大家好，我是阿迪，關(guān)注行業(yè)，梳理并總結(jié)所學(xué)所知與所見，希望能給大家?guī)?lái)點(diǎn)幫助。說(shuō)實(shí)話，這篇文章時(shí)我見過講解續(xù)航基礎(chǔ)知識(shí)最全的一篇文章了，值得入門級(jí)好好看看。

隨著石油能源的減少及環(huán)境污染的日益加劇，電動(dòng)汽車（ElectricVehicles,EV）由于具有低能耗、零排放等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受歡迎。電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)燃油車的最大區(qū)別是其動(dòng)力源來(lái)自于動(dòng)力電池，動(dòng)力電池提供的電能作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)能源，可以做到汽車尾氣零排放，緩解汽車尾氣帶來(lái)的大氣污染。但由于充電設(shè)施少、距離遠(yuǎn)、充電時(shí)間長(zhǎng)等，續(xù)駛里程成為評(píng)價(jià)純電動(dòng)車汽車性能的最重要指標(biāo)，也是客戶選購(gòu)純電動(dòng)汽車的重要參考因素。

1電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程

在本節(jié)中說(shuō)明純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程概念以及純電動(dòng)汽車的構(gòu)成、原理及特點(diǎn)。

? 1.1續(xù)駛里程概念

? 續(xù)駛里程是指電動(dòng)汽車在動(dòng)力蓄電池完全充電狀態(tài)下，以一定的行駛工況，能連續(xù)行駛的最大距離。在這里引入能量消耗率的概念，能量消耗率是指電動(dòng)汽車經(jīng)過規(guī)定的試驗(yàn)循環(huán)后對(duì)動(dòng)力蓄電池重新充電至試驗(yàn)前的容量，從電網(wǎng)上得到的電能除以行駛里程所得到的值，稱為能量消耗率（網(wǎng)端）。本文把續(xù)駛里程稱為續(xù)航，能量消耗率稱為電耗。

? 1.2電動(dòng)汽車的構(gòu)成

? 電動(dòng)汽車是指驅(qū)動(dòng)能量完全由電能提供的、由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車。電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電能來(lái)源于車載可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)。與燃油車相比，三電系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的核心特征。三電系統(tǒng)指電驅(qū)系統(tǒng)、電驅(qū)控制系統(tǒng)、電池系統(tǒng)。電動(dòng)汽車的主要特征如圖1所示。除了三電系統(tǒng)以外，還有為之配套的充放電系統(tǒng)，DC/DC變換器等。 ?

1.3電動(dòng)汽車基本原理 ? 通過外接直流或者交流電對(duì)電池進(jìn)行充電，電池通過化學(xué)反應(yīng)對(duì)電能進(jìn)行儲(chǔ)存，是車輛獲得前行的能源。駕駛過程中，電池通過電源轉(zhuǎn)換器向電機(jī)供電，來(lái)自加速踏板的信號(hào)輸入到電子控制器中，進(jìn)而控制電機(jī)輸出的扭矩來(lái)調(diào)整車輛以達(dá)到需求速度。當(dāng)車輛滑行或者制動(dòng)時(shí)，通過制動(dòng)能量回收系統(tǒng)轉(zhuǎn)化動(dòng)能給電池進(jìn)行充電，增加續(xù)駛里程。 ? 1.4電動(dòng)汽車特點(diǎn) ? 與燃油車相比，電動(dòng)汽車有如下主要特點(diǎn)： ? 1）驅(qū)動(dòng)能源來(lái)自于電能，效率高、節(jié)能、清潔、零排放；2）電驅(qū)特性，低速時(shí)轉(zhuǎn)矩大，起步加速快，控制線性；3）不需要變速器即可實(shí)現(xiàn)變速；4）無(wú)發(fā)動(dòng)機(jī)，噪音低；5）電機(jī)體積小、重量輕，容易布置。 ?

2續(xù)駛里程與能量消耗率計(jì)算

2.1理論計(jì)算公式

電動(dòng)汽車的能量消耗率一般指電網(wǎng)端能量消耗率，在本節(jié)中，為便于理解和計(jì)算，忽略了電網(wǎng)與充電設(shè)備效率的影響，特指電池端能量消耗率。 ? 單位里程能量消耗率是所消耗能量與行駛里程的比值，其式為 ?

式中，E為單位里程能量消耗率，kW·h/km；Pei為行駛中的功率需求，kW；Si為行駛距離，km；ti為行駛時(shí)間，h。 ? 為了便于分析，把行駛工況分解為怠速工況、勻速工況、加速工況、減速工況四個(gè)工況。 ? （1）怠速工況。電動(dòng)汽車在怠速工況時(shí)，由于電驅(qū)無(wú)動(dòng)力輸出，行駛能量消耗可視為零。 ? （2）勻速工況。由汽車行駛方程式可以得出勻速行駛時(shí)功率需求，其式為 ?

式中，Pd為功率需求，vd為勻速車速，km/h；Cd為風(fēng)阻系數(shù)；A為迎風(fēng)面積，m2；i為坡度，°；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)，N/kN；ηt為電驅(qū)效率。 ? 把式（2）代入式（1），即可得到勻速工況的單位里程能量消耗量，其式為 ?

式中符號(hào)含義同式（2）說(shuō)明。 ? （3）加速工況。加速行駛時(shí)的功率需求為 ?

式中，Pj為功率需求；v(t)為車速，km/h；δ為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；aj為加速度；其他符號(hào)含義同式（2）說(shuō)明。把式（4）代入式（1）即可得到加速行駛工況的能量消耗率： ?

式中，v0為加速起始車速，km/h；vj為加速終了速度，km/h；其他符號(hào)含義同式（2）說(shuō)明。 ? （4）減速工況。在滑行減速或者制動(dòng)減速時(shí)，電機(jī)無(wú)動(dòng)力輸出，此時(shí)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)對(duì)動(dòng)力電池充電，進(jìn)行能量回收，將一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在電池中。 ? 通過以上公式可以得出在組合工況(以上四個(gè)工況的組合)下的能量消耗量為 ?

式中，Et為組合工況下的能量消耗量，kW.h。 ? 假設(shè)電池的額定總能量為 ? Em=Cm·Um? ? ? ? ? ?（7） ? 由此可得到續(xù)駛里程

式中，St為續(xù)駛里程，km。 ? 需要說(shuō)明的是，式（8）忽略了充電效率、放電深度、放電效率、車載電器損耗等因素。實(shí)際開發(fā)中需要考慮這些因素，采用復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行仿真計(jì)算。 ?

2.2行駛工況

在討論續(xù)駛里程與能量消耗率時(shí)，需明確行駛工況。行駛工況不同，同一臺(tái)汽車的測(cè)試結(jié)果也會(huì)不同。在國(guó)內(nèi)，純電動(dòng)乘用車的測(cè)試行駛工況為中國(guó)乘用車行駛工況（ChinaLight-dutyVehicleTestCyclePassengerCar, CLTC-P），包括低速、中速、高速共3個(gè)速度區(qū)間，每個(gè)循環(huán)時(shí)長(zhǎng)1800s，里程14.48km。CLTC-P工況曲線如圖2所示。 ?

CLTC-P工況對(duì)中國(guó)汽車行駛工況開發(fā)技術(shù)路線的總結(jié)凝練，綜合考慮了人口、汽車保有量、GDP等多項(xiàng)指標(biāo)以及我國(guó)各典型城市、地區(qū)地理、氣候特點(diǎn)等來(lái)確定，符合中國(guó)國(guó)情與實(shí)際情況。 ? CLTC-P測(cè)試流程分為常規(guī)工況法與縮短法。其中縮短法測(cè)試流程如圖3所示。 ?

不超過8個(gè)CLTC-P循環(huán)里程的車輛采用常規(guī)工況法，超過8個(gè)循環(huán)的車輛采用縮短法。 ?

3續(xù)駛里程的影響因素

? 通過以上內(nèi)容的說(shuō)明，可以看出影響續(xù)駛里程因素主要有三電相關(guān)的電驅(qū)、電池，整車相關(guān)的重量、風(fēng)阻、機(jī)械阻力、低壓電耗、能量回收能力等。以下分析結(jié)果及影響程度均基于CLTC-P工況進(jìn)行仿真，仿真模型如圖13所示。 ?

3.1電驅(qū)影響

純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)、控制系統(tǒng)、減速器、傳動(dòng)軸組成。電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換成汽車驅(qū)動(dòng)力的裝置。電驅(qū)的外特性曲線如圖4所示。 ?

在同等電量下，電機(jī)效率越高，轉(zhuǎn)化為可利用的動(dòng)能越多，續(xù)駛里程越長(zhǎng)。在選型時(shí)，要選取綜合效率高、高效率區(qū)間占比大的電驅(qū)系統(tǒng)。 ? 電驅(qū)效率對(duì)續(xù)駛里程的影響如圖5所示。 ?

從仿真結(jié)果看，電驅(qū)效率對(duì)續(xù)駛里程影響明顯，電驅(qū)效率每提升2%，續(xù)航增加約3.4%。 ? 當(dāng)前主流為三合一電驅(qū)，綜合效率在89%左右。但隨著各廠商對(duì)電驅(qū)研發(fā)的投入，四合一、七合一、八合一系統(tǒng)相繼出現(xiàn)。電驅(qū)系統(tǒng)高度集成后，具備體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)。尤其是SiC材料的采用，大大提升了電驅(qū)效率。 ?

3.2動(dòng)力電池影響

? 動(dòng)力電池為整車行駛提供能量，影響續(xù)駛里程的主要參數(shù)有：

? （1）影響可提供電量的電池容量、放電深度、能量密度等； ?

（2）影響制動(dòng)能量回收的峰值充電功率、持續(xù)充電功率等。 ?

其中能量密度是各主機(jī)廠關(guān)注的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，提升電池能量密度可有效降低整車重量。例如對(duì)于60kWh電量的動(dòng)力電池能量密度大約120Wh/kg，如果提升至150Wh/kg，可減輕120kg左右，收益匪淺。電池受環(huán)境溫度的影響較大，本文中的仿真與測(cè)試環(huán)境溫度為常溫。 ?

3.3重量影響

輕量化是節(jié)能減排的有效手段，在保證汽車的強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的重量，從而提高汽車的經(jīng)濟(jì)性。白車身的輕量化系數(shù)、電池的能量密度等參數(shù)可用來(lái)衡量輕量化水平。 ? 隨著技術(shù)發(fā)展，輕量化手段多種多樣，比如從材料上采用高強(qiáng)度物料以及塑料化開發(fā)，從結(jié)構(gòu)上通過靈敏度分析進(jìn)行優(yōu)化，從工藝上采用熱沖壓工藝等方面進(jìn)行。 ? 通過仿真分析，可知重量對(duì)續(xù)駛里程和能量消耗率的影響如圖6所示。 ?

從仿真結(jié)果可以看出，重量每下降100kg，續(xù)駛里程增加3.7%左右。 ?

3.4風(fēng)阻影響

空氣阻力簡(jiǎn)稱為風(fēng)阻，指空氣對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的阻礙力。物體在運(yùn)行時(shí)，前面的空氣被壓縮，兩側(cè)表面與空氣的摩擦，以及尾部后面形成的部分真空，這些作用所引起的合力為空氣阻力。 ? 影響風(fēng)阻的因素有造型、迎風(fēng)面積、前格柵開口面積、前艙氣流管理、輪輞及輪腔、車底平滑度、尾流形態(tài)等。 ?

整車的風(fēng)阻可以通過兩個(gè)途徑獲得。一是通過計(jì)算流體力學(xué)（CFD）仿真獲得，二是風(fēng)洞試驗(yàn)得到。在開發(fā)前期，由于造型方案多且變化頻繁，一般通過CFD進(jìn)行仿真分析及快速迭代，增加效率與降低開發(fā)成本。造型方案基本鎖定后，通過制作油泥模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證或驗(yàn)收。風(fēng)阻對(duì)續(xù)駛里程的影響如圖7所示。其中風(fēng)阻的大小用阻力因子來(lái)表征。 ? 從仿真結(jié)果可以看出，風(fēng)阻每下降10%，續(xù)航增加6%左右。 ?

3.5制動(dòng)阻力矩影響

制動(dòng)阻力矩由卡鉗拖滯力矩和軸承動(dòng)態(tài)力矩兩部分組成。制動(dòng)阻力矩對(duì)續(xù)駛里程的影響如圖8所示。 ? 當(dāng)前的卡鉗拖滯力矩的水平在1.5Nm左右，現(xiàn)在已提出“零拖滯扭矩”卡鉗概念，可以控制在1.0Nm以內(nèi)。 ?

從仿真結(jié)果可以看出，制動(dòng)阻力矩每降低10%，續(xù)駛里程增加10%左右。 ?

3.6輪胎滾阻影響

輪胎由橡膠制成，具有彈性，在與地面接觸的過程中產(chǎn)生形變，進(jìn)而產(chǎn)生阻力。滾動(dòng)阻力系數(shù)是車輪在一定條件下滾動(dòng)時(shí)所需之推力與車輪負(fù)荷之比，是表征輪胎滾阻的一個(gè)重要參數(shù)。 ? 滾阻系數(shù)對(duì)續(xù)航的影響如圖9所示。 ?

從仿真結(jié)果可以看出，滾阻系數(shù)每降低10%，續(xù)駛里程增加2%左右。 ? 輪胎的滾阻系數(shù)與續(xù)航、操控、NVH（Noise,VibrationandHarshness）、制動(dòng)等有強(qiáng)相關(guān)關(guān)系，較低的滾阻系數(shù)雖然有利于提升續(xù)駛里程，但對(duì)操控、制動(dòng)等有不良影響。所以在開發(fā)中不可追求過低的滾阻系數(shù)。 ?

3.7輔助（低壓電耗）影響

車輛行駛過程中，除了必須的動(dòng)力輸出外，駕駛輔助系統(tǒng)也消耗能量。例如車機(jī)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、除霜除霧等。通常把這些統(tǒng)稱為輔助或者低壓電耗。 ?

如圖10所示，從仿真結(jié)果可以看出，低壓電耗每降低10%，續(xù)駛里程增加1%左右。 ?

3.8制動(dòng)能量回收影響

制動(dòng)能量回收指汽車滑行、減速或者下坡時(shí)，將車輛行駛過程中動(dòng)能及勢(shì)能轉(zhuǎn)化為或者部分轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在動(dòng)力電池中。在車輛開發(fā)中，能量回收一般設(shè)定輕度、中度、高度三個(gè)等級(jí)。高度等級(jí)回收比例最大，對(duì)續(xù)駛里程增加貢獻(xiàn)最大。 ? （1）滑行工況，在不踩制動(dòng)情況下，車輛滑行減速直至所需速度?；泄r能量回收示意圖如圖11所示。 ?

（2）制動(dòng)工況，在踩制動(dòng)進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，由電驅(qū)提供制動(dòng)力。制動(dòng)工況能量回收如圖12所示。 ?

使用環(huán)境對(duì)能量回收影響較大，例如電機(jī)特性、蓄電池特性、車輛行駛工況、制動(dòng)安全性等。由于篇幅問題，本文不再贅述。 ?

4案例分析

本文結(jié)合某款電動(dòng)車的開發(fā)，介紹了續(xù)航里程開發(fā)流程中仿真階段與實(shí)車驗(yàn)證階段的重要內(nèi)容。

? 4.1參數(shù)選定

? 根據(jù)車輛的開發(fā)需求以及選型結(jié)果，車輛的主要參數(shù)如表1所示。 ?

4.2仿真分析

根據(jù)整車參數(shù)，使用AVLCruise軟件搭建電動(dòng)車的仿真模型，如圖13所示。 ?

通過圖13的仿真模型，利用縮短法進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖14所示。 ?

從仿真分析結(jié)果可以看出電池狀態(tài)、電驅(qū)輸出及回收功率、瞬時(shí)能量消耗率等信息，通過分析曲線可以優(yōu)化標(biāo)定策略，進(jìn)而提升續(xù)航。 ?

4.3實(shí)車測(cè)試

在實(shí)車階段，需要對(duì)續(xù)駛里程目標(biāo)是否達(dá)成進(jìn)行檢驗(yàn)與驗(yàn)收。在轉(zhuǎn)轂測(cè)試前，需要對(duì)驗(yàn)收車輛磨合后，在特定試驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行滑行測(cè)試，獲取滑行阻力曲線，如圖15所示。

在轉(zhuǎn)轂上進(jìn)行滑行阻力曲線擬合后，采用縮短法對(duì)續(xù)駛里程進(jìn)行測(cè)試與驗(yàn)收。

? 5結(jié)論

? 電動(dòng)汽車的續(xù)航里程提升既是客戶的需求也是各汽車廠的重點(diǎn)關(guān)注和提升的性能。本文從電動(dòng)汽車的構(gòu)造以及基礎(chǔ)理論公式，結(jié)合測(cè)試工況的特點(diǎn)，分析了影響續(xù)駛里程的關(guān)鍵因素及影響程度，對(duì)以后的電動(dòng)車的開發(fā)都有參考與借鑒意義。

? 作者：1.吉利汽車研究院（寧波）有限公司 唐保龍、馬超；2.極氪汽車（寧波杭州灣新區(qū)）有限公司新能源開發(fā)中心??趙廣成

編輯：黃飛

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