。因此，對(duì)整車進(jìn)行阻力測(cè)試直接獲得基于車速的三參數(shù)阻力數(shù)據(jù)在實(shí)際工程實(shí)踐中更加常見。基于三參數(shù)的車輛阻力的數(shù)學(xué)模型：F=F0+F1*V+F2*V2（5）其中：F為車輛阻力；F0為阻力常數(shù)項(xiàng)；F1為阻力一次項(xiàng)；F2為阻力二次項(xiàng)。

4車輛輪端能量需求計(jì)算

車輛在運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)際消耗的能量即為克服車輛阻力消耗的能量，其計(jì)算數(shù)學(xué)模型為：（6）平均功率計(jì)算如公式：Pmean=Et（7）根據(jù)某款車型的阻力參數(shù)，經(jīng)過計(jì)算可得不同工況下的阻力計(jì)算結(jié)果，見表1。從循環(huán)工況和常用勻速工況（<100km/h）的平均功率來看，需求較低，完全不能使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在其高效區(qū)域。在總能量不變的情況下，通過減少發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整到高效區(qū)域。

5結(jié)論

通過對(duì)新能源汽車綜合能量需求的研究，得出了3個(gè)結(jié)論：①循環(huán)工況包含加速、勻速和減速3種情況。加速工況，車輛需要克服加速阻力和空氣阻力、滾動(dòng)阻和機(jī)械損失。勻速工況，車輛僅需克服空氣阻力、滾動(dòng)阻和機(jī)械損失造成的能量消耗。減速工況，造成車輛減速的除了空氣阻力、滾動(dòng)阻和機(jī)械損失造成的能量消耗，還有制動(dòng)能量消耗。②由于新能源汽車普遍存在的制動(dòng)能量回收系統(tǒng)，車輛在加速階段消耗的能量在減速階段可以進(jìn)行回收，車輛加速阻力可以認(rèn)為不消耗能量。在整個(gè)過程中，車輛運(yùn)行消耗的能量即為空氣阻力、滾動(dòng)阻力和內(nèi)部機(jī)械損失等阻力消耗的能量。③整車阻力計(jì)算通過基于車速的三參數(shù)阻力數(shù)據(jù)來進(jìn)行，該計(jì)算方法在僅有車速時(shí)間歷程的情況下即可計(jì)算車輛輪端的功率和能量需求情況。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB18352.5-2013，輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第五階段）[S].

[2]GB18352.6-2016，輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）[S].

[3]朱波，陳超，徐益勝，等.純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)與ESC液壓制動(dòng)協(xié)調(diào)控制[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，43（11）：7-15.

[4]朱紹鵬，江旭東，王燕然，等.分布式四驅(qū)電動(dòng)汽車并聯(lián)制動(dòng)控制研究[J].汽車工程，2020，42（11）：1506-1512.

作者：張雪釗 單位：衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院