CN102735303B - 一种增程式电动汽车能量消耗量实验计算方法 - Google Patents

一种增程式电动汽车能量消耗量实验计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种增程式电动汽车能量消耗量实验计算方法，解决了在增程阶段有电耗和油耗的重合无法确定准确的能量消耗量的技术难题，通过将纯电动阶段的电耗和增程阶段的油耗的加权，然后再用两个工况的上述加权值再进行一次加权来计算一个综合的能量消耗率或者把电耗通过公式转化为油耗，计算一个等效的百公里油耗值。

Description

一种增程式电动汽车能量消耗量实验计算方法
技术领域
本发明涉及一种增程式电动汽车能量消耗量实验计算方法。 
背景技术
能源和环境是实现可持续发展的必要条件，节约能源和控制排放成为当下汽车行业需要解决的问题，但是传统混合动力电动汽车仍存在价格高、效率低、仍然会消耗较多汽油/柴油等劣势。
传统纯电动汽车由于电池技术的瓶颈，在续始里程和成本方面不能有所突破，所以寻求一种新的模式的新能源汽车成为一种需要。
如图1所示，增程式电动汽车的系统结构的工作模式是：在蓄电池的荷电状态（SOC）达到预定的下限值时，车载发电装置开始启动并对蓄电池充电，车载发电装置一直工作到蓄电池达到预定的荷电状态上限值为止。因为车载发电装置不直接连到车辆传动系统上，故它可以在最佳工况下工作，从而比传统内燃机车辆的排放要低，燃油经济性要好，同时能延长纯电动车辆的行驶里程。
但是，增程式电动汽车由于使用电力驱动和燃油驱动的组合方式，无法知晓增程式电动车的能量消耗量多少，也无法知晓电耗和油耗能达到的标准，续始里程如何以及整车经济性状态。 
发明内容
本发明设计了一种增程式电动汽车能量消耗量实验计算方法，其解决的技术问题是现有增程式电动汽车无法知晓增程式电动车的电耗和油耗量多少，也无法知晓电耗和油耗能达到的标准，续始里程如何以及整车经济性状态。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案： 
一种增程式电动汽车能量消耗量实验计算方法，包括以下步骤：
a、对动力蓄电池进行初次充电，测量来自电网的能量，油箱满油；
b、电动汽车在底盘测功机上进行预定的速度和时间进行试验；
c、试验后再次为动力蓄电池充电，测量来自电网的能量，油箱满油；
d、通过工况法或等速法计算总能量消耗率或电量消耗量转化为油耗值。
进一步，步骤b和步骤c的实验过程按照实验循环反复进行，以提高实验数值的准确性。
进一步，首先步骤d工况法中记录增程器启动的时间点，并且分别记录纯电动阶段里程数和持续时间，电和油混合阶段的里程数和持续时间；按照GB/T19233-2003计算方法，利用测得的CO2、CO和HC排放量，以碳平衡法计算增程阶段的油耗值；
对于动力蓄电池，应当对动力蓄电池的充、放电电流和电压以不低于20HZ的频率连续的进行测量，并进行积分，以准确确定车辆行驶过程中纯电动阶段的电能消耗,具体公式为：
                                                                        
Figure 326350DEST_PATH_IMAGE001
      
其中，NEC—净能量的改变，单位为焦耳（J）；I—输入或输出动力蓄电池总线的电流，单位为安培（A）；U—动力蓄电池两端的电压，单位为伏特（V）；t—时间，单位为秒（S）。
进一步，首先步骤d等速法是指车辆以恒定的速度行驶进行实验，记录纯电动和增程启动模式下的里程以及持续时间。
进一步，根据以下换算关系，将电量消耗量转化为油耗，用100*(
Figure 379757DEST_PATH_IMAGE002
+)/S计算汽车每行驶100km等效消耗燃料多少升，单位L/100km
=
Figure 868004DEST_PATH_IMAGE004
公式中：
Figure 787418DEST_PATH_IMAGE005
—试验过程中的电量消耗量，即充电时从电网获取的能量，单位为kwh；—燃料密度，单位为g/
Figure 946315DEST_PATH_IMAGE007
；
Figure 53949DEST_PATH_IMAGE008
—燃料燃烧的低热值，单位为J/g；
Figure 265137DEST_PATH_IMAGE009
—发电工况下，发动机的平均工作效率；
Figure 813930DEST_PATH_IMAGE010
—发电工况下，发电机的平均工作效率；
Figure 964289DEST_PATH_IMAGE011
—等效的燃料消耗量，单位为L；S—总行驶里程，包括纯电动和增程里程，单位km；—实际的燃油消耗量，单位L；—电池的放电效率 。
进一步，根据以下换算关系，计算总的能量消耗率：
a)燃料消耗加权平均值
                          C= 
Figure 967831DEST_PATH_IMAGE014
公式中：C—综合工况下的燃油消耗率，单位为L/km;
Figure 535209DEST_PATH_IMAGE015
—ECE工况下总的续始里程，单位为km;—EUDC工况下总的续始里程,单位为km; —ECE工况增程器工作过程总的油耗,单位为L； 
Figure 100817DEST_PATH_IMAGE018
—EUDC工况增程器工作过程总的油耗，单位为L； 
Figure 76863DEST_PATH_IMAGE019
—ECE工况增程器工作过程里程，单位为km; 
Figure 679883DEST_PATH_IMAGE020
—EUDC工况增加器工作过程里程，单位为km; ECE—表示城市工况，其特点在于汽车速度最高不超过50km/h，并且汽车行驶途中会经常停车；EUDC—表示郊区工况，其特点在于汽车速度最高不超过120km/h，并且汽车行驶途中不会停车；
 b)电能消耗加权平均值
                    E= 
Figure 323354DEST_PATH_IMAGE021
公式中：E—综合工况下的电能消耗率，单位为kwh/km;—ECE工况纯电动工作过程消耗的电量，单位kwh; 
Figure 197562DEST_PATH_IMAGE023
—EUDC工况纯电动工作过程消耗的电量，单位kwh; 
Figure 338693DEST_PATH_IMAGE024
—ECE工况纯电动工作过程里程，单位km;
Figure 649720DEST_PATH_IMAGE025
—EUDC工况纯电动工作过程里程，单位km;
     c）总的能量消耗率为
Figure 155787DEST_PATH_IMAGE013
=
Figure 434322DEST_PATH_IMAGE026
，单位为
(L+kwh)/ km。
该增程式电动汽车能量消耗量实验计算方法具有以下有益效果：
（1）本发明解决了在增程阶段有电耗和油耗的重合无法确定准确的能量消耗量的技术难题，将纯电动阶段的电耗和增程阶段的油耗的加权，然后再用两个工况的上述加权值再进行一次加权来计算一个综合的能量消耗率或者把电耗通过公式转化为油耗，计算一个等效的百公里油耗值。
（2）本发明可以用工况法和等速法对其能量消耗率和续始里程进行计算和测试，分别对纯电动阶段和增程器工作阶段的里程数、工作时间、能量消耗量等进行记录。
附图说明
图1：增程式电动汽车的系统结构图；
图2：NEDC综合工况下汽车行驶的速度和时间比例示意图；
图3：ECE城市工况下汽车行驶的速度和时间比例示意图；
图4：EUDC郊区工况下汽车行驶的速度和时间比例示意图。
具体实施方式
下面结合图2至图4，对本发明做进一步说明：
本发明实验方法包括以下内容：
实验条件：实验车辆应按照每项实验的技术要求加载；环境温度推荐在5℃-35℃之间，在试验开始和结束时，应记录环境温度；所有的储能系统应充到制造厂规定的最大值（电能、液压、气压、油箱油量等）；应根据汽车制造厂规定调整发动机、电机和汽车操作件；实验驾驶员应按车辆制造厂推荐的操作程序使蓄电池在正常运行温度下工作；车上的照明、信号装置以及辅助设备应该关闭，除非试验和车辆白天运行对这些装置有要求。
实验程序：确定能量消耗率和续始里程应该使用相同的实验程序，实验程序包括以下几个步骤：
a、对动力蓄电池进行初次充电，测量来自电网的能量，油箱满油；
b、电动汽车在底盘测功机上进行预定的速度和时间进行试验；
c、试验后再次为动力蓄电池充电，测量来自电网的能量，油箱满油；
d、通过工况法或等速法计算总能量消耗率或电量消耗量转化为油耗值。
实验方法：
1、动力蓄电池的初次充电方法：
在环境温度为20-30℃下，使用车载充电器为蓄电池充电，或采用车辆制造厂推荐的外部充电器给蓄电池充电。充电结束的标准：12h的充电即为充电结束的标准；如果标准仪器发出明显的信号提示驾驶员蓄电池没有充满，在这种情况下，最长充电时间为：3*制造厂规定的蓄电池容量（kwh）/电网供电（kw）。
2、工况法：
在底盘测功机上进行图2的规定的工况循环进行试验，当加速踏板踩到底不能维持工况循环时，试验结束；工况试验循环期间的工况外停车不允许超过3次，总的停车时间加起来不允许超过15min；若车的最高车速达不到120km/h，则NEDC工况和EUDC工况的续始里程实验不做，参见图2的工况说明，详细工况说明可以参见GB/T18386-2005；记录增程器启动的时间点，分别记录纯电动阶段里程数和持续时间，电和油混合阶段的里程数和持续时间；按照GB/T19233-2003计算方法，利用测得的CO2、CO和HC排放量，以碳平衡法计算增程阶段的油耗；
对于动力蓄电池，应当对动力蓄电池的充、放电电流和电压以不低于20HZ的频率连续的进行测量，并进行积分，以准确确定车辆行驶过程中纯电动阶段的电能消耗,具体公式为：
                        
Figure 129877DEST_PATH_IMAGE001
      
其中，NEC—净能量的改变，单位为焦耳（J）；I—输入或输出动力蓄电池总线的电流，单位为安培（A）；U—动力蓄电池两端的电压，单位为伏特（V）；t—时间，单位为秒（S）。
对于有强制启动增程开关、经济模式开关、抑制增程启动开关的车辆可以增加：启动抑制增程模式，按照上述方法做一次NEDC纯电动续始里程试验，若最高车速达不到120km/h，则只做一次ECE纯电动续始里程试验。
3、等速法：
车辆以恒定的速度行驶进行实验，实验过程中允许停车两次，每次不超过两分钟；当加速踏板踩到底不能维持车速的90%时，试验结束；分别做40km/h,60km/h工况下的续始里程试验,分别记录纯电动和增程启动模式下的里程以及持续时间；若有模式开关：启动抑制增程模式，按照上述方法做一次60km/h等速续始里程试验；空调开或不开，再生制动有或没有的实验可按需要进行实验。
实验结束后，在2小时内将车辆和电网连接进行车辆充电，在车辆充电器和电网之间连接能量测量装置，在充电期间测量来自电网的用wh表示的能量E，以及依照上述碳平衡法进行油耗计算。
4、计算公式：
4.1、根据以下换算关系，将电量消耗量转化为油耗，用100*(
Figure 482361DEST_PATH_IMAGE002
+
Figure 487226DEST_PATH_IMAGE003
)/S计算汽车每行驶100km等效消耗燃料多少升，单位L/100km
Figure 925160DEST_PATH_IMAGE002
=
Figure 158827DEST_PATH_IMAGE004
公式中：
Figure 631396DEST_PATH_IMAGE005
—试验过程中的电量消耗量，即充电时从电网获取的能量，单位为kwh；—燃料密度，单位为g/
Figure 271074DEST_PATH_IMAGE007
；
Figure 495382DEST_PATH_IMAGE008
—燃料燃烧的低热值，单位为J/g；
Figure 884775DEST_PATH_IMAGE009
—发电工况下，发动机的平均工作效率；
Figure 169126DEST_PATH_IMAGE010
—发电工况下，发电机的平均工作效率；—等效的燃料消耗量，单位为L；S—总行驶里程，包括纯电动和增程里程，单位km；
Figure 219439DEST_PATH_IMAGE003
—实际的燃油消耗量，单位L；
Figure 401021DEST_PATH_IMAGE012
—电池的放电效率 。
4.2、根据以下换算关系，计算总的能量消耗率
Figure 669323DEST_PATH_IMAGE013
：
a)燃料消耗加权平均值
                          C= 
公式中：C—综合工况下的燃油消耗率，单位为L/km;
Figure 197573DEST_PATH_IMAGE015
—ECE工况下总的续始里程，单位为km;
Figure 46712DEST_PATH_IMAGE016
—EUDC工况下总的续始里程,单位为km; 
Figure 672865DEST_PATH_IMAGE017
—ECE工况增程器工作过程总的油耗,单位为L； 
Figure 122301DEST_PATH_IMAGE018
—EUDC工况增程器工作过程总的油耗，单位为L； 
Figure 226523DEST_PATH_IMAGE019
—ECE工况增程器工作过程里程，单位为km; 
Figure 192818DEST_PATH_IMAGE020
—EUDC工况增加器工作过程里程，单位为km; ECE—表示城市工况，其特点在于汽车速度最高不超过50km/h，并且汽车行驶途中会经常停车；EUDC—表示郊区工况，其特点在于汽车速度最高不超过120km/h，并且汽车行驶途中不会停车；
 b)电能消耗加权平均值
                     E=
Figure 52189DEST_PATH_IMAGE021
公式中：E—综合工况下的电能消耗率，单位为kwh/km;
Figure 661025DEST_PATH_IMAGE022
—ECE工况纯电动工作过程消耗的电量，单位kwh; 
Figure 647567DEST_PATH_IMAGE023
—EUDC工况纯电动工作过程消耗的电量，单位kwh; 
Figure 720565DEST_PATH_IMAGE024
—ECE工况纯电动工作过程里程，单位km;
Figure 688521DEST_PATH_IMAGE025
—EUDC工况纯电动工作过程里程，单位km;
     c）总的能量消耗率为=
Figure 106044DEST_PATH_IMAGE026
，单位为
(L+kwh)/ km。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种增程式电动汽车能量消耗量实验计算方法，包括以下步骤：
a、对动力蓄电池进行初次充电，测量来自电网的能量，油箱满油；
b、电动汽车在底盘测功机上进行预定的速度和时间进行试验；
c、试验后再次为动力蓄电池充电，测量来自电网的能量，油箱满油；
d、通过工况法或等速法计算总能量消耗率或电量消耗量，并转化为油耗值；步骤b和步骤c的实验过程按照实验循环反复进行，以提高实验数值的准确性；首先步骤d工况法中记录增程器启动的时间点，并且分别记录纯电动阶段里程数和持续时间、电和油混合阶段的里程数和持续时间；按照GB/T19233-2003计算方法，利用测得的CO2、CO和HC排放量，以碳平衡法计算增程阶段的油耗值；对于动力蓄电池，应当对动力蓄电池的充、放电电流和电压以不低于20HZ的频率连续的进行测量，并进行积分，以准确确定车辆行驶过程中纯电动阶段的电能消耗,具体公式为：
                                                                       
Figure 820588DEST_PATH_IMAGE001
      
其中，NEC—净能量的改变，单位为焦耳（J）；I—输入或输出动力蓄电池总线的电流，单位为安培（A）；U—动力蓄电池两端的电压，单位为伏特（V）；t—时间，单位为秒（S）；首先步骤d等速法是指车辆以恒定的速度行驶进行实验，记录纯电动和增程启动模式下的里程以及持续时间；根据以下换算关系，将电量消耗量转化为油耗，用100*(
Figure 93438DEST_PATH_IMAGE002
+)/S计算汽车每行驶100km等效消耗燃料多少升，单位L/100km
Figure 776540DEST_PATH_IMAGE002
=
Figure 274517DEST_PATH_IMAGE004
公式中：
Figure 983847DEST_PATH_IMAGE005
—试验过程中的电量消耗量，即充电时从电网获取的能量，单位为kwh；
Figure 872169DEST_PATH_IMAGE006
—燃料密度，单位为g/
Figure 754674DEST_PATH_IMAGE007
；
Figure 44841DEST_PATH_IMAGE008
—燃料燃烧的低热值，单位为J/g；
Figure 919213DEST_PATH_IMAGE009
—发电工况下，发动机的平均工作效率；
Figure 294831DEST_PATH_IMAGE010
—发电工况下，发电机的平均工作效率；
Figure 653131DEST_PATH_IMAGE011
—等效的燃料消耗量，单位为L；S—总行驶里程，包括纯电动和增程里程，单位km；—实际的燃油消耗量，单位L；
Figure 176834DEST_PATH_IMAGE012
—电池的放电效率；根据以下换算关系，计算总的能量消耗率
Figure 39747DEST_PATH_IMAGE013
：
a) 燃料消耗加权平均值
                          C= 
Figure 264055DEST_PATH_IMAGE014
公式中：C—综合工况下的燃油消耗率，单位为L/km; 
Figure 263235DEST_PATH_IMAGE015
—ECE工况下总的续始里程，单位为km;
Figure 485269DEST_PATH_IMAGE016
—EUDC工况下总的续始里程,单位为km; 
Figure 835479DEST_PATH_IMAGE017
—ECE工况增程器工作过程总的油耗,单位为L； 
Figure 863478DEST_PATH_IMAGE018
—EUDC工况增程器工作过程总的油耗，单位为L； 
Figure 982744DEST_PATH_IMAGE019
—ECE工况增程器工作过程里程，单位为km; 
Figure 110100DEST_PATH_IMAGE020
—EUDC工况增加器工作过程里程，单位为km; ECE—表示城市工况，其特点在于汽车速度最高不超过50km/h，并且汽车行驶途中会经常停车；EUDC—表示郊区工况，其特点在于汽车速度最高不超过120km/h，并且汽车行驶途中不会停车；
 b) 电能消耗加权平均值
                    E= 
Figure 9923DEST_PATH_IMAGE021
公式中：E—综合工况下的电能消耗率，单位为kwh/km; 
Figure 513716DEST_PATH_IMAGE022
—ECE工况纯电动工作过程消耗的电量，单位kwh; 
Figure 753068DEST_PATH_IMAGE023
—EUDC工况纯电动工作过程消耗的电量，单位kwh; 
Figure 113642DEST_PATH_IMAGE024
—ECE工况纯电动工作过程里程，单位km;
Figure 438444DEST_PATH_IMAGE025
—EUDC工况纯电动工作过程里程，单位km；
c）总的能量消耗率为
Figure 808245DEST_PATH_IMAGE013
=
Figure 636524DEST_PATH_IMAGE026
，单位为
(L+kwh)/ km。
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