电动乘用车主性能统计与分析评价 ………………………… 董学锋 (

董学锋130011) (中国第一汽车集团有限公司研发总院,长春

Automobile Technology - - 目次 -

【摘要】对《免征车辆购置税的新能源汽车车型目录》(第一批到十五批)中的电动乘用车相关数据进行统计,作出整车整备质量、续驶里程、能量密度等相关趋势线,通过对主参数与主性能的梳理与总结,获得了电动乘用车的主性能与主参数间的部分规律,并获得了主性能随时间的变化趋势。

1 前言

出于能源安全与环保的考量,中国积极鼓励新能源汽车的发展,在财政和政策上出台了一系列对应措施,

2014 8 2017 12 15

年 月至 年 月先后发布了 批《免征车辆购置税的新能源汽车车型目录》(以下简称《目录》),对其中纯电动汽车,列出了汽车生产企业名称、车辆型号、通用名称、纯电动续驶里程、整车整备质量、动力蓄电池组总质量和动力蓄电池组总能量等生产企业信息和基

534本技术指标。本文针对《目录》中提供的 款电动乘

4

用车的 项主性能进行统计与分析,从而给出目前电动乘用车的主性能特征。

2 动力电池主性能2.1 动力电池的能量密度

动力电池组的能量密度即动力电池组总能量与其总质量之比。目前,提高电池的能量密度已成为电动汽车的重要研究课题[1- 2],本文挑选《目录》中电动乘用 车的数据并进行梳理分析,534 个样本的能量密度平均107.45 W·h/kg

值为 。动力电池组总质量Ge和总能量Ee 1

散点图及趋势线如图 所示,其中电池组能量与质量的Ee= 0.110 2Ge- 0.729 9,

趋势平均线为 反映了电动汽车所用电池的平均性能,代表总体的平均水平,以此线为1

基线进行上、下平移,得到不同截距的平行线。由图可知,《目录》中电动乘用车的动力电池组总能量与总Ee= 0.110 2Ge± 15

质量之间的关系,基本在 之间,高于Ee= 0.110 2Ge+ 15 2 Ee= 0.110 2Ge- 15

的只有 个样本,低于

4 1

的有 个样本。图 也间接反映了电池能量密度的高低。

主题词:电动乘用车 主参数 主性能 统计评价U462 A 10.19620/j.cnki.1000-3703.20180243中图分类号: 文献标识码: DOI:

2.2 动力电池质量与整车整备质量

电动汽车颠覆了传统汽车的动力系统和供给系统,电机取代发动机,动力电池取代燃油箱。电动汽车改变了传统汽车的布置结构、各载荷大小与分布,总体上说,较重的动力电池额外增加了汽车的负担,增大了能量的消耗。统计表明,目前新能源汽车整备质量比传统汽油

8%~10%,

车整备质量高 且纯电续驶里程还不够理想。利用《目录》中的电动乘用车数据,关联动力电池组总质

2量与整车整备质量,其统计关系如图 所示。统计现有样本,动力电池组总质量Ge与整车整备质量Gz之比的

21.2% 2

平均值为 。从图 可以看出,主要样本点集中在Ge= 0.256 9Gz Ge= 0.256 9Gz-100

和 之间,平均线表达式为Ge= 0.256 9Gz- 56.136

。随着电池技术水平及电池能量密度的提高,未来电池的质量占比将会下降,而随着各种轻量化措施的使用[3-7],整车整备质量也将持续下降。

3 整车主性能3.1 续驶里程与整车能量密度

影响电动汽车续驶里程的主要因素是汽车的总质量、动力蓄电池组总能量及系统的阻力(包括滚阻、风阻和系统效率)等因素。续驶里程在底盘转鼓测功机(台架)上试验测得,试验质量是在整车整备质量的基础上

100 kg NEDC(4

增加 的附加质量,试验按照标准的 个市

+1

区 个郊区)循环进行,其测得的续驶里程也称为工况法续驶里程。将动力电池组总能量与整车整备质量之比定义为整车能量密度,得到续驶里程Se与整车能量密度 Eg的关系如图3a

所示。两者之间的统计关系可用Se= 12.5Eg- Δ Se= 12.5Eg- 81.5的斜线族来描述,其中 为趋

Δ=40 Δ=80 Δ=120 Δ=160势平均线,图中给出了 、、 和 的斜线族。将《目录》中的数据按年代区分,进行数据处理后得

3b

到图 所示的续驶里程与整车能量密度的关系随年代

3b

的变化情况,从图 可知,趋势线的斜率随年代不断提2014 Se= 9.024 9Eg- 21.056高。趋势平均线由 年的 变为2017 Se= 14.002Eg-110.58,

年的 技术进步较快;整车能量

30 W · h/kg 2014

密度 的车辆续驶里程平均值在 年为

249.69 km, 2017 309.42 km, 60 km

而在 年达到了 有近的差别。这体现了系统匹配能力的提升和能量利用效率的提高。

3.2 3.3 电池总能量与质量里程积

汽车是载运人员或货物的交通工具,在物流中常用的货物运输计量单位是吨公里,这里引入“质量里程

4积”,即整车整备质量与续驶里程的乘积。图 所示为动力电池总能量与质量里程积的统计关系,其趋势平Ee= 0.532 8[ GzSe] R2= 0.932 1,均线可表达为 0.723 1,相关性

± 10 kW · h

所有数据较为集中,离差基本在 内,主流数

± 5 kW · h

据在 内。同样,其差异可以理解为由不同车辆滚动阻力、风阻、电转化效率及传动效率的不同所引起。在趋势平均线下方的,能源利用率高,反之,能源利用率低。

广义耗电量

新能源汽车双积分法规发布以后,要求生产电动汽车的企业上报耗电量,但在之前的《目录》数据中没有耗

电量,因此本文引入广义百公里耗电量:

以《目录》中电动乘用车的相关数据为样本,广义百5

公里耗电量与整车整备质量的关系如图 所示,其趋势平Yp= 9.327 1ln( Gz)- 51.394,

均线可表达为 作其不同倍数曲0.6Yp 0.8Yp 1.2Yp 1.4Yp, 0.8Yp~1.2Yp

线 、、、 样本数据聚集在之间的较多。即对于电动乘用车而言,其工况法续驶里程Se、动力电池总能量Ee及整车整备质量Gz三者的关系可描述为:

4 电动乘用车评价

4.1 综合因数评价

对于电动汽车,其技术指标向动力电池能量密度大、续驶里程长(与传统动力相当)、整车整备质量小的方向发展。因此,引入综合因数: 从式(3) 可知, Le与电池密度( Ee/Ge)成正比,与Se成正比,与Gz成反比。综合因数与整车整备质量的关系如6 Le1=- 2.280 7Gz+ 20.071

图 所示,其趋势平均线为 。以Le1为基线,定义某车辆的综合因数与相同整车整备质量Qe=Le/Le1,

下的综合因数的平均值之比为综合指数,即 反映了其与平均水平的高与低。当前样本的综合指数Qe 0.2~2.2

基本在 间,且Qe越大越好。

4.2 动力功效评价

电动汽车利用电机将动力电池中储存的电能转化 Lw=GzSe/Ee,

为机械能驱动车轮,定义整车功效为 即在标1 kW·h

准的工况下,动力电池 的能量,可驱动整备质量1t

为 的车辆行驶的里程,用以表征动力电池总能量的发挥程度。功效值大,体现了车辆自身的阻力较小、逆变传动效率较高等技术优势。

7

图 所示为利用现有样本数据生成的功效散点图,以整车整备质量为横轴展开,其动力功效的平均线L1.0= 2.644 4Gz+ 5.204

为 。以功效趋势平均线作为评价Qw=Lw/L1.0, 7

基准,某车型的功效指数定义为 图 给出了Qw= 1.4 Qw= 1.2 Qw= 0.8 Qw= 0.6

、 、 和 的斜线族, Qw越大越具有比较优势。目前的样本的功效指数Qw均在 0.6~1.4 0.6(2.644 4Gz+5.204)

间,即《目录》中车辆样本的功效在

1.4(2.644 4Gz+5.204)

和 之间。

5 电动乘用车的新能源汽车积分探讨

5.1 电动乘用车的新能源汽车积分算法

根据新能源乘用车车型积分计算方法[8],对于纯电0.012Se+0.8,

动车,标准车型的积分是 但标准车型积分5

上限为 分。为此,当电动乘用车的续驶里程达到350 km

时,就获得了标准车型的积分上限,从积分的350 km

角度说,续驶里程的设计不必超过 。

30 min

获得积分的必要条件是:纯电动乘用车 最高100 km/h; 100 km

车速不低于 工况法续驶里程不低于 。纯电动乘用车工况条件下百公里耗电量Y满足条件一、1

但不满足条件二的,车型积分按标准车型积分的 倍计1.2 0.5

算;满足条件二的,按 倍计算。其余车型按 倍计8

算,并且积分仅限本企业使用,如图 所示。

5.2 双积分区域条件划分的探讨

2电动乘用车双积分计算方法利用 个折线划分区域,折线的转折点附近存在不合理积分问题,在不掌握耗电量测试数据样本的情况下,使用广义耗电量来替代分析,二者应具有相似的数据特征。将本文提出的Yp、

1.2Yp 0.85Yp 9, 1.2Yp

、 及双积分条件折线绘于图 可见 、

0.85Yp

与双积分条件折线比较按近,仅在整车整备质量较小的区域曲线上移,这有利于电动乘用车的轻量化,

1.2Yp 0.85Yp,如果条件一和条件二分别替换为 和 整车整备质量域限制区的表达似更为简洁。

6 电动乘用车的主性能变化趋势 6.1 电池能量密度和整车能量密度的变化

提高电动汽车的电池能量密度是电池研发的重要课题之一[9]。近几年,随着电池研发和汽车轻量化投入力度的加大[10],电池和整车的能量密度逐年提高,用《目录》中车型的数据,计算出电池能量密度、整车能量密度

10 10并按年度计算平均值,将结果绘于图 中。由图 可知,电池能量密度和整车能量密度的总体年平均增量分

8.39 W · h/kg 1.94 W · h/kg,

别为 和 假设变化速率不变,

2022

则 年电池能量密度和整车能量密度将分别达到

157 W·h/kg 34 W·h/kg,

和 届时电动汽车将进入成熟期。

6.2 电动乘用车续驶里程的变化

在控制总质量的前提下加大续驶里程是汽车设计师的追求,电池能量密度的提升是续驶里程提高的关键因素。同样将续驶里程按年度计算平均值,结果见图

11 27.57 km,。电动乘用车续驶里程的平均年增量为 假

2022

设变化率不变,则 年电动乘用车的续驶里程平均值 350 km, 50%

可达 即 以上的电动乘用车续驶里程超过

350 km 3.1 2017

。从 节可知,按 年的产品技术水平推算,

1 W·h/kg, 14 km整车能量密度每增加 续驶里程将增加 。

7 结束语

为推进节能减排,国家出台了新能源汽车鼓励政策和高油耗汽车的惩罚措施,本文通过搜集当前产品数据,进行主参数与主性能的分析与总结,获得了电动乘用车主性能与主参数间的部分规律,及主性能随时间的变化趋势,为电动汽车产品的开发策划、政策制定等提供参考。

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考 汽车工艺与材料

(责任编辑 斛畔) 2018 3 14修改稿收到日期为 年 月 日。

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