新能源商用车续航能力分析

摘要：新能源商用车作为经济发展的重要运输工具，其续航能力受众多因素影响，是目前汽车行业重点的研究方向。针对几款新能源轻卡的续航能力进行风阻、能量回收、附件功耗、驱动系统效率以及驾驶模式的分析，得出结果以上因素均会影响续航能力，并提出在原货箱的基础上优化导流罩、采用光板、增加侧裙板、匹配离地高度低于3000mm的货箱或正确使用EBP驾驶模式等来提升续航能力。关键词：新能源商用車；续航能力；能量回收1前言随着汽车技术的成熟和环境污染、能源紧缺问题的出现，新能源汽车已成为未来汽车的发展方向。我国《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》等政策的颁布，推动了新能源汽车产业高质量可持续发展，加快了建设汽车强国的步伐。根据中国汽车工业协会统计，2022年新能源汽车产销分别完成705.8万辆和688.7万辆，同比分别增长96.9%和93.4%。其中新能源乘用车产销分别完成671.6万辆和654.9万辆，同比分别增长97.77%和94.26%；新能源商用车产销分别完成34.2万辆和33.8万辆，同比分别增长81.84%和78.89%。可见，新能源商用车作为与经济发展紧密联系的交通运输工具，具有广阔的发展前景[1]。我国新能源汽车生产和发展起步较晚，在研发、生产和使用过程中，续航里程短、充电设施建设不完善、充电时间长、价格高等瓶颈问题还需突破[2]。其中，续航能力问题尤为突出。由于行驶工况、电池性能等多种原因，导致实际续航里程无法达到理论续航里程，极大限制了汽车出行的距离。影响续航里程的因素主要有汽车设计导致的阻力（车身重量、迎风面积、轮胎滚动、空气阻力、地面坡度、车辆加速度等）[3-5]、电池性能[6]、驱动系统效率[3]、能量回收[6]、附件配置能耗[7]、行驶工况[8]等，新能源商用车还应考虑到驾驶模式。因此，针对几款新能源轻卡的续航能力进行风阻、能量回收、附件功耗、驱动系统效率以及驾驶模式的分析，确定产生续航里程差异较大的原因，并提出可行性建议。2实际工况模拟电耗测试选取3款配置参数相近、车况稳定的新能源轻卡作为测试车辆。测试车辆参数如表1所示。2.1测试一对车型A与车型B的续航能力进行测试。其中86%的行驶工况为高速工况。由表2可知，车型A的续航里程在150km左右，车型B里程在140km左右，相差10km左右；车型B的驱动系统效率较车型A低约1.5%。2.2测试二针对车型B与车型C的续航能力进行测试。其中81%的行驶工况为高速工况。由表3可知车型B的续航里程在140km左右，车型C的续航里程在170km左右，相差30km左右。3影响续航能力分析3.1风阻分析车型C的货箱体高出导流罩顶部250mm，车型A货箱体高出导流罩顶部350mm，车型B的货箱体高出导流罩顶部400mm。图1和图2为三款新能源轻卡货箱体正视图和侧视图，车型从左至右分别为车型C、车型A和车型B。从汽车外形明显看出车型B货箱体高出导流罩顶部部分较多。从图中可看出车型A和车型B无侧裙板，货箱为瓦楞板结构；车型C带有侧裙板，货箱为光板结构，且货箱与驾驶室距离小。对整车不同箱体风阻系数进行仿真，三款车型将分别匹配不同结构的货箱，如图3所示。仿真结果如表4所示，70km/h情况下，序号1、序号2对比，货箱增加瓦楞结构比光板结构整车阻力增大约7.7%；序号3与序号2方案对比，车型B有瓦楞货箱比车型A整车阻力增大约36.6%；序号2、序号4与序号5方案对比，车型A、车型B无瓦楞货箱比车型C整车阻力增大较为明显，分别增加21.6%及56.6%。如图4所示，序号1、序号2方案驾驶室与货箱间阻力曲线上升明显，说明车头与货箱的匹配度较差，具体在于导流罩与货箱高度严重不匹配；序号3、序号4方案阻力发展曲线基本相当，无明显差异。如图5所示，序号3、序号4方案货箱前端正压较明显，是阻力系数较大的主要原因；序号1、序号5方案货箱前端正压面积明显比序号3、序号4方案小，但正压仍比较明显，主要原因是导流罩宽度仍不够，序号1比序号5方案正压面积略大。如图6所示，序号3、序号4方案流过顶导流罩冲击货箱前端较为明显，与整车压力云图及阻力发展曲线图相对应；序号1、序号5较序号3、序号4方案气流导向改善明显，但仍有一定的优化空间（贴体流动状态最优）。总体而言，车型B迎风面积大，货箱高，整体风阻大，高速工况风阻明显大于车型C，是造成续航里程短的主要原因之一。3.2能量回收和附件配置能耗分析由表5可以看出，车型A和车型B在能量回收上总体与车型C相差不大。高速工况下的能量回收较少。车型A和车型B在空调等附件配置能耗上比车型C大。如按3h的行驶时间计算，预计将造成2～3km续航里程的损失。3.3驱动系统效率分析对三款车进行驱动系统效率分析，等速工况下三款车的电机工作效率如表6所示。车型C电机工作效率与车型A相当，车型B电机工作效率相对于车型C、车型A分别差1%、2%左右。由图7、图8、图9的工况散点图对比得知，时速80km/h以上的高速工况下，车型B驱动系统效率相对于车型A直驱低2%左右，预计造成3km续航损失。3.4驾驶模式对比车型B配备有EBP开关，可以根据不同路况、载重量自由选择三种电机状态模式（E-经济模式，B-标准模式，P-动力模式），使电机保持在最优化的能耗状态下运行，从而达到降低能耗目的，通常E、B、P分别应用于空载、半载、满载工况。对车型B在高速工况下分别对B驾驶模式和P驾驶模式进行分析。由表7可知，B模式和P模式经济性基本相同。3.5分析结果车型B与车型A相比，车型B风阻较大，预计造成6km续航损失；车型B驱动效率偏低2%，预计造成3km续航损失。车型B车型与车型C相比，车型B整车阻力较大，预计造成24km续航损失；车型B驱动效率偏低2%，预计造成3km续航损失；车型B空调能耗较大，预计造成3km续航损失。4续航能力提升建议4.1改进汽车外形设计如图4所示，可以发现货箱离地高度3100mm时，风阻在货箱前端上升明显，故针对现生产的导流罩，建议匹配离地高度不高于3000mm的货箱，尽量匹配标载箱（2100mm×2100mm），否则需重新匹配导流罩。此外，货箱由瓦楞板改用光板，增加侧裙板，最大限度提升续航。在不改变货箱的前提下，优化导流罩。导流罩优化前后数据对比如表8所示，外形对比如图10所示。车型B导流罩优化后，在载重多出0.5t的情况下，续航里程提升10km左右，全高速工况空载电耗下降7.2%，带载工况电耗下降8.22%，如图11所示。4.2EBP模式使用建议高速工况下，建议使用B模式或P模式。城市工况下，载重小于5t时，建议优先使用E模式；载重在5t～7t之间，建议使用B模式；载重大于7t时，建议使用P模式。5结语通过分析三款车型可能影响续航能力的因素，结果得出：由于汽车外形设计引起的风阻、能量回收、附件功耗、