1.3 新能源汽车基本参数
1.3.1 质量参数
电动汽车质量参数主要包括整车整备质量、电动汽车总质量、电动汽车装载质量和电池质量等。
1. 整车整备质量
整车整备质量是指电动汽车完全装备的质量,包括整车装备完好的空车质量,电池、润滑油、冷却液、随车工具、备用轮胎及备品等的质量,但不包括货物、驾驶员、乘客及行李的质量。
2. 电动汽车总质量
电动汽车总质量是指汽车装备齐全,并按规定装满乘客(包括驾驶员)、货物时的质量。
3. 电动汽车装载质量
电动汽车装载质量是指汽车满载时所能装载的货物和人员的总质量,即电动汽车总质量与整车整备质量之差。
4. 电池质量
纯电动汽车电能消耗量与整备质量和电池质量密切相关,整备质量和电池质量越小,电能消耗量越少。平均整备质量和动力电池质量如图1-13所示。车辆整备质量的变化与动力电池质量变化几乎完全同步。
图1-13 纯电动汽车平均整备质量和动力电池质量
1.3.2 电池基本参数
电池基本参数有电压、电池容量、电池能量、能量密度、功率密度、电池放电倍率、荷电状态、寿命等。
1. 电压
电压分为开路电压、工作电压、充电终止电压、放电终止电压。
(1)开路电压。开路电压是指电池外部不接任何负载或电源,测量电池正负极之间的电位差,即电池的开路电压。
(2)工作电压。工作电压与开路电压相对应,即电池外接上负载或电源,有电流流过电池,测量所得的正负极之间的电位差。
由于电池内阻的存在,放电状态时(外接负载)的工作电压低于开路电压,充电时(外接电源)的工作电压高于开路电压。
(3)充电终止电压。可充电电池充足电时,极板上的活性物质已达到饱和状态,再继续充电,电池的电压也不会上升,此时的电压称为充电终止电压。
(4)放电终止电压。放电终止电压是指蓄电池放电时允许的最低电压。放电终止电压和放电率有关。
2. 电池容量
电池容量是指完全充电的蓄电池在规定条件下所释放的总的电量,单位为A·h或kA·h,它等于放电电流与放电时间的乘积。1A·h就是电池能在1A的电流下使用1h,16A·h就是电池能在1A的电流下使用16h。
3. 电池能量
电池能量是指在一定放电制度下电池所能输出的电能,单位为W·h或kW·h,它等于电压与电池容量的乘积。
例如:标识为3.7V/10A·h的电池,其能量为37W·h。如果把4节这样的电池串联起来,就组成了一个电压是14.8V、容量为10A·h的电池组,虽然没有提高电池容量,但总能量为148W·h,提高了4倍。
4. 能量密度
能量密度是指单位体积或单位质量的蓄电池所释放的电能,用W·h/L、W·h/kg来表示。
如果是单位体积,即体积能量密度(W·h/L),直接简称为能量密度;如果是单位质量,就是质量能量密度(W·h/kg),也叫比能量。
例如:一节锂电池质量为300g,额定电压为3.7V,容量为10A·h,则其比能量为123W·h/kg。
在新能源汽车国家补贴政策中,纯电动汽车所搭载的电池比能量被列入了考核范围,2018年低于105W·h/kg的车型将无法获得任何补贴,105(含)~120W·h/kg的车型按0.6倍补贴,120(含)~140W·h/kg的车型按1倍补贴,140(含)~160W·h/kg的车型按1.1倍补贴,160W·h/kg及以上的车型按1.2倍补贴。2017年电池平均比能量逐渐增加,如图1-14所示。
图1-14 电池平均比能量
5. 功率密度
电池功率是指电池在一定放电制度下,单位时间内所输出能量的大小,单位为W或kW。功率密度是指单位质量(也叫比功率)或单位体积电池输出的功率,单位为W/kg或W/L。
比功率是评价电池是否满足电动汽车加速性能的重要指标。
比能量和比功率究竟有什么区别?举个形象的例子:比能量高的动力电池就像龟兔赛跑里的乌龟,耐力好,可以长时间工作,保证汽车续航里程长;比功率高的动力电池就像龟兔赛跑里的兔子,速度快,可以提供很高的瞬间电流,保证汽车加速性能好。
6. 电池放电倍率
放电倍率是指在规定时间内放出其额定容量时所需要的电流值,它在数值上等于电池额定容量的倍数。即:充放电电流(A)/额定容量(A·h),其单位一般为C,如0.5C、1C、5C等。
例如,对于容量为24A·h的电池来说,用48A放电,其放电倍率为2C,反过来讲,2C放电,放电电流为48A,0.5h放电完毕;用12A充电,其充电倍率为0.5C,反过来讲,0.5C充电,充电电流为12A,2h充电完毕。
电池的充放电倍率,决定了可以以多快的速度,将一定的能量存储到电池里面,或者以多快的速度,将电池里面的能量释放出来。
7. 荷电状态
荷电状态(SOC)也叫剩余电量,代表电池放电后剩余容量与其完全充电状态的容量的比值。其取值范围为0~1,当SOC=0时表示电池放电完全;当SOC=1时表示电池完全充满。电池管理系统(BMS)就是主要通过管理SOC并进行估算来保证电池高效工作的,所以它是电池管理的核心。
8. 寿命
电池的寿命分为循环寿命和日历寿命。循环寿命是指电池可以循环充放电的次数,即在理想的温度和湿度条件下,以额定的充放电电流进行充放电,计算电池容量衰减到80%时所经历的循环次数。
日历寿命是指电池在使用环境条件下,经过特定的使用工况,达到寿命终止条件(容量衰减到80%)的时间跨度。日历寿命是与具体的使用要求紧密结合的,通常需要规定具体的使用工况、环境条件、存储间隔等。
循环寿命是一个理论上的参数,而日历寿命更具有实际意义。但日历寿命的测算复杂,耗时长,所以一般电池厂家只给出循环寿命的数据。
1.3.3 电机基本参数
电机基本参数有额定功率、峰值功率、额定转速、最高工作转速、额定转矩、峰值转矩、堵转转矩、额定电压、额定电流、额定频率。
(1)额定功率。额定功率是指电机额定运行条件下轴端输出的机械功率(W)。
(2)峰值功率。峰值功率是指在规定的时间内电机运行的最大输出功率(W)。
(3)额定转速。额定转速是指电机额定运行(额定电压、额定功率)条件下电机的最低转速(r/min)。
(4)最高工作转速。最高工作转速是指在额定电压时电机带负载运行所能达到的最高转速(r/min)。
(5)额定转矩。额定转矩是指电机在额定功率和额定转速下的输出转矩(N·m)。
(6)峰值转矩。峰值转矩是指电机在规定的持续时间内允许输出的峰值转矩(N·m)。
(7)堵转转矩。堵转转矩是指转子在所有角位堵住时所产生的最小转矩(N·m)。
(8)额定电压。额定电压是指电机正常工作的电压(V)。
(9)额定电流。额定电流是指电机额定运行条件下电枢绕组(或定子绕组)的线电流(A)。
(10)额定频率。额定频率是指电机额定运行条件下电枢(或定子侧)的频率(Hz)。
1.3.4 新能源汽车性能参数
电动汽车性能参数主要有最高车速、加速能力、坡道起步能力、爬坡车速、续航里程、能量消耗率、放电能量、再生能量、动力系效率和总功率。
1. 最高车速
电动汽车最高车速包括最高车速(1km)和30min最高车速。
(1)最高车速(1km)。最高车速(1km)是指电动汽车能够往返各持续行驶1km以上距离的最高平均车速。
(2)30min最高车速。30min最高车速是指电动汽车能够持续行驶30min以上的最高平均车速,其值应不低于80km/h。
2. 加速能力
加速能力是指电动汽车从速度u1加速到u2所需要的最短时间。0~50km/h和50~80km/h的加速性能,其加速时间应分别不超过10s和15s。
3. 坡道起步能力
坡道起步能力是指电动汽车在坡道上能够启动且1min内向上行驶至少10m的最大坡度。车辆通过4%坡度的爬坡车速不低于60km/h;车辆通过12%坡度的爬坡车速不低于30km/h;车辆最大爬坡度不低于20%。
4. 爬坡车速
爬坡车速是指电动汽车在给定坡度的坡道上能够持续行驶1km以上的最高平均车速。
5. 续航里程
续航里程是指电动汽车在动力蓄电池完全充电状态下,以一定的行驶工况,能连续行驶的最大距离。
作为普通消费者,纯电动汽车的续航里程是大家最为关注的核心技术指标,其数值大小直接决定了消费者的日常使用体验。工况法下平均续航里程逐渐增加,如图1-15所示。
图1-15 纯电动汽车平均续航里程
6. 能量消耗率
能量消耗率是指电动汽车经过规定的试验循环后,对动力蓄电池重新充电至试验前的容量,从电网上得到的电能除以行驶里程所得的值(W·h/km)。
常用平均百千米电耗来评价能量消耗的大小。
在新能源汽车国家补贴政策中,对百千米电耗这一指标进行了限定。根据车辆整备质量的不同,达到不同标准百千米电耗的车型,2018年可以分别获得0.5倍、1倍和1.1倍标准补贴。纯电动汽车平均百千米电耗如图1-16所示。
图1-16 纯电动汽车平均百千米电耗
7. 放电能量(整车)
放电能量是指电动汽车行驶中,由储能装置释放的电能(W·h)。
8. 再生能量
再生能量是指行驶中的电动汽车用再生制动回收的电能(W·h)。
再生制动是指电动汽车滑行、减速或下坡时,将车辆行驶过程中的动能及势能转化或部分转化为车载可充电储能系统的能量存储起来的制动过程。
9. 动力系效率
动力系效率是指在纯电动情况下,从动力系输出的机械能除以输入动力系的电能所得的值。
10. 总功率
总功率是指混合动力电动汽车在联合驱动模式下可输出的峰值功率。