基于纯电动客车能耗优化的控制策略初探

万俊

广东泓胜科技股份有限公司 广东省佛山市 528244

1 引言

推广纯电动客车的目的在于实现节能、降耗和加强环境保护，所以还应进一步降低纯电动客车的能耗，以突显电动车的优势。但就目前来看，电动汽车的使用成本较高，导致了用户望而却步。因此，还应加强对纯电动客车能耗优化的控制策略的研究，以便更好的进行车辆推广应用。

2 纯电动客车能耗分析

2.1 整车性能指标

某客车为取消柴油发动机，换装电机的纯电动车。按照GB18386试验方法对该客车进行车型试验，测试使用电量为整车总电量的90%，可以得到表1所示的整车性能指标数据。

2.2 客车能耗分解

为了解该纯电动客车能耗情况，还要对整车能耗进行分解，确认在90%的放电深度条件下，哪些项目的能耗较大。通过分析可以发现，驱动能耗占整车能耗的50%，其次能耗较多的则为电机损耗、附件能耗和充放电损耗，分别占整车能耗的14%、13%和13%。而客车传动损耗占7%，制动损耗占3%。因此综合比较可以发现，需要寻求途径降低客车驱动能耗、电机损耗、附件能耗和充放电损耗，以实现纯电动客车的能耗优化控制。驱动能耗与客车重量、风阻系数等因素有关。而车重不仅会影响驱动能耗，还将对传动能耗、制动损耗等各种能耗产生影响。影响客车电机能耗的因素包含发电效率、发电热损耗等，同时也受能量传递因素的影响[1]。附件能耗主要来自于电动助力转向油泵、电空调等设备，受充放电能耗受设备效率和电池容量等因素的影响。

3 纯电动客车能耗优化的控制策略

3.1 整车的轻量化策略

结合纯电动客车能耗分析结果可知，整车重量将对客车能耗产生重要影响。而实现整车的轻量化，可以起到实现能耗优化控制的目标。在客车整体造型和尺寸不改变的条件下，考虑到客车改造成本问题，不能对承载系统、制动系统和专项系统进行重新设计或匹配。在此基础上，想要实现整车轻量化，可以考虑对车辆装备质量进行轻量化优化。保持客车装载质量不变，通过减小装备质量可以使整车总质量得到减轻，从而达到降低整车能耗的问题。通过详细分析可以发现，该纯电动客车采用的动力电池为磷酸铁锂电池，给客车带来了较大的负荷。利用多元复合锂电池进行替换，可以使整车重量减轻500kg，达到降低0.024kW h/km的目的[2]。考虑车型原有结构，继续降低装备质量将导致整车承载的制动系统、转向系统等系统得到重新校核和匹配，将导致改造成本增加，难以对整车装备质量进行进一步降低，只能初步完成整车轻量化改造。

表1 整车性能指标数据

表2 纯电动客车能耗优化控制前后的能耗数据对比结果

3.2 电机扭矩控制策略

针对电机损耗，还要采用优化控制策略对电机扭矩波动进行抑制，从而通过减少电池电流波动降低电机损耗。在客车行驶的过程中，驱动电机在对驾驶员的操作进行响应时，容易出现不合理的波动，继而引发电池波动。结合油门开度情况和扭矩需求，同时对ABS工作状态展开分析，可以确定电机目标扭矩。利用特定扭矩梯度，结合目标扭矩进行扭矩需求的发送，则能使电机控制器更好的实现扭矩控制，达到合理调节扭矩的目标。在ABS处于工作状态的情况下，扭矩梯度与ABS介入时的扭矩梯度相等。在ABS处于非工作状态时，扭矩梯度则需要按照MAP表确定[3]。在电机的非高效区域，需要迅速完成扭矩增减。在高效区，需要缓慢进行扭矩增减，从而使增扭和降扭过程保持平稳，提高驾驶舒适性，并通过提高电机效率减少电机损耗。从测试结果来看，采取该种优化控制策略，可以使电机损耗降低0.119kW h/km。

3.3 助力转向优化控制

在附件能耗中，助力转向的能耗较大。针对这一情况，还要实现助力转向优化控制，以达到降低附件能耗的目的。该纯电动客车采用挂挡和松开手刹后助力转向以额定功率工作的控制逻辑，未能实现对助力转向频率的较好控制。结合问题，可以通过设定不同的控制指令对助力转向的电源输出频率进行控制，从而通过调整助力转向泵的使用频率，满足不同车速条件下客车转向需求。比如在车速＜10km/h的条件下，发送控制指令0，可以将泵的频率设定为50Hz，额定电压则为380V。在车速≥60km/h的条件下，发送控制指令6，可以将泵的频率设定为20Hz，额定电压则为152V。采用该种策略，能够使高速行驶车辆的助力转向泵的工作频率和电压得到降低，从而达到减少装置能耗的目标。此外，对于驾驶员来讲，意味着需要在高速运行中增加打转向的力度，因此可以使客车驾驶的安全性得到提高。

3.4 其他优化控制策略

除了采用以上策略，还可以通过提高电池充放电能量效率降低充放电损耗。比如采用多元复合锂电池，就能使电池充放电能量效率提高1%。采用高效充电机，也能使充电机效率提高1%。在传动方面，也可以采取改善润滑等措施，达到提高传动效率的目的。此外，也可以采用低滚阻轮胎降低滚阻系数，降低车辆驱动能耗。通过采用多种降耗措施，可以使纯电动客车能耗得到优化。如表2所示，为采取多种措施后各项目在优化前后的能耗数据对比结果。从总体上来看，通过实现车辆轻量化和电机扭矩、助力转向优化控制，使驱动能耗、电机损耗和附件能耗得到了有效降低。通过更换动力电池和提高充电机效率，使车辆充放电损耗得到了有效降低。此外，实现车辆轻量化和采取其他优化控制措施，也对其他项目能耗产生了影响，最终使整车总能耗降低了13.5%。

4 结语

通过研究可以发现，针对纯电动客车，还要加强车辆能耗分析，掌握影响车辆能耗的各种因素，通过采取车辆轻量化、电机扭矩优化控制、助力转向优化控制等各种降耗措施，降低整车的总体能耗，从而在加强纯电动客车推广应用的同时，为车辆运行带来更多的经济效益和社会效益。