作者：Alex，豪華車企高級工程師（知乎id：堅果0904）

純電動汽車結(jié)構(gòu)和設(shè)計不同于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動汽車，同樣是一個復(fù)雜系統(tǒng)工程，需要將動力電池技術(shù)，電機(jī)驅(qū)動技術(shù)，汽車技術(shù)，現(xiàn)代控制理論相集成，實現(xiàn)最優(yōu)化的控制過程。國家在電動汽車科技發(fā)展規(guī)劃中，繼續(xù)堅持“三縱三橫”的研發(fā)布局，根據(jù)“純電驅(qū)動”技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，進(jìn)一步突出“三橫”共性關(guān)鍵技術(shù)研究，即研究驅(qū)動電機(jī)及其控制系統(tǒng)、動力電池及其管理系統(tǒng)、動力總成控制系統(tǒng)。各大廠家依據(jù)國家發(fā)展戰(zhàn)略制定各自的業(yè)務(wù)發(fā)展策略。

筆者在梳理新能源動力總成開發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù)，為動力總成的設(shè)計和測試生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)和參考。計劃分為5個篇章來整純電動汽車動力總成開發(fā)中關(guān)鍵技術(shù)，今天首先聊一下第二篇章 動力總成關(guān)鍵部件特性分析（點擊查看：純電動汽車動力總成匹配技術(shù)研究五部曲—首篇 純電動汽車關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀）：

圖1 動力總成開發(fā)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

整合動力驅(qū)動系統(tǒng)的各個部件，達(dá)到最佳匹配，對整車的動力性，經(jīng)濟(jì)性有很大影響。搭建試驗臺架，對磷酸鐵鋰電池組充、放電效率特性、驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)效率特性及電力驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動和能量回饋效率特性進(jìn)行了測試分析，建立了電力驅(qū)動系統(tǒng)各關(guān)鍵部件效率模型，為進(jìn)行純電動汽車動力總成系統(tǒng)匹配和基于最佳效率的整車控制策略幵發(fā)提供依據(jù)。

1、磷酸鐵鋰電池組效率特性測試分析

1.1 電池組充放電效率特性測試

電池組的效率通?？梢远x為容量效率和電壓性效率的乘積，容量效率反應(yīng)放電過程中的電荷損失，電壓性效率，反應(yīng)放電過程中單位電荷的能量損失。通常磷酸鐵鋰電池容量效率高達(dá)95%，充放電效率由電壓性效率決定。

1.1.1 測試工況范圍的確定

通常為了得到電池組的電壓和電流變化情況，需要對電池組進(jìn)行道路試驗。通常電池組充放電效率試驗工況范圍為：放電時，電流0.1C~1.8C，間隔0.1C測量SOC10%-100%，間隔10%測量。電動汽車車用鋰離子電池最大允許充放電電流為0.3C~1C限制范圍，充電效率測試在SOC 10%-90%范圍。

1.1.2 電池組溫度的控制

充、放電效率還受到電池組溫度的影響。磷酸鐵鋰電池的最優(yōu)工作溫度范圍為20℃-40℃，在20℃-55℃范圍內(nèi)，電池內(nèi)阻變化不很明顯，對電池組效率影響不大。通常將電池組放置在恒溫箱中，測試電池組在不同溫度下，電流充電的端電壓隨SOC變化過程。

1.1.3 開路電壓的測試

電池組的開路電壓需要在電池組開路且電壓穩(wěn)定后進(jìn)行測量。行業(yè)內(nèi)有人研究電池開路電壓的穩(wěn)定時間與電路SOC成反比關(guān)系，即電池SOC越高，需要等待得到開路電壓的時間越短。

需要注意的是，電池組SOC低于5%時，電池組電壓顯著下降。電池組SOC接近100%時，電池極化電壓明顯增加。為了防止電池處于極限工況下對壽命的不良影響，應(yīng)避免電池工作在SOC的兩極限位置。需要對極限位置采樣多點進(jìn)行擬合。

1.1.4 電池組容量效率計算

在不同的充放電電流下，磷酸鐵鋰電池組容量效率很高，超過95%，差異在傳感器誤差范圍之內(nèi)，可以近似取1。

1.1.5電壓效率計算

電池組在充電電流較小和處于中間范圍時充電效率較高。電池組在放電電流較低且較高時，電池組放電效率較高。在電池組攜帶能量相同的情況下，電池組電壓適當(dāng)提高，電機(jī)系統(tǒng)效率有所提高，使得電池組倍率電流有所減小，電池組能耗降低，同時因電機(jī)系統(tǒng)母線電壓升高，電動汽車的動力性也會得到明顯改善。

2、驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)效率特性測試分析

驅(qū)動電機(jī)效率特性測試一共分為效率特性分析測試過程和建模評估過程。

圖2 驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)效率特性測試分析

3、電力驅(qū)動系統(tǒng)效率特性測試分析

電力驅(qū)動系統(tǒng)包括電池系統(tǒng)和驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)，其效率可表示為電池組效率與電機(jī)系統(tǒng)整體效率的乘積。車輛運(yùn)行中電力驅(qū)動系統(tǒng)存在制動和驅(qū)動兩種狀態(tài)，制動時電動汽車一般要進(jìn)行能量回饋，給電池組充電。因此，實際研發(fā)過程中，需要對電力驅(qū)動系統(tǒng)能量回饋效率特性和驅(qū)動效率特性分別進(jìn)行測試。

圖3 電力驅(qū)動系統(tǒng)效率特性測試分析

總結(jié)：

通過對電池組開路電壓，容量效率，電壓效率開展分析，結(jié)果表明磷酸鐵鋰電池在不同充放電電流下，容量效率高達(dá)95%。電壓性效率隨電池組工作電流和變化而變化，在充電電流較小和SOC處于20%~80%之間時充電效率較高，達(dá)90%以上；在放電電流較低且SOC較高時，電池組放電效率較高。電力驅(qū)動系統(tǒng)高效區(qū)主要集中在電機(jī)額定轉(zhuǎn)速附近的中等負(fù)荷區(qū)。通過了解動力電池、驅(qū)動電機(jī)等關(guān)鍵部件的效率特性，可為車輛動力總成系統(tǒng)的匹配和控制策略的幵發(fā)奠定基礎(chǔ)。