来源|中国第一汽车股份有限公司新能源发展研究院
来源|电子学校
本文以一款国产纯电动汽车为研究对象，重点分析高温低温环境下除传统动态影响因素外的其他重要能耗影响因素，同时从车辆自身特性角度研究能量管理问题，没有从其他角度详细分析动力电池能量衰减导致的里程减少。
1.高低温条件测试
测试了纯电动汽车在高低温环境下的能量流动，研究了各影响因素的能耗比例，挖掘出高低温环境下能耗的最大影响因素，为后续系统设计匹配和能源策略优化提供参考
1.1测试方法
高温和低温试验在模拟环境舱中进行。试验车辆采用CLTC-P循环试验，从满载到车速达不到工况要求时，测试最大里程期内的能量分布
设定被测车辆的浸泡时间、温度等参数，模拟用户实际使用：高温测试，在25下浸泡车辆12小时，模拟夏季夜间停车，在35下模拟夏季实际天气。测试中采用850W照明模拟夏季日照；冬季环境温度为1.7，可覆盖华北等大部分地区
试验设备采用中旅环境模拟舱和AVL底盘测功机。采用高精度数据采集仪和电流传感器，在车辆主要能流位置布置传感器，记录能量变化。每个完整的CLTCP周期记录一组测试数据。试验过程中的具体试验方案和空调设置条件见表1和表2，主要变量试验位置见表3。
1.2高低温试验能耗分析
测量的单循环车速曲线如图1所示。实测车速曲线与标准工况车速的偏差小于1%。高温下动力电池单周期输出电流如图2所示
空调系统DC/DC输入端和驱动电机端的单循环平均能耗见表4
车辆高温(35)试验的能量分解结果如图3所示。空调系统和低压附件的总能耗占车辆总能耗的37%，超过车辆能耗的1130%。这两个方面是影响高温行驶里程的主要因素
空调压缩机的能耗主要在于当驾驶室冷却且电池温度过高时，用冷水机组换热器冷却电池。当空调只冷却驾驶室时，功率约为lkW.值得注意的是，低压附件系统能耗比较高。原因一方面在于空调开机时空调系统压力大，导致冷凝器对风扇风量需求大，风扇一直保持高速运转。此时风扇功率远高于常温行驶时，功率始终在300W以上；另一方面，空调系统中的鼓风机消耗了车辆的低压电能，也比去年同期增加了10W。因此，在高温环境下，空调系统本身和空调开启造成的附件能耗是高温行驶里程的最大影响因素
在低温试验期间，测功机的模拟电阻设定为车辆常温电阻的1.1倍。其他测试条件见表1，测试结果见图4
在低温(-7)工况下，压缩机和低压附件的能耗占总能耗的28%。该型号在该温度下的制热方式主要是热泵空调，略显节能-
在高温实际测试过程中，高温环境舱设定为35。为了模拟夏季用户的单一实际使用情况，对车辆进行了CLTCP循环测试，里程为14.48km，符合用户单一出行的特点
根据前面的测试结果可以看出，当压缩机功率基本保持在lkW时，测得的车辆头部温度小于25 bar，能够满足用户对驾驶室的制冷需求。因此，可以通过调节驾驶室温度来调节压缩机功率，并且可以在平均值为lOOOW950W900W W的三种情况下稳定压缩机功率。测试了压缩机功率对车辆实际能耗的影响。以上三个功率值对应三种不同的头部温度，但都在驾驶室舒适性的可接受范围内。
测试测得的空调压缩机功率变化如图5所示。空调电源处于稳定前的驾驶室冷却过程中。此时，空调功率高于稳定时间的功率，波动较大。因此，在计算空调系统能耗时，不能简单地根据稳定功率值来计算空调系统的能耗，初始制冷阶段对空调能耗的计算有重要影响
三种空调运行功率下的每百公里能耗(电池端)如图6所示。当空调压缩机功率增加lOOW时，每百公里车辆耗电量增加4%左右，预计会影响行驶里程。lOkm空调系统的功耗对实际行驶里程有很大影响
该模型冬季采用热泵空调，7时空调压缩机能耗仍是空调系统的主要能耗，其功率对能耗的影响也符合上述分析。但是目前电动汽车采用的空气加热系统有多种模式，如热泵空调和PTC结合PTC暖风水路加热系统，它们的能耗对电动汽车的行驶里程有不同的影响。总之，合理匹配和设置空调系统和车辆热管理系统的模式，充分利用动力总成的余热，对提高续驶里程也会起到一定的作用。
可以看出，空调系统的运行功率对用户的单个行驶里程有很大的影响，提高空调系统的效率对提高电动车在高温和低温下的行驶里程有重要作用
2.2低压附件的影响及优化方向
与常温条件相比，低压系统功率在高低温环境下明显增加，主要是因为冷却风机鼓风机水泵能耗增加，因此低压系统和冷却风机的平均功率统计如表5所示。冷却风扇的功耗在低压负荷下最大，约占低压系统功耗的50%。常温条件下，该型号低压负荷功率只有200W，具体原因上面已经详细分析过了。风机设计应尽量选择高效率的无刷风机，并合理标定空调系统压力冷却系统的风机转速与水温的关系
在开发电气系统或设置车辆节能模式时，其他电气附件系统的优化应遵循以下原则：
1)在车辆开发前期，在满足功能的前提下，采用能耗水平较低的电器元件，进一步细化电器附件系统的能耗指标
2)在定义车辆节能模式阶段，梳理长期使用功耗的功能和场景，调整不影响安全驾驶操作或对用户体验影响不大的功能功耗
2.3冷却系统的影响及优化方向
高温条件下驱动电机和动力蓄电池的冷却能耗也是导致能耗增加的一个因素。
为了模拟用户在夏季夜间停车，车辆将在环境温度为25的情况下浸入车1中，并在环境温度为35的情况下长时间运行。即使循环条件不剧烈，电池热量也会长期积累，温度也会升高，所以在试验后期，动力电池的功率会迅速上升到2~3kW。而电池冷却在整个测试过程中只占很小的比例，所以只占整体能耗的大概。
在这个测试模型中，只有冷却器热交换器冷却电池，也就是说，当电池达到冷却需求温度时，冷却器开始工作，直到达到出口温度。目前，一些车型开始采用散热器和空调系统相结合的电池冷却方式。当电池冷却需求低时，散热器回路开始冷却，当电池冷却需求高时，空调系统开始冷却。采用提前加热电池的策略，用低压用电换取部分高压用电，实现电池冷却和节能。其主要应用原理如图7所示。
可以看出，如果动力总成的冷却需求尽可能准确，将有助于降低冷却系统和空调系统的负荷，在保证动力总成热安全的前提下，达到一定程度的节能
3.结论
本文详细分析了纯电动汽车在高温和低温工况下能耗的主要影响因素，并通过一系列实车设计试验对这些主要因素进行了定量分析，得出如下结论
1)在高低温环境下，影响行驶里程的主要因素是空调系统能耗和热管理系统低压能耗，分别占35高温环境和7低温环境总能耗的1/3以上
1/30左右特别注意的是，低压系统中的冷却风扇是低压最大的耗能部件，需要合理的系统匹配和策略标定
2)在传统动态能耗优化的基础上，针对实际高低温工况，可以从三个方面进行研究和试验：提高空调系统的使用效率，降低电气附件系统的实际使用功率，从车辆技术本身最大化纯电动汽车的行驶里程
