姜兆婷
上海机动车检测认证技术研究中心有限公司，上海市嘉定区，201805
摘要：纯电动汽车作为完全无排放、无污染的新能源汽车，是新能源汽车最终的发展方向。但是由于目前动力电池的能量密度较低，增加电池能量密度，提升纯电动汽车的续航里程是目前急需解决的难题。而整车能量流研究就是分析不同工况下由动力电池提供的能量分配到电动汽车有效功率、热损耗、其它损耗等各部分的情况，它可以从系统集成的角度分析电动汽车动力总成中的能量转换与传递过程，可以优化动力总成各部件的匹配，提高动力总成的整体效率，为热管理系统的设计提供指导，同时为增加电动汽车的续航里程提供优化解决方案。
关键词：新能源汽车；纯电动；能量流；检测；
1纯电动整车能量流（VEM）关联关键系统分析
纯电动整车能量流分析，如下图1所示，其包括动力电池组、电机控制器和驱动电机，动力电池组与电机控制器进行电气连接，电机控制器与驱动电机进行电气连接，驱动电机通过联轴器向外输出机械功。
A区为电机效率及能耗区，B区为电器附件系统功耗，C区为传动系统能耗，D区为整车行驶能耗。
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1.1 整车阻力分析
纯电动车型受造型、整备质量等因素影响，整车道路滑行阻力较高，对车辆的能耗影响很大，有效的阻力分解及降阻方案显得尤为重要。
a)风阻方面：货舱平整度、底盘平整度、外造型等均会影响高速段阻力。
b)滚阻方面：轮胎滚阻系数、磨合程度等影响中高速段阻力。
c)内阻方面：制动卡钳拖滞力矩、传动系统内阻影响低速段阻力。
1.2 动力总成匹配
纯电动车型需满足经济性，并兼备动力性要求，两者的矛盾性导致动力总成匹配存在“不可兼得”的问题，需根据工况及车型，优化动力总成匹配方案。
a)变速箱多档化匹配：在工况中，单一速比变速箱导致电机无法集中于高效区工作，动力总成效率偏低，能量利用率低。
电机选型：在工况中，电机扭矩响应较慢，起步加速瞬时加速踏板开度剧增，后续减小，导致电机需求功率变化幅度大，电池对外输出不稳定。
b)变速箱多档化匹配：在工况中，单一速比变速箱导致电机往往无法集中于高效区工作，动力总成效率偏低，能量利用率低。
1.3 能量管理策略
纯电动车型，在驱动消耗及制动回收策略方面较为粗糙，仍有优化空间，需制定针对性的能量管理策略。
a)加速踏板策略精细化：
个别工况中，驾驶员需频繁踩下和松开加速踏板以满足工况需求，导致电池处于放电与回收来回转化波动中，电池频繁放电与充电，能量利用率较低。
b)制动踏板策略精细化：
个别工况中，踩下制动踏板，电机制动力与液压制动力分配不合理，非解耦状态下的电机及液压制动系统，液压制动介入过早，占比过大，导致能量回收效率偏低。
2纯电动整车能量流（VEM）测试
2.1 整车能量流测试目的
通过基于整车能量管理（VEM）能量流测试分析，发现并分析整车状态下各部件状态及能效问题。根据车辆构型，在关键系统零部件位置加装传感器，并记录相关部件工作状态，完成满电续航下的能量流测试。分析各系统的工作状态、统计累计能耗、转化效率等，并结合数据库进行数据量化评价。
2.2 整车能量流测试准备
2.2.1车型特征分析
测试车辆从车辆构型特征、技术特征以及空间布置特征3个层面进行车型特征分析。
a)构型特征：从车辆类型、动力构型、子系统架构3个方面进行分析，明确车辆动力传动系统、热管理系统、制动系统和电气系统结构原理和能量流路径。
b)技术特征：针对车辆采用的先进技术（空调/热泵、轻量化、低风阻设计等）和功能模式（驾驶模式、制动能量回收等级、单踏板等），明确主要的能耗/效率关注点。
c)空间布置特征：根据机舱和乘员舱的紧凑程度、关键测点周边环境，分析预判测点布置方案和能量流平衡（闭环）方案的可行性，辅助测试方案的制订。
2.2.2测试方案制定
基于车型构型分析与实际项目要求，进行指标体系确认和执行方案设计，完成测试方案制定。
a)能耗分解指标。为系统评估车辆的能耗/效率，能耗分解指标涵盖了整车级、总成级和系统/部件级，并基于以上分解指标明确对应的多源信号采集需求。
b)测试矩阵设计。综合环境（常温、高/低温）、SOC状态、驾驶模式、制动能量回收强度、工况（标准循环工况、用户工况）、附件状态（空调/暖风开启条件）等因素，进行多参数维度测试矩阵设计，反映车辆使用和功能/策略应用场景。
2.2.3测点布置和设备安装
根据构型特征、技术特征和空间布置特征的分析（参考4.1内容），预判测点布置方案和能量流平衡（闭环）方案的可行性。
同时在测点安装电流和电压传感器。通过CAN 接入整车的OBD接口，读取电机的转速和扭矩数据。
连接功率分析仪，设置采样频率、电流电压范围等，需注意“零漂”现象。
2.3整车能量流测试
采集电池-PDU 之间的电压、电流，PDU-MCU 之间的电压、电流，MCU-电机的三相交流电的电压、电流，电机输出的转速和扭矩。通过功率分析仪内部的计算，得到电池-PDU之间和 PDU-MCU 之间直流电信号的的电压、电流、功率、能量等信息，并得到 MCU-电机之间交流电信号的电压、电流、功率、能量。整车能耗、回收能量、MCU能耗、电机能耗等信息。
结合整车测试主要边界条件，如模拟整车测试质量、道路阻力加载系数、主减速比等，可分别测试附件能耗、MCU电机功耗、滚动阻力、传动系统效率。
2.4 数据处理及计算分析
导出功能分析仪的测试数据，结合内部计算公式计算以下数值：
a)能量回收率=电池回收能量/电池输出能量*100
b)MCU 效率=MCU-电机之间交流电信号的功率 / PDU-MCU之间直流电信号的功率*100
c)电机输出机械功率 =电机转速*电机扭矩/（60/（2*π））
d)电机效率=电机输出机械功率/MCU-电机之间交流电信号的功率*100
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附件功耗=电池包输出总能量-MCU输出n能耗
结语：
本文主要介绍了纯电动车型整车能量流（VEM）的关键系统分析，和整车能量流测试的方法，为新能源的动力总成优化匹配提供方向，为热管理系统的设计提供指导，同时为增加电动汽车的续航里程提供优化解决方案。
参考文献：
[1] 战祥真．纯电动汽车动力系统试验台研究［Ｄ］．重庆大学，２０１２．
[2] 刘忠途，伍庆龙，宗志坚．基于台架模拟的纯电动汽车能耗经济性研究［Ｊ］．中山大学学报（自然科学版），２０１１，５０（０１）：４４－４８＋５２．
[3] 李鑫．基于电池放电效率的纯电动汽车续航能力的研究［Ｄ］．重庆理工大学，２０１５．