研究周报 | 低速电动车动力配置分析及优化建议

【特约研究员 冰封之城】低速电动车标准工作组在标准草案中提出了以下动力性能和能量消耗指标：最高车速、爬坡性能、起步加速性能、续行里程、能量消耗量及测量方法。下图为会议PPT原图片：

本期周报将通过车辆的力学模型，给出满足参数条件下的动力配置计算方法，并对各参数变化之间的相互影响进行分析，从而给出配置优化的方向及建议。

1、模型建立

常见低速电动车动力系统布置简图如下：

低速电动车运行时，由动力电池提供能量，在控制系统的作用下，通过电机转化为机械能，经传动系到达车轮，使驱动轮与地面之间产生相互作用力。车辆行驶时的受力状况如图所示。

当车辆正常运行时，受到阻碍其运动的阻力的作用。这些阻力通常包括轮胎滚动阻力、空气阻力、爬坡阻力及加速阻力等。因此，汽车在运行过程中的行驶方程式可表示为：

F=Fr+Fw+Fg+Fj

2、参数计算

(1)电机功率确定

电机的最大功率Pmax,必须同时满足最高车速时功率Pe，最大爬坡度时功率Pa，和满足加速时间的功率Pc三者的要求，即Pmax≥max⁡[Pe,Pa,Pc]。

其中各参数意义及取值如下：

计算过程以无风条件为准

（2）电池组容量确定

动力电池的容量主要是由续驶里程决定，其计算公式如下：

Cb一动力电池组的容量，Ah；

L一续驶里程，km;

e一单位距离消耗的能量，kJ／km;

Ub一动力电池模块的工作电压，v;

DOD一放电深度。

（3）传动比的确定

a. 最小传动比的确定

由电机最高转速和最高行驶车速确定的i_min为：

nmax——电机最高转速，r/min；

Vmax——电动汽车最高车速，km/h。

b. 最大传动比的确定

由最大爬坡度和最大输出扭矩决定的i_max为：

T_max ——电机最大输出扭矩，N·m；

α—— 最大爬坡度

由最高车速和电机最高转速对应的电机扭矩决定的i_max为：

Fw——最高车速下电动汽车的空气阻力，N；

TMmax——电机最高转速下对应的输出转矩，Nm。

3. 实例分析

以市场常见的一款低速车型为例，其车型参数如下：

设计指标：

(1) 最高车速≥55km/h；

(2) 最大爬坡度为15%(12km/h)；

(3) 0～40km/h加速时间小于12s。

计算可得：电机功率P>7.3kW，可选择7.5kw交流电机。典型选择型号及参数见下表：

计算对应传动比分别为i={10.93,6.6,4.4｝，可在常见低速车后桥速比中选择i=8的型号。

4. 参数分析

(1)各参数变化对续行里程的影响分析：

可以看出电池组容量对续驶里程的影响最为明显，其次是传动系传动比、整车质量、滚动阻力系数、空气阻力系数。这主要是因为续驶里程与电池组容量有直接的关系，电池组容量越大，电池组所贮存的电能越多，续驶里程相应延长，但电池组的重量增加，整车的整备质量增加，导致行驶阻力也增加，反过来又影响续驶里程。

也就是说，通过电池容量的增加也是有临界点的，超过了就没有正面作用了。比如在车上再备一组电池，这样做经济性非常差，电能大部分都消耗到电池的自重上去了。因此不少小车型，因为重量小，即使少装电池，续行里程也可和大车型持平。对于低速电动车来讲，尺寸超过3600mm后，经济性就会降低。从这一个方面讲，标准将尺寸限制在3500mm，还是有合理性的。

当电池容量相同的情况下，车身越轻的，里程会越远。所以如何把车做的“又轻又结实”，是下一步低速电动车一个重点的技术升级方向。需要研究尽量通过轻量化去提高续驶里程。 所以说，随着后期竞争的加剧，厂家的技术创新和实力会越来越重要。

滚动阻力系数的影响：滚动阻力系数与路面的种类行车速度以及轮胎的构造、材料、气压等有关。一般来说子午线轮胎的滚动阻力系数较小。有不少车为了好看，选择宽胎，实际从效率上讲，选择窄一点的轮胎型号对续行里程是很有利的。

(2)各参数变化爬坡度的影响分析：

从上图可以看出，在对爬坡度的影响中，传动系传动比的影晌最为明显，.其次是整车质量、电池组容量。滚动阻力系数和空气阻力系数对爬坡度没有影响。

采用较大的传动比可以获得较好的爬坡性能，但这样会降低最高车速。

(3)行驶工况的影响

行驶工况对低速电动车的续驶里程影响很大。对于恒速行驶，电流随车速的增加而增加，每公里消耗的电能随车速的升高增加，而电池的放电容量则随车速的升高而减小，故其续驶里程随行驶车速的升高而减少。根据计算分析，低速电动车车速为32km/h时的续驶里程接近最大值，因此，低速电动车的经济车速在32km/h左右。

标准指定采用40km/h等速法测试里程。对于多工况道路实验，由于频繁起步、加速和减速，电池经常处于大功率和大电流放电状态，电池的有效容量大幅下降，致使纯电动汽车的续驶里程明显比恒速行驶时减小，行驶工况越复杂，加速度越大，低速电动车的续驶里程越小。因此，采用恒速工况来考察低速电动车的续驶里程，会和实际里程有较大差异。而对用户来讲，合理的驾驶方式是用小的加速度加速，尽量保持中低速勻速行驶。

编者按：为凝聚新能源汽车行业的研究力量，发挥协作效应，第一电动网建立特约研究员机制，邀请行业知名专家、大牛作者作为特约研究员，集中多方智慧，深入探索新能源汽车政策、资本、技术、市场等领域，并定期推出【研究周报】，解析行业热点问题。