新能源汽车续航大提升：参数选型与能量回收

​根据标普全球评级（S&P Globle Rating）今日发布的分析报告，我国电动汽车的市场渗透率在过去的5年中稳步上升，仅2023年的渗透率就达到了30.5%。这一增长不仅反映了消费者对新能源汽车及环保出行的方式的认可，也体现了政府对该产业的支持。政策扶持、技术进步和基础设施建设的不断完善，共同推动了新能源汽车市场的快速发展。

虽然目前中国的电动汽车充电网络已经覆盖了大部分城市，并且在高速公路及城乡结合部逐步实现了更广泛的布局，但消费者在选择购买电动汽车时，仍将续航能力作为关键决策点。电动汽车的续航主要在于两点：驱动电机和动力电池的参数选型，及制动能量回收。

 

1.参数选型

2023年的一篇文献以汽车动力性作为约束条件，并以中国轻型汽车驾驶工况（China light-duty vehicle test cycle，CLTC）的续航里程和电耗作为优化目标进行了相关研究。根据标准《纯电动乘用车技术条件》（GB/T 28382-2012）， 以市场上某款纯电动汽车为目标车型，其整车性能指标如下图所示：

 

 ▲整车性能指标（注：NEDC，New European Driving Cycle，新欧洲驾驶循环）

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汽车性能直接影响到车辆的续航里程、动力表现和整体驾驶体验。具体影响因素上：

• 驱动电机：需考虑峰值功率、连续功率、效率曲线等因素，以满足不同行驶条件下的需求；
• 动力电池：需要兼顾能量密度、循环寿命、安全性和成本等多个方面。

 ▲汽车驱动电机、动力电池

 

​合理的参数选型不仅能够确保车辆的基本性能，还能有效降低成本，提高市场竞争力。

2.能量回收

制动能量回收技术是提高纯电动汽车能效的重要手段。通过在车辆减速或刹车过程中将动能转化为电能储存起来，可以显著增加车辆的续航里程。现代纯电动汽车普遍配备了高效的制动能量回收系统，但如何进一步优化该系统的效能，使其在不同驾驶场景下都能发挥最佳作用，仍然是一个值得深入研究的课题。

要研究如何对其进行优化，首先要了解什么是制动能量回收。汽车制动过程中，能量的消耗与转换遵循特定的规律，主要分为以下两个部分：

1. 当汽车进行制动操作时，车轮与制动器之间的摩擦作用是不可避免的。这种摩擦作用会使得部分动能转化成热能，进而在制动过程中散失到环境中。
2. 在制动过程中，一部分动能可以通过车辆的机械传动系统传递给电动机，由电动机扮演发电机的角色，负责将输入的机械能高效地转化为电能。

经由电动机转化为电能的动能会被蓄电池所收集并保存，并在后续需要时使用，这一过程常被称为再生制动，也就是制动能量回收，是一种提高能源利用效率、减少能量损失的有效方式。

随着技术的进步，越来越多的创新方案被应用于制动能量回收领域。

 

改进电机控制策略，在保证制动舒适性的前提下，最大限度地回收能量

 

电动汽车与传统燃油车不同，具备液压式线控制动和电机制动两套独立的系统，采用制动力分层控制策略即可对其进行能量回收最大化的分层控制。

首先可根据电机外特性曲线和受电池荷电状态（State Of Charge, SOC）影响的充电功率的限制，计算在不同状态下电机所能提供的最大电机制动力矩，随后结合液压制动系统进行制动扭矩变化的研究。

 

 ▲制动过程中制动扭矩变化过程

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期望值动力应按照OA1A2方向变化，但由于液压制动系统存在迟滞效应，实际制动力将沿着OA1C的方向变化，直接影响驾驶员的制动感受及制动安全性。因此需要依托电机高响应、高精度的特性对其进行制动补偿，寻找最为合适的分层控制策略。

 

储能系统优化，更精确地管理电池充放电过程

 

储能系统的选择和配置对制动能量回收同样重要。采用具有更高能量密度和功率密度的电池，以及具备高效充放电能力的储能设备，可以更有效地存储回收的电能，减少能量转换过程中的损耗。目前最为常见的方法是采用更先进的电池管理系统（Battery Management System，BMS）从而提高能量回收效率。

 

商业应用领域，国内的宁德时代、比亚迪等企业已不断升级其电池管理技术以提高系统能量密度、运行效率和系统安全性，如单体到电池包集成（Cell to Pack，CTP）和单体到底盘集成（Cell to Chassis/Car，CTC），以及结合大数据的智能管理技术。

 

BMS需要实时监控、采集储能电池的状态参数，并通过接口与其他设备进行信息交互。涉及多个功能模块和高度集成的BMS已成为保障车辆安全、提升整体性能的关键技术。

 

现有的BMS在对电池运行数据的获取、处理、存储能力上有所欠缺，仍存在数据实时性差、利用率低等问题。将数字孪生与数字样机技术引入电池管理领域，通过数字化的方式创建真实环境下物理实体的数字模型，为开发团队提供数据虚实交融、双向反馈、实时交互、决策分析和快速迭代优化的能力，使动力电池全生命周期物理空间和信息空间的高效协同成为可能，有助于实现电池全生命周期的实时管控。

 

天目全数字实时仿真软件SkyEye，是一款基于可视化建模的硬件行为级仿真平台，能够用于搭建汽车BMS模型，是汽车厂商“降本增效”的有效解决方案。其优势如下：

• 无需关心真实线缆繁琐的连接关系，工程一次搭建，持续可复用；
• 仿真真实CAN总线和BMS控制器硬件，支持几乎无限数量的仿真硬件；
• 支持符合AUTOSAR协议的OS及应用程序的运行；
• 集成原有CANoe上位机软件，可通过SkyEye GUI界面模拟注入真实数据。

虚拟汽车BMS模型可被用于模拟电池的极端使用场景，如长期高负荷运行、大功率放电等，帮助开发者提前发现电池的热失控风险和性能衰减问题，从而优化系统设计，提升电池的安全性和寿命。

 ▲基于SkyEye的虚拟汽车BMS模型