提高纯电动汽车的续航里程的策略研究

Sidney7806

摘 要：经济的快速发展是我国各行业迎来新的发展机遇，增加纯电动客车续航里程为新能源汽车的重中之重，从实际出发，提出了各种提高纯电动汽车续航里程的方法，如提高带电量、提高动力传动系统、使用低滚阻轮胎及合理配置空调系统功率等，以增加纯电动汽车的续驶里程。
关键词：纯电动汽车;续航里程;重中之重
1 重新定义电动汽车
目前，燃电汽车还主要是乘用车，但它的技术原理可以推广到商用车上。燃电汽车实际上是把发电用的一次能源、“发电厂”、“输电线路”全都放在了汽车上。发电用的一次能源是现行汽车用的汽油、柴油，发电装置是一种专门的内燃机+发电机，输电线路就是车上很短的电源线路，内燃机只提供总动力，但不直接驱动车辆。燃电汽车和网电汽车相比，优点是明显的，全寿命周期的CO2排放、能耗、污染物排放也完全可以和网电汽车相PK。它是一百多年来汽车技术与近二、三十年来汽车电驱动技术很好的结合。它并不排斥純电动汽车和燃料电池技术的发展。从全球能源结构看，各种一次能源均有自己的特性和应用范围，石油在一个预期相当长的时间内仍是人类最主要的一次能源，汽车行业、社会各界完全没有必要对汽车使用汽油、柴油“深恶痛绝”，欲杀之而后快。
2 提高纯电动汽车的续航里程的策略
2.1 增加带电量
增加续航最直接的方式就是增加带电量。例如2018年第三批目录中车长为4650-4740mm纯电动车裸车重（扣除电池后整车重量）与百公里耗电关系。在统计车辆中，A级车裸车重在1200kg左右波动时，整车百公里耗电量约14kwh，当车重为1500kg时，百公里耗电量约为16kwh。当整车带电量增加时，无疑会增加整车续航里程。如目标开发车型为续航350km，裸车重预计1200kg，需带电量为49kwh（3.5*14），但客户在使用过程中，不可能将电池电量全部用于做功，实际使用中还需考虑放电深度问题，考虑到75%的放电深度，则需要带电量约65.3kwh。但电池电量的增加，无疑增加了整车生产成本。如考虑一款车终端售价为20万，裸车核算成本为13万，每kwh电量价格为1200元，则可最多安装7万元电池，即电池电量为58.3kwh，当携带电量过大时，增加了成本，降低了整车的竞争力。当整车增加电量时，还需考虑电池放电问题。以上为不同温度下锂电池放电特性，为保证电池在不同温度下的放电特性，需要在低温时对电池进行预热处理，以保证电池在规定的温度范围内使用。
2.2 使用无线技术
无线充电的工作方式与有线充电非常相似。电源电压转换为直流电（DC）并用于为电池充电。在较高的功率水平下，会使用功率因数校正（PFC）级。大多数基于主电源的充电器使用电流隔离变压器，这是有线和无线充电器之间的本质区别。如果在基于核心的变压器中，耦合系数（k）近似为1，那么在无线应用中，k的值将接近0.25。实际值将与两个线圈之间的距离成反比，且如果初级和次级未对准，则实际值也将减小。然而，通过在初级和次级引入磁共振可改善这种情况。通过使用两个调谐电路，功率以特定的频率传输，且与非谐振方法相比，功率传输的能效可近乎翻倍。这种方法的另一优点是具有更好的电磁干扰（EMI）性能，这对无线充电的大规模推广至关重要。它还允许使用诸如零电压开关（ZVS）或零电流开关（ZCS）等技术，这两种技术对于实现极高能效的功率传输都起着重要作用。
2.3 电机参数对续航里程的影响
在电机外径和轴向长度不变的情况下，针对不同的铁耗系数γ，对电机的设计参数---定子齿宽bt、定子槽深hs、裂比λ和V型永磁体角度θ分别进行参数化分析。在分析过程中，电机输出的峰值转矩和转折速度不变，性能可以满足车辆的动力学性能要求。因电机运行工况不变，机械损耗基本不变，故本文不考虑机械损耗对续航里程的影响。根据Steinmetz公式得到仿真计算的铁耗值后，乘以相应的铁耗系数γ，求得用于分析的预测实际铁耗值。因实际铁耗值可以为仿真结果的2倍左右，故γ分别取1、1.75和2.5加以分析。需要说明的是，论及的铁耗、铜耗，均表示车辆在运行一个完整的循环工况时，电机铁耗和铜耗所带来的能量消耗。因同一循环工况下，能量消耗与瞬时功率有一一对应关系，故γ既可以表示实际铁耗与仿真计算铁耗的瞬时功率间的倍数关系，也可以表示铁耗带来的能量消耗间的倍数关系。
2.4 使用低滚阻轮胎
滚动阻力及空气阻力在任何行驶条件下均是存在的，当车辆在水平的路面上匀速行驶时，车辆仅受到滚动阻力与空气阻力。轮胎的滚动阻力主要是由于道路及轮胎的变形，轮胎与道路表面摩擦形成。滚动阻力影响因素主要有轮胎因素及工况因素两方面。轮胎因素主要为轮胎结构材料、轮胎气压、花纹及磨损情况。工况因素主要有汽车载重、行驶速度等方面。例如，当汽车行驶速度达到某个临界速度后（不同轮胎速度不同），轮胎会产生“驻波”现象，轮胎的周缘不再是圆形而成为波浪状，此时不但滚动阻力增加，车轮的温度也将迅速增加到100℃以上，几分钟内可能出现爆破现象。考虑到车辆在高速行驶时不会达到使轮胎达到产生驻波现象的速度，那么车辆的滚动阻力系数主要影响方式为轮胎方面。
2.5 降低耗电系统功率
纯电动汽车不同于燃油汽车，其中耗电功率较大的电器系统为电动冷暖空调，其中电气附件能耗占到整车输出能耗的10%～20%，此外，在城市工况中，因为频繁启停的原因，比例将会更大。就目前而言，整车空调系统能耗占到整车电器附件能耗的60～80%，相对于燃油汽车而言，燃油汽车的采暖、除霜等功能可使用发动机余热进行，而纯电动汽车则需要单独使用电能。因每台车的设计工况不同，需要依设计条件匹配空调系统，空调系统功率太大时影响整车续航，但功率太小时则导致制冷效果不明显。
3 结语
提高纯电动汽车续航里程是一个系统性问题，需要从各方面入手。单纯的增加带电量虽然可以提高整车续航，但带电量增加导致车辆载质量降低，且无可避免的增加了整车成本。本文从增加带电量、提高传动系统效率、轻量化、降低整车耗电附件等方面，提出了纯电动汽车增加续航里程方法。
参考文献：
[1]李征，周荣.电动汽车驱动电机选配方法[J].汽车技术，2007（02）.
[2]马如斌，林跃.纯电动乘用车驱动电机选配[J].汽车工程师，2010（10）.
[3]崔胜民.新能源汽车技术解析[M].化学工业出版社，2018.
[4]刘健.纯电动轿车驱动电机性能与结构参数匹配研究[D].吉林大学，2018.