十一出行,从动力系统特征曲线,看如何主动操作电动汽车,可以更节能?(真实案例)

文摘   汽车   2024-10-01 08:57   上海  
今天十一假期的第一天,祝大家节日快乐!
今天我们不聊技术,谈一谈电动汽车怎么开可以更节能?具体来说,如何根据你的目的地、驾驶场景(高速、城市、郊区、山路)车辆状态,主动操作跑出更多的里程?以自己的切身经历为例,结合专业知识,回答下这个问题。
作为家庭出行的专业司机,搞清楚“怎么开可以更节能的问题?”不仅可以为给我的小金库增留点福利,还能在油电都不便利的地区缓解一些焦虑。
我本人开的是一辆混动汽车,作为驾驶员,抛开车辆负载、空调使用等这些影响乘坐体验的因素,车辆中能直接为节能产生贡献、且可以被操作的地方有三处:
  • 强制EV/HEV切换按键
  • 油门踏板
  • 制动踏板

这三个可操作点,如何配合使用最节能呢?主要取决于我们动力系统的配置、电池状态和应用场景。在此之前,先简单概述下动力系统的特性。我们从电机、发动机两个角度说明:
1. 电机的特性
关于这点,我们只从电机类型方面简单概述。下面两张图展示了感应电机(IM, Induction Motor)和永磁同步电机(PSM, Permanent-magnet Synchronous Motor)的比较。

图片来源:网络

左图是IM,可以看出:
高速时具有非常高的效率,高于80%,但是在低速和低负载区域(蓝色区域),效率不高于,只有10%~20%。
虽然IM电机的功率密度相比PSM会低,但是其过载能力很高,例如图中黑色线所示:持续扭矩虽然只有100Nm,但是其短时峰值扭矩高达500Nm,并且IM由于是通过定子电流产生的磁场,所以TA的高速能力不错,适用于高速场景下。
右图是PSM,可以看出:
超过90%的效率区域相对较宽,并且从较低转速就开始了,这一点,相比与IM,PSM的低速低扭区域的效率表现会好很多。并且,由于磁场是由永磁体产生的,电机的功率密度比较好。
但是,需要注意的是鲁棒性:由于电机输出受限于磁场温度,所以过载不太好,所以当温度比较高的环境或连续的爬坡/加速,这时候性能可能会打折扣

2. 发动机的特性

如果你的车和我一样,是一辆混动,那么你还要考虑发动机的特性。
下图是内燃式发动机的发动机特性与等油耗曲线。这张图很明确的告诉了我们发动机工作在什么区域最节能?即下图中be,min转速区间,这一点代表的是最低比油耗点。所以,当发动机介入工作的时候,我们要想办法让车辆尽可能行驶在这个区域(一般整车会在控制策略里考虑这个问题)
图片来源:网络
假设选用以下的整车配置参数,那么高效区对应车速约50~70km/h。

图片来源:SysPro系统工程智库

结合上述动力系统(电机、发动机)的特性,我以自己的切身经历为例,通过综合考虑电池状态和应用场景,聊聊:电动汽车究竟怎么开可以更节能?
这次假期我们计划从上海出发,自驾前往安徽宁国,全程大致可以简单分成三段:
  • 地库->高速入口:城市工况
  • 高速入口->高速出口:高速工况
  • 高速出口->景区酒店:山区工况


1. 地库->高速入口:城市工况
正常行驶 -> EV模式。这个阶段属于城市工况,车速基本在60km/h以内,且电量充足。由于电机驱动效率远高于发动机,且城市道路中会经常遇到红绿灯,EV模式不仅可以避免发动机频繁启停带来的能耗、还能充分利用电机低速高扭特性,增添驾驶愉悦。此时,SOC尽量维持在80%以上,以备后续场景使用。

图片来源:网络
起步/加速-> 保持EV模式。上述电机特性也可以看出:相比内燃机,中低转速段的电机扭矩特性曲线更好,驾驶体验上就是大扭矩来的更直接、更快。另外,如果不是特别着急:尽量避免急踩油门,而是选择小油门起步、中油门平稳加速的方式,这是因为急加速会导致电机瞬间输出大功率,增加能耗;而平稳加速则能让电机工作在更高效的区间,减少能量浪费,如下图所示将工作点从橙色点转移到蓝色点(绿色是更高效的区域)
图片来源:网络

2. 高速行驶:畅行/拥堵/加速
上了高速后,我一般会看下高速行使的总里程和整体路况,决定选择HEV还是EV?多少SOC时候强制EV?这次行程,高速前半段畅通无阻、中后段存在拥堵。
前半段(畅行)->HEV模式。这是因为整车策略会让发动机工作在高效区,且发动机直驱动力传递链最短,功率损耗小。不选用强制EV模式的主要原因是:为了保留电池电量,以应对中后段的低速拥堵路况,因为低速用电更节能。此时,SOC尽量维持在50%以上,以备后续高速拥堵路况使用。
中后段(拥堵)->强制EV模式。因为拥堵导致车辆低速行驶,且在前半段HEV下维持了电池电量,电机驱动效率远高于发动机。此时,SOC尽量维持在30%以上,以备后续出了高速的山区路况使用。
过程中的加速->根据车速调节高速上的加速和城市路况加速不一样,是否采用强制EV要看当前车速,这是因为电机扭矩特性决定了电机在高速下扭矩会有衰减,实际驾驶中,如果高速采用纯EV模式下加速,会感到后备力量不足,这种情况下发动机直驱可能会更好。

图片来源:SysPro系统工程智库

3. 高速出口到景区酒店:爬坡、下坡
强制EV模式。 出了高速,我们会走一段山路,上坡、下坡路况,还好之前留了30%的能量,开心的同时,我赶紧将模式切换到强制EV。整个一段路上,爬坡的时侯我利用电机低速高扭特性,动力十足;下坡的时候我轻踩刹车,主要靠电机的制动能量回收,回收动能。充分把最后的电能利用到极致...

4. 制动停车

EV/HEV均可。整个行程中,不论当前处于EV或HEV,一旦松开刹车踏板、进入车辆自由滑行状态,整车都会对路面传递过来的能量进行回收。因此,不论是城市工况、高速工况、还是山区中行驶,在减速时,应提前预判路况,制动距离允许的情况下,尽可能利用车辆的能量回收功能,减少刹车的使用(松开踏板、让车自动滑行减速),将部分动能转化为电能储存起来,提高能源利用率。

图片来源:SysPro系统工程智库

经过我一阵操作,总算到了酒店了,哈哈,可以放心的充电了!停好车、拔下电枪、插入车辆充电口,扫码充电,2.2元/度,我。。。。

图片来源:网络

上述提到的SOC参考值的选择仅适用于这个案例,量化在这里主要想给大家一个感觉。实际情形中,还是要根据你的起点到终点的驾驶场景,以及每个驾驶场景下的里程长度和路况调节。总之,多自驾出去玩几趟就摸索出经验了...


想说的话

通过上面这个故事大家应该能感受到,站在节能减排的角度,用户实际驾驶中想做到极致的节能,还是需要人为的经验和手动接入。因此,正的节能不仅仅需要在动力系统、电池系统、热管理系统、整车策略上做工作,更应该将每位用户实际驾驶中的真实场景引入到控制系统中(城市还是高速?有无拥堵?有无山区上下坡路况?等)。

例如,未来可以考虑根据导航系统实时调节车辆驾驶策略,进行EV/HEV的切换、发动机转速的调节、SOC的限制等。更进一步地如果是四驱系统,还可以考虑负载的比例分配、制动能量的回收策略的细化等。让终端用户真正在无感中体会到极致的节能。最最最重要的是,移动出行的充电费用需要再便宜些。。。

感谢你的阅读,祝大家假期愉快 :)

Mr.H 2024-10-1


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