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电动汽车静置场景的能耗性能评价方法研究
2021-03-06 21:11:33· 来源：天津汽车研究所 作者：天津汽车研究所
摘要 为得到电动汽车静置下的能耗规律，文章设计了电动汽车常温连续静置能耗衰减试验、高低温能耗对比试验与车内低压系统能耗分布试验，对影响电动汽车静置能耗的外界环境和内部用电设
作者：解难、王瑞、孙龙、雷利刚、周博雅、戴天禄
摘要
摘要
为得到电动汽车静置下的能耗规律，文章设计了电动汽车常温连续静置能耗衰减试验、高低温能耗对比试验与车内低压系统能耗分布试验，对影响电动汽车静置能耗的外界环境和内部用电设备进行了详细的分析，结果表明：在-7~25℃范围内，静置温度对能耗衰减速率的影响可以忽略不计，且表显续驶里程随静置时间的延长呈线性下降的趋势；减小电动汽车低压系统静态能耗，能够有效降低汽车表显续驶里程的衰减速度。为整车能耗领域提供了参考。
能耗作为电动汽车的核心技术指标之一，是消费者产生里程焦虑的主要原因。基于各类场景的电动汽车续驶里程及能量消耗量已经成为各研究机构及汽车生产商的重点研究领域。然而，关于电动汽车静置状态下能耗的特征分析主要集中在电池层面，很少见整车级静置能耗的分析研究；场景研究仅出现在媒体的测试报道中，多以12h、24h为主，未见对更长时间尺度的研究。因此，文章对电动汽车在不同静置时间及静置温度下的能耗情况进行研究，制定了整车级及零部件级的测试方法，分析了电动汽车静置能耗的影响因素、变化规律，为整车企业进一步优化整车能耗系统奠定了基础。
电动汽车在静置条件下的能耗由3个部分组成：
1）动力电池及蓄电池系统的自放电特性及电子设备的暗电流，导致电池电量减少；
2）为确保电动汽车的使用安全，电动汽车安装的车载终端需定期存储和上报整车安全状态及动力电池状态数据，导致固定的电能消耗；
3）为提高客户体验，电动汽车一般配置有用户
APP及迎宾功能等用户友好型配置，需要相关控制器常开，导致电能消耗。为解决静置能耗的问题，目前大部分的电动汽车均带有远程上高压电的主动充电控制策略，以保障电动汽车低压电源系统的可靠性。电动汽车的静置能耗构成比较复杂，且工作电流为难以测量的微电流。文章在研究过程中，采用如下
2种方式开展测试工作：
1）满电状态下进行一段时间的静置后，对车辆进行交流充电，通过充电量的大小整体评价静置过程中的能耗；
2） 对电动汽车的低压电路进行实时监控，测量主要用电设备的静态电流，以评价各用电设备的能耗水平。
3 试验结果分析
参照GB/T18386—2017测试方法，将电动汽车充满电（220V交流电）后，在环境温度为（25±5）℃的试验室静置，每24h记录汽车仪表显示的续驶里程衰减值，作为续驶里程衰减的参考。在静置144h后，用220V交流电再次对汽车进行充电，记录电量值，作为评价电动汽车静置能耗的依据。5辆车的表显续驶里程随静置时间的变化规律，如图4所示。
试验在带有环境仓、四驱底盘测功机、电参数测量仪、数据记录分析仪以及低压电流探头的整车试验室进行，试验设备如表1所示。
从图中可以看出，不同电动车的静置能耗差别较大，其中1#车的静置能耗水平是其他4辆车平均水平的8倍；除车辆配置较高导致控制器增多增加了静置能耗之外，也与整车的能量管理策略及用电设备的静置能耗水平相关。
为考察电动汽车静置能耗对续驶里程的实际影响，1#与2#电动汽车在满电静置144h后，进行中国工况（CLTC-P）下的常温续驶里程试验，数据对比如表2所示。
从表2可以看出，表显续驶里程衰减及按照静置能耗和工况能耗核算的续驶里程衰减与汽车实际续驶里程衰减值基本相同，显示了试验设计及评价方法的合理性。
将5台同样的电动车在满电状态下分别在（25±5）℃及（-7±3）℃的环境下静置24h，并在常温下将电量补满，记录充电电量，结果如图6所示。
从图6可以看出，高低温下静置24h的能量消耗差别很小，均在1%以下，由此看出在-7~25℃范围内，温度对电动汽车静置能耗的影响较小，基本可以忽略不计。
在电动汽车的静置能耗中，动力电池及蓄电池系统的自放电特性导致的电压下降并且容量减少的现象，是衡量电池性能的主要参数之一，锂离子电池的自放电率为每月2%；从5辆电动汽车的静置能耗结果看，平均每月电池荷电状态（SOC）下降25%，由电池的自放电特性导致的SOC下降占比为8%；因此，为确保电动汽车的使用安全及提高客户体验，需要相关控制器常开导致电能的消耗的占比在92%以上，而这部分能耗由电动汽车的低压供电系统提供，文章选取了静置能耗较高的1#车进行了低压系统各用电设备能耗的测量。
试验过程中，应用KLARICLI-probes低压电流探头及DEWETRONTRIONet记录分析仪对车辆静置电流进行了测量，使用在车辆保险盒内将保险拔出，串入电流探头的方法进行测量，如图7所示。
在整车静态电流测试过程中，在蓄电池负极接入电流传感器，用数采设备采集锁车后流经电池负极电流的变化。最终整车进入休眠状态后的电流值为整车静态电流。
在控制器静态电流测试过程中分为2类情况：
1）对于其线路中只挂载一路控制器的保险，直接在该回路保险丝处串入电流传感器进行测量，采集一段时间并取时均值作为该控制器静态电流值；
2） 对于线路中挂载多路控制器的保险，车辆进入休眠状态后，从完备状态起，按控制器列表，一一拔掉控制器的接插件，每个控制器采集一段时间并取时均值，以前后时均电流的变化量为该控制器的静态电流值。
实施完成后，对低压系统各用电设备的静态电流值进行整理，共有44个用电设备存在静态电流，其中静态电流大于1mA的用电设备及电流值，如表3所示。
同时，对静置电耗较小的5#电动汽车进行低压系统电耗测试，其中静态电流大于1mA的用电设备及电流值，如表4所示。
从蓄电池静态电流上看，1#车的静态电流为5#车的25倍左右，印证了1#车的静置电耗较大。相关研究表明，由于高级汽车电器设备的增多，其静态电流也随之增大。通常认为静态电流在50mA以下为正常，过大的静态电流易使蓄电池亏电，如果没有高压充电策略，易导致汽车无法正常起动。
电动汽车的静置能耗导致的续驶里程衰减呈线性下降，且衰减速度受温度（-7~25℃）的影响较小，在进行整车能耗策略优化时，加强对低压系统能耗的控制，能有效地降低静置续驶里程衰减的速度，减轻消费者因为长期静置导致无法启动的焦虑。由于整车静置完全放电需要3个月甚至更久，所以并不确定整车能耗在低电量存储状态下是否存在突变情况，需要进一步研究。另外，文章只研究了恒温下的能耗衰减情况，温度短时间内剧烈变化是否会造成衰减加速，需要进一步验证。
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