来源 | 中国汽车技术研究中心有限公司；恒大新能源汽车研究院有限公司
来源 | 电动学堂
电动汽车制动能量回收系统和控制策略的差异,会造成不同测试工况下车辆续驶里程结果的差异?本文通过研究车辆在不同测试工况下的车辆制动能量回收特征进行分析,对比现行和未来法规测试工况下车辆制动能量回收差异和由此产生的续驶里程差异,并为企业开展适应新测试法规工况下制动能量回收控制策略提供一定的指导意义?
1、测试方案
本研究选择一辆电动汽车,在底盘测功机上分别进行NEDC工况和CLTC-P工况下的续驶里程测试,记录电流电压值与车辆行驶速度?对比分析车辆在两种法规测试工况下的回收电能?直流放电电能和动力电池电能变化量的差异?
1.1测试方法
样品车辆分别按照NEDC工况和CLTC-P工况在底盘测功机上连续运行?从车辆动力电池的满电状态运行至无法维持工况曲线跟踪后结束?在测试整个过程中,实时连续测量车辆放电电流?放电电压以及车辆的行驶速度?试验测试流程图如图1所示?
1.2测试工况
NEDC测试工况是GB/T18386—2017《电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》测试标准中的法规工况?CLTC-P测试工况是未来电动汽车续驶里程和能耗测试标准的法规工况?图2所示分别为NEDC法规工况曲线和CLTC-P工况曲线?
1.3测试车辆信息
所选择电动汽车样品车辆技术参数信息见表1?
1.4测试系统
测试设备主要由两个功能系统组成:车辆道路阻力模拟系统和电功率测试记录系统?底盘测功机设备主要用于实现车辆在按照指定测试工况运行过程中为车辆实时模拟道路阻力?功率分析仪设备主要用于电动汽车按照工况运行过程中的直流放电参数的实时测量和记录?设备测试系统示意图如图3所示?
图4所示为测试设备实物图?
2、测试数据及分析
本文规定动力电池放电状态时电流值为正值,充电时电流值为负值?电动汽车进行续驶里程测试过程中,动力电池从满电状态按照NEDC或CLTC-P工况反复运行至动力电池电量低至无法跟踪工况曲线时结束,这个测试过程中我们可以将电能分为三部分:①动力电池处于放电状态下的放电电能E 放电 ； ②动力电池处于制动能量回收状态时的回收电能E回收； ③动力电池在整个过程中的电能变化△E?
通过将续驶里程测试过程中电池电能分成三类,对动力电池电能数据基于不同工况进行处理和分析,研究不同工况下的制动能量回收特征?
2.1两种工况下车辆动力电池总电能变化特征
将测试车辆运行在NEDC工况和CLTC-P工况下,对电动汽车续驶里程测试的全工况动力电池电能变化△E,回收电能E 回收 以及放电电能E 放电 数据进行处理,绘制如图5所示柱状图 ?车辆运行在NEDC工况和CLTC-P工况下,动力电池的总电能变化量△E相差很小,CLTC-P工况下的电能变化比NEDC工况下的电能变化多1.30kW·h,百分比为2.3%?动力电池的CLTC-P工况下的总放电电量E 放电 比NEDC工况下多9.4kW·h,百分比为12.44% ?动力电池两种工况下的总回收电量E 回收 差异较大,CLTC-P工况下比NEDC工况下的总回收电量多8.11kW·h,比NEDC工况下的能量回收多了42.3% ?
两种不同工况特征差异是造成这一差距的主要原因:CLTC-P平均速度28.96km/h,低于NEDC平均速度33.64km/h,CLTC-P的循环能量需求量小； CLTC-P的减速比例为26.44%,NEDC的减速比例为16.61%,CLTC-P产生能量回收工况比例多?这使得在同样电能总量条件下完成CLTC-P续驶里程的回收能量比完成NEDC续驶里程的回收能量要多一些?
两种工况下的能量回收差异较大,CLTC-P工况下的回收电能比NEDC工况下的回收电能多接近一半?CLTC-P工况下多产生的回收电能可以用于产生更多的车辆续驶里程?经过测试,该样品车在CLTC-P工况下和NEDC工况下的续驶里程分别是534.9km和501.3km?
2.2运行NEDC工况时单个完整工况下电能变化
车辆进行续驶里程在底盘测功机上反复运行NEDC工况,对每个完整NEDC工况下的车辆动力电池电能变化△E?回收电能E 回收 以及放电电能E 放电 数据进行处理和分析,研究单独NEDC工况下的电能变化以及总体变化趋势 ?将每个NEDC完整工况下的动力电池电能变化△E?回收电能E 回收 以及放电电能E 放电 数据按照运行先后顺序绘制,如图6所示 ?
动力电池放出电量在不同次序完整NEDC的差很小,各个完整NEDC工况下的放出电量平均值为1.64kW·h,标准差为0.032,离散程度很小?动力电池各个完整NEDC工况的回收电量和电能变化量在最初3个工况内差异较大,随后次序工况下的回收电量和电能变化量差异变小?
在最初3个完整NEDC工况下,回收能量从最小的0.0046kW·h到趋于稳定变化的0.36kW·h,这主要是和整车制动能量回收的控制策略有关?
当车辆动力电池电量满或接近满电时,车辆的制动能量回收系统并未激活,因为此时制动能量回收的电能没有足够的存储空间?因此,此时第一个NEDC工况运行完成时,动力电池几乎没有制动能量回收电能,但随着动力电池放出的累计电量增多,动力电池的存储空间随之增大,逐渐满足车辆的制动能量控制策略,逐渐开始将制动回收的电能充入动力电池?
当电池的存储空间释放到完全符合车辆动力电池制定能量回收策略全面激活时候,车辆的制动能量回收电能就相应的趋于稳定?
完整NEDC工况下,电池电能变化是受到相应完整工况下的放出电能和回收电能的影响的?电池放出电能E 放电 差异不大,但最初3个完整NEDC工况的回收电能E 回收 差异较大,从而造成完成最初3个NEDC下电池电能变化△E也是由最高1.65kW·h到区域稳定的1.24kW·h ?趋于稳定变化(从第4个开始到最后一个)的NEDC下的电池回收电能为0.432kW·h,标准差为0.010,离散程度很小?
对应的电能变化的平均值为1.20kW·h,标准差为0.034,离散程度很小?
2.3运行CLTC-P工况时单个完整工况下电能变化
车辆在底盘测功机上反复运行CLTC-P工况,同样对每个完整CLTC-P工况下的车辆动力电池电能变化△E?回收电能E 回收 以及放电电能E 放电 数据进行处理和分析,研究单独CLTC-P工况下的电能变化以及总体变化趋势 ?将每个CLTC-P完整工况下的动力电池电能变化△E?回收电能E 回收 以及放电电能E 放电 数据按照运行先后顺序绘制,如图7所示 ?
车辆运行在CLTC-P工况下,不同次序完整CLTC-P的动力电池电能变化△E?回收电能E回收以及放电电能E放电的分布和变化特征规律与NEDC工况类似?完整CLTC-P工况下的动力电池的放出电量变化差异很小,均值为2.29kW·h,标准差为0.028?
最初2个CLTC-P工况下的回收电能较小,分别为0.212kW·h和0.717kW·h； 随后次序的CLTC-P工况下的回收电能变化趋于稳定,均值为0.756kW·h,标准差为0.022?最初2个CLTC-P下电池电能变化分别是2.11kW·h和1.64kW·h?
2.4两种工况下单个完整工况下制动回收电能差异
运行NEDC和CLTC-P进行续驶里程测试时,单个完整工况下的制动能量回收电能变化规律尽管类似,但是两种工况下单个完整的制动回收电能也有各自的特征?
运行NEDC工况时,运行至第4个完整工况时,车辆动力电池的回收电能趋于稳定,车辆行驶了33.06km(一个NEDC工况为11.03km)?运行CLTC-P工况时,运行至第3个工况后,车辆动力电池的回收电能就趋于稳定了,此时车辆行驶了28.96km(一个CLTC-P为14.48km)?不论何种工况,行驶30km左右时,车辆的制动电能回收开始处于完全激活并将回收电能充入动力电池中?
NEDC工况和CLTC-P工况两种工况下,所有稳定变化的单个完整工况下制动能量回收电能平均值分别为0.432kW·h和0.756kW·h,CLTC-P比NEDC高74.3%,两者差异明显?分别将CLTC-P和NEDC工况的起始3个完整工况和起始4个工况的瞬时电流值绘制为如图8所示的曲线?图中电流值为正值时,车辆动力电池处于放电工况； 电流值为负值时,车辆制动能量回收,动力电池为充电工况?
CLTC-P第一个完整工况下,当运行到该工况的末段部分时电流值出现负值,开始制动能量回收?第二个完整工况下,负值电流值在完整工况下都有覆盖,但此时的电流值幅度并未达到最大值,车辆制动能量回收部分激活?第三个完整工况下,负值电流不仅在完整工况下完全覆盖,同时负值电流的幅度达到最大值,此时随着车辆行驶里程的增加,以及动力电池电能存储空间的逐渐增大,车辆制动能量回收能量功能完全激活?在随后的工况运行过程中,制动能量回收处于全功能状态,直至动力电池可用电量完全放出,车辆无法跟踪测试工况,测试结束?
类似地,完整NEDC工况下的瞬时电流的变化特征也是从第一个NEDC完整工况时,负值电流值从无到有,并随着车辆续驶里程的增加,动力电池电能存储空间逐渐增大,车辆制动能量回收功能逐渐达到最大幅度状态,直至动力电池可用电量耗尽,测试结束?所不同的是,在第4个完整NEDC工况后,车辆的制动能量回收功能才处于完全激活状态?两种工况下都运行了30km左右,动力电池电能变化为3kW·h,车辆的制动能量即可处于完全激活状态?
3、结论
通过对样品车辆运行在NEDC工况和CLTC-P工况下的瞬时电流?电压和速度数据的研究和分析,得到两种工况下制动能量回收特征结论如下:
1)动力电池两种工况下的总回收电量E回收差异较大,CLTC-P工况比NEDC工况的总回收电量多8.11kW·h,比NEDC工况的能量回收多了42.3%?CLTC-P工况多产生的回收电能可以用于产生更多的车辆续驶里程?经过测试,该样品车在CLTC-P工况下和NEDC工况下的续驶里程分别是534.9km和501.3km?
2)动力电池各个完整NEDC工况回收电量在最初3个工况内差异较大,随后次序工况下回收电量差异变小?最初3个完整NEDC工况下,回收能量从最小的0.0046kW·h到趋于稳定变化的0.36kW·h?
3)动力电池各个完整CLTC-P工况回收电量在最初2个CLTC-P工况下的回收电能较小,分别为0.212kW·h和0.717kW·h,随后次序的CLTC-P工况下,回收电能变化趋于稳定,均值为0.756kW·h?
4)两种工况下都运行了30km左右,动力电池电能变化为3kW·h左右,车辆的制动能量处于完全激活状态?
#回收#电能#制动收藏
1.2测试工况
NEDC测试工况是GB/T18386—2017《电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》测试标准中的法规工况?CLTC-P测试工况是未来电动汽车续驶里程和能耗测试标准的法规工况?图2所示分别为NEDC法规工况曲线和CLTC-P工况曲线?
1.3测试车辆信息
所选择电动汽车样品车辆技术参数信息见表1?
1.4测试系统
测试设备主要由两个功能系统组成:车辆道路阻力模拟系统和电功率测试记录系统?底盘测功机设备主要用于实现车辆在按照指定测试工况运行过程中为车辆实时模拟道路阻力?功率分析仪设备主要用于电动汽车按照工况运行过程中的直流放电参数的实时测量和记录?设备测试系统示意图如图3所示?
图4所示为测试设备实物图?
2、测试数据及分析
本文规定动力电池放电状态时电流值为正值,充电时电流值为负值?电动汽车进行续驶里程测试过程中,动力电池从满电状态按照NEDC或CLTC-P工况反复运行至动力电池电量低至无法跟踪工况曲线时结束,这个测试过程中我们可以将电能分为三部分:①动力电池处于放电状态下的放电电能E 放电 ； ②动力电池处于制动能量回收状态时的回收电能E回收； ③动力电池在整个过程中的电能变化△E?
通过将续驶里程测试过程中电池电能分成三类,对动力电池电能数据基于不同工况进行处理和分析,研究不同工况下的制动能量回收特征?
2.1两种工况下车辆动力电池总电能变化特征
将测试车辆运行在NEDC工况和CLTC-P工况下,对电动汽车续驶里程测试的全工况动力电池电能变化△E,回收电能E 回收 以及放电电能E 放电 数据进行处理,绘制如图5所示柱状图 ?车辆运行在NEDC工况和CLTC-P工况下,动力电池的总电能变化量△E相差很小,CLTC-P工况下的电能变化比NEDC工况下的电能变化多1.30kW·h,百分比为2.3%?动力电池的CLTC-P工况下的总放电电量E 放电 比NEDC工况下多9.4kW·h,百分比为12.44% ?动力电池两种工况下的总回收电量E 回收 差异较大,CLTC-P工况下比NEDC工况下的总回收电量多8.11kW·h,比NEDC工况下的能量回收多了42.3% ?
两种不同工况特征差异是造成这一差距的主要原因:CLTC-P平均速度28.96km/h,低于NEDC平均速度33.64km/h,CLTC-P的循环能量需求量小； CLTC-P的减速比例为26.44%,NEDC的减速比例为16.61%,CLTC-P产生能量回收工况比例多?这使得在同样电能总量条件下完成CLTC-P续驶里程的回收能量比完成NEDC续驶里程的回收能量要多一些?
两种工况下的能量回收差异较大,CLTC-P工况下的回收电能比NEDC工况下的回收电能多接近一半?CLTC-P工况下多产生的回收电能可以用于产生更多的车辆续驶里程?经过测试,该样品车在CLTC-P工况下和NEDC工况下的续驶里程分别是534.9km和501.3km?
2.2运行NEDC工况时单个完整工况下电能变化
车辆进行续驶里程在底盘测功机上反复运行NEDC工况,对每个完整NEDC工况下的车辆动力电池电能变化△E?回收电能E 回收 以及放电电能E 放电 数据进行处理和分析,研究单独NEDC工况下的电能变化以及总体变化趋势 ?将每个NEDC完整工况下的动力电池电能变化△E?回收电能E 回收 以及放电电能E 放电 数据按照运行先后顺序绘制,如图6所示 ?
动力电池放出电量在不同次序完整NEDC的差很小,各个完整NEDC工况下的放出电量平均值为1.64kW·h,标准差为0.032,离散程度很小?动力电池各个完整NEDC工况的回收电量和电能变化量在最初3个工况内差异较大,随后次序工况下的回收电量和电能变化量差异变小?
在最初3个完整NEDC工况下,回收能量从最小的0.0046kW·h到趋于稳定变化的0.36kW·h,这主要是和整车制动能量回收的控制策略有关?
当车辆动力电池电量满或接近满电时,车辆的制动能量回收系统并未激活,因为此时制动能量回收的电能没有足够的存储空间?因此,此时第一个NEDC工况运行完成时,动力电池几乎没有制动能量回收电能,但随着动力电池放出的累计电量增多,动力电池的存储空间随之增大,逐渐满足车辆的制动能量控制策略,逐渐开始将制动回收的电能充入动力电池?
当电池的存储空间释放到完全符合车辆动力电池制定能量回收策略全面激活时候,车辆的制动能量回收电能就相应的趋于稳定?
完整NEDC工况下,电池电能变化是受到相应完整工况下的放出电能和回收电能的影响的?电池放出电能E 放电 差异不大,但最初3个完整NEDC工况的回收电能E 回收 差异较大,从而造成完成最初3个NEDC下电池电能变化△E也是由最高1.65kW·h到区域稳定的1.24kW·h ?趋于稳定变化(从第4个开始到最后一个)的NEDC下的电池回收电能为0.432kW·h,标准差为0.010,离散程度很小?
对应的电能变化的平均值为1.20kW·h,标准差为0.034,离散程度很小?
2.3运行CLTC-P工况时单个完整工况下电能变化
车辆在底盘测功机上反复运行CLTC-P工况,同样对每个完整CLTC-P工况下的车辆动力电池电能变化△E?回收电能E 回收 以及放电电能E 放电 数据进行处理和分析,研究单独CLTC-P工况下的电能变化以及总体变化趋势 ?将每个CLTC-P完整工况下的动力电池电能变化△E?回收电能E 回收 以及放电电能E 放电 数据按照运行先后顺序绘制,如图7所示 ?
车辆运行在CLTC-P工况下,不同次序完整CLTC-P的动力电池电能变化△E?回收电能E回收以及放电电能E放电的分布和变化特征规律与NEDC工况类似?完整CLTC-P工况下的动力电池的放出电量变化差异很小,均值为2.29kW·h,标准差为0.028?
最初2个CLTC-P工况下的回收电能较小,分别为0.212kW·h和0.717kW·h； 随后次序的CLTC-P工况下的回收电能变化趋于稳定,均值为0.756kW·h,标准差为0.022?最初2个CLTC-P下电池电能变化分别是2.11kW·h和1.64kW·h?
2.4两种工况下单个完整工况下制动回收电能差异
运行NEDC和CLTC-P进行续驶里程测试时,单个完整工况下的制动能量回收电能变化规律尽管类似,但是两种工况下单个完整的制动回收电能也有各自的特征?
运行NEDC工况时,运行至第4个完整工况时,车辆动力电池的回收电能趋于稳定,车辆行驶了33.06km(一个NEDC工况为11.03km)?运行CLTC-P工况时,运行至第3个工况后,车辆动力电池的回收电能就趋于稳定了,此时车辆行驶了28.96km(一个CLTC-P为14.48km)?不论何种工况,行驶30km左右时,车辆的制动电能回收开始处于完全激活并将回收电能充入动力电池中?
NEDC工况和CLTC-P工况两种工况下,所有稳定变化的单个完整工况下制动能量回收电能平均值分别为0.432kW·h和0.756kW·h,CLTC-P比NEDC高74.3%,两者差异明显?分别将CLTC-P和NEDC工况的起始3个完整工况和起始4个工况的瞬时电流值绘制为如图8所示的曲线?图中电流值为正值时,车辆动力电池处于放电工况； 电流值为负值时,车辆制动能量回收,动力电池为充电工况?
CLTC-P第一个完整工况下,当运行到该工况的末段部分时电流值出现负值,开始制动能量回收?第二个完整工况下,负值电流值在完整工况下都有覆盖,但此时的电流值幅度并未达到最大值,车辆制动能量回收部分激活?第三个完整工况下,负值电流不仅在完整工况下完全覆盖,同时负值电流的幅度达到最大值,此时随着车辆行驶里程的增加,以及动力电池电能存储空间的逐渐增大,车辆制动能量回收能量功能完全激活?在随后的工况运行过程中,制动能量回收处于全功能状态,直至动力电池可用电量完全放出,车辆无法跟踪测试工况,测试结束?
类似地,完整NEDC工况下的瞬时电流的变化特征也是从第一个NEDC完整工况时,负值电流值从无到有,并随着车辆续驶里程的增加,动力电池电能存储空间逐渐增大,车辆制动能量回收功能逐渐达到最大幅度状态,直至动力电池可用电量耗尽,测试结束?所不同的是,在第4个完整NEDC工况后,车辆的制动能量回收功能才处于完全激活状态?两种工况下都运行了30km左右,动力电池电能变化为3kW·h,车辆的制动能量即可处于完全激活状态?
3、结论
通过对样品车辆运行在NEDC工况和CLTC-P工况下的瞬时电流?电压和速度数据的研究和分析,得到两种工况下制动能量回收特征结论如下:
1)动力电池两种工况下的总回收电量E回收差异较大,CLTC-P工况比NEDC工况的总回收电量多8.11kW·h,比NEDC工况的能量回收多了42.3%?CLTC-P工况多产生的回收电能可以用于产生更多的车辆续驶里程?经过测试,该样品车在CLTC-P工况下和NEDC工况下的续驶里程分别是534.9km和501.3km?
2)动力电池各个完整NEDC工况回收电量在最初3个工况内差异较大,随后次序工况下回收电量差异变小?最初3个完整NEDC工况下,回收能量从最小的0.0046kW·h到趋于稳定变化的0.36kW·h?
3)动力电池各个完整CLTC-P工况回收电量在最初2个CLTC-P工况下的回收电能较小,分别为0.212kW·h和0.717kW·h,随后次序的CLTC-P工况下,回收电能变化趋于稳定,均值为0.756kW·h?
4)两种工况下都运行了30km左右,动力电池电能变化为3kW·h左右,车辆的制动能量处于完全激活状态?
