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福田纯电动轻卡降电耗专项开发

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福田纯电动轻卡降电耗专项开发

作者:
来源:
节能与新能源汽车年鉴
日期:
2020/04/02 11:16
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一、成果简介

 

应用领域:福田新能源全系列车型,包括:电动商务车(小VAN、大VAN)、电动微/轻卡车、纯电动重卡、燃料电池车等。

 

关键技术:降电耗专项开发包括:电驱动系统构型分析、整车轻量化开发、控制策略优化、动力系统效率提升,基于上述研究2018年申报专利63项。

 

二、成果创新点及解决的难点问题

 

电驱动系统构型分析:在AVL/CRUISE软件环境搭建纯电动轻卡仿真模型,仿真结果表明基于某测试工况电机+AMT构型电耗最优,电机直驱方案居中,电机+单减方案电耗最次,上述结果证明电机+AMT构型工况适应性较好,经济性较好,详见图1。 

 

 

 

图1 不同电驱动构型工作效率对比分析

 

产品开发除考虑性能外,还需结合可靠性、成本、资源可获取性、重量等维度。通过引入层次分析法确定维度,采用熵权法确定权重,基于专家打分法确定适合的电驱动系统构型,详见图2。

 

图2 基于五维度的三种构型综合评价

 

整车轻量化开发:立足动力系统、车身、底盘、电子电器四大系统,具体思路见图3。

 

图3 整车轻量化

 

其中动力系统通过采用电驱桥总成,取消传动轴,后桥取消锥齿轮增加相应齿轮副,实现总体降重150kg同时,提升传动效率3%以上,优化了底盘布置空间;动力电池通过采用高能量密度电池,同时对电池和底盘固定支架结构进行优化实现降重。其中底盘系统、车身系统、电子电器系统结构件方面通过采用轻量化材料替代实现降重,例如悬架系统中的前后板簧由金属钢板材质改为玻纤增强塑料(GFRP),实现整车降重65kg,见图4。

 

例如货箱由以前的彩钢板厢板、花纹板底板改为铝制框架、PP蜂窝板厢板,实现货箱降重290kg。例如通过空调冷凝器前置,与整车冷却系统集成,实现取消冷凝器用风机、护罩及相应支架,实现降重4kg。

 

图4   轻量化替代材料实现降重

 

控制策略优化:结合福田智科大数据平台开展针对特定市场的工况分析,对采集到的数据样本进行运动学片段特征值分析、主成分分析及快速聚类分析,基于车速、道路坡度及车辆平均功率等状态信息构建实际工况特征曲线,见图5。

 

图5   某市车辆实际行驶工况特征曲线

 

制动能量回收模型除原有的车速、制动踏板开度、制动扭矩参数外,增加制动踏板变化率、制动能量回收限制因素等维度修正,结合车速、制动踏板开度、制动踏板变化率,针对驾驶意图采用模糊算法,通过模糊与解析更为准确实现驾驶员驾驶意图,制动时充分提高制动能量回收率;增加制动能量回收限制因素,综合考虑电机温度、电池组SOC和温度等阈值,例如基于福田智科大数据平台数据显示当福田某车辆在某市区连续运行时,在不进行能量回收时电机绕组温度稳定在95 ℃ 左右,温升约为70 ℃。如果采用制动能量回收,会引起电机绕组温度持续升高,影响寿命;例如电池SOC较高时进行制动能量回收会导致电池出现极化,进而导致锂离子沉积影响循环寿命。

 

图6   电池SOC处于某一阈值时制动能量回收效率

 

动力系统效率提升:动力系统效率提升主要包括电驱动系统、电池系统;其中电驱动系统针对目标市场整车常用车速开展适应性标定,图7是根据实际工况整理的整车车速-常用功率需求的联合分布,据此开展适应性标定,将电机常用转速纳入电机高效区内。

 

图7  整车车速-常用功率需求的联合分布

 

其中电池系统主要通过电池快速加热系统提高整车动力性,同时随着电池温度升高,降低动力电池低温时内阻进而提升充放电效率。图8是整车充电加热流程,图9是电池快速加热方案。

 

图8  整车充电加热流程

 

  

图9  电池快速加热方案

 

三、成果应用情况

 

1)上述成果已经应用于福田全系纯电动商用车,包括欧马可、奥铃、图雅诺、拓路者等系列电动车,目前所有车型量产车辆超过两千台已交付客户使用,正在全国各大城市正产运行,运营稳定,如图10所示。

 

  

图10  欧马可、图雅偌电动车

 

四、社会及经济效益分析

 

目前通过上述研究和产业化应用,已经实现整车降能耗超过10%,按每辆轻卡年均行驶里程5万km计,基础车电耗25-35kWh/100km计,年均1500kWh,减少碳排放1.2吨。

 

 

 

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