纯电动汽车的能量流

能量流听起来是个很学术化的名字，我第一次接触是在同中汽研的交流中，听说不少人在搞这块，后来他们把这块内容也放入最新的测评技术一书中。

上周参加ESPEC的测试论坛，恰巧又听到北汽的专家在讲他们在这块做的一些工作，觉得很有意思，便深入了解了下。

能量流通俗地讲，就是整车能量的传递路径，以及在传递过程中的传递效率和能耗情况。研究这些内容，有助于明确整个各部分的能耗，有针对性的改进设计，提高能效。

以纯电动汽车为例子，从外接充电到行驶，电能依次流经：外部充电设备→车载充电机OBC→电池包→交直流逆变器→电机电控→减速箱→车轮；如果在制动回收，则由车轮再回到电池包；每1处都会有能量的损失（大多以热能散发掉），每个车型在同一处的能耗又是不一样的，这样整车的能效差异就出来了。

从整车系统类别上看，能量流可以分为高压系统能量流、低压系统能量流、充电系统能量流和机械系统能量流。其中，高压系统能量流，除了上面提到的，还包括高压配电盒、空调、PTC加热器、DCDC等；低压系统主要包括12V电源、风扇、水泵、BMS、PEU、仪表等；机械系统主要是减速箱总成；具体如下图所示：

对低压系统能量流分析，在转毂台架上进行，可以以NEDC的工况，对目标低压部件进行测试（使用功率仪对低压部件进行布线）。北汽的专家给出了3辆车的一个示例如下

可以看出A车的水泵能耗占比过大，C车的风扇占比过大。

对于电机电控系统，主要的损耗分为电控损耗、电机损耗。在台架上进行测试，仍按NEDC工况进行，对于示例A车，电机电控总损耗占电池包能量输出的10%，这里电控占总损耗的26%，电机占总损耗的74%；示例B车，电机电控总损耗占电池包能量输出的9%，这里电控占比35%，电机占比65%。

分开来看电机内部的损耗，在同一转速下，随转矩的增加，电机的总损耗、铜损、铁损和机械损耗，均随之增大；其中，铜损急剧增大，表明铜损受电流的影响较大，而铁损和机械损耗增加相对缓慢；随着转速的增大，电机的铁损和机械损耗之和逐渐增大。

分开单独看水冷系统，A车电机电控系统冷却水带走的热量占总损耗的54%，其中，电控中的水冷热量占电控总损耗的40%，电机中的水冷热量占电机总损耗的54%；B车电机电控系统冷却水带走的热量占总损耗的80%，其中，电控中的水冷热量占电控总损耗的90%，电机中的水冷热量占电机总损耗的70%。这两款车的差异还是挺大。

对于充电系统，在6.6kW慢充充电桩上进行，主要是车载充电机OBC和DCDC变换器的效率对能量损耗大。示例A车在充电条件下，OBC的效率为94.7%，DCDC的效率为97.8%，其中，DCDC的能耗占动力电池比例的2.8%，DCDC输出的能量45.3%用于水泵，BMS则占了7.6%左右；B车在充电条件下，OBC的效率为93.5%，DCDC的效率为94.3%，其中，DCDC的能量损失占动力电池比例的2.1%。

在考量能量损失的条件下，可以把充电-行驶过程中的能量流传递路径用下图表示

制动过程中的能量流传递路径用下图表示

最后，借助于能量流的分析，有助于识别一些特定工况下的能耗变化，比如冬天低温里程衰减严重，示例车型在常温下续航里程为433公里，低温下骤降至246公里，衰减达187公里，其中 PTC加热耗电11.47kWh（平均功率1.36kW），该部分能量损失对应里程约为91.4公里，占总减少里程数的48.88%（占常温续航里程的21.11%）；

低温空气密度大，使整车阻力增大（比常温增大约12.95%），使风阻能耗增加，该部分能量损失对应里程约为61.3公里，占总减少里程的32.78%（占常温续航里程的14.16%）；

电池包低温可放电量减少，放电量为常温的93.45%，该部分能量损失对应里程约为28.4公里，占减少里程的15.18%（占常温续航里程的6.56%）；

低压附件功率增加（如鼓风机增加功率37w），该部分能量损失对应里程约为3.8公里，占减少里程的2.03%（占常温续航里程的0.88%）。

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