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中型插入式电动运载货车车队评估
预印本
Robert Prohaska, Adam Ragatz, Mike Simpson, and Kenneth Kelly
国家可再生能源实验室
于IEEE交通电气会议与展览会（ITEC2016）被展出
迪尔伯恩,密歇根州
2016年6月27-29
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本报告可从国家可再生能源实验室（NREL）免费获取，网址为www.nrel.gov/publications。
会议文件
NREL/CP-5400-66055
2016年4月
合同编号：DE-AC36-08GO28308
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封面图由Dennis Schroeder提供: (从左至右) NREL 26173, NREL 18302, NREL 19758, NREL 29642, NREL 19795.
NREL于再生纸上打印。
中型插入式电动运载货车车队评估
Robert Prohaska, Adam Ragatz, Mike Simpson, Kenneth Kelly
国家可再生能源实验室
Robert.Prohaska@nrel.gov, Adam.Ragatz@nrel.gov, Mike.Simpson@nrel.gov, Kenneth.Kelly@nrel.gov
引言
在这篇论文中, 作者基于从史密斯牛顿电动运载车辆收集的使用数据，提出了中型电动汽车（EV）操作表现的概述，并将其性能与操作表现与同一车队的传统柴油货车进行了比较。作者对车辆的行驶周期和操作表现进行分析和比较，以证明将具体的电动汽车技术与适当的运行工作周期相匹配的重要性。分析结果表明，与传统柴油车相比，史密斯牛顿电动车在数据报告期间的能耗降低了68％，并且基于当地能源生成源的二氧化碳当量排放量减少了46.4％。
I.简介
为了通过部署和示范项目来帮助电动汽车（EV）技术商业化，美国能源部（DOE）的位于科罗拉多州的戈尔登市的国家可再生能源实验室（NREL），负责对先进的中型和重型车辆技术进行实际性能评估，以支持美国能源部的车辆和系统仿真以及测试活动。 这些评估有助于制造商改进设计，测试程序并最终取得商业上的成功，同时通知车队经理允许他们更好地选择更加节能，低排放的车辆技术，以符合其运营目标。
II.史密斯电动汽车-史密斯牛顿
NREL最近与北美菲多利-乐事公司（FLNA）合作执行了一项详细的车队评估项目，以估计和评价位于华盛顿州联邦路的菲多利-乐事配送中心在日常车队运营中的中型电动运载车的实际性能。本次研究评估的10辆EV都是第二代史密斯电气牛顿底盘，配置为6类配送车辆，如图1所示，并且配备有A123系统生产的80千瓦时磷酸铁锂（LiFePO4）电池组。 表 I给出了额外的车辆规格。这10辆EV使用Clipper Creek CS-100电动车辆供电设备（EVSE）充电（图2）。 每辆车都分配有一个特定的停车位，并在每次班次结束时由司机插入充电（图3）。
图1. 史密斯EV在华盛顿联邦路的配送中心充电，由FLNA操作 (Robert Prohaska / NREL 34462)
|
重量分类 |
6类 |
|
GVWR |
9,992 kg (22,028 lbs) |
|
有效负载量 |
4,423 kg (9,750 lbs) |
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轴距(WB) |
5.6 m (220 in.) |
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总长 |
9.3 m (368 in.) |
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转向半径 |
14.1 m w/ 3.9 m WB (46.4 ft w/ 154 in. WB) |
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充电标准 |
J1772 |
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车载充电器功率 |
12 kW |
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电池生厂商 |
A123 系统 |
|
电池型号 |
Nanophosphatereg; |
|
电池化学原料 |
LiFePO4 |
|
电池容量 |
80 kWh |
|
逆变器效率 |
94% |
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电机类型 |
液体冷却永磁体 |
|
电机功率:峰 | 续 |
150 kW | 80 kW |
|
电机力矩:峰 | 续 |
600 N-m | 400 N-m (442.5 ft-lbs | 295 ft-lbs) |
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电机效率 |
90% - 93% |
|
变速比 |
3.4 : 1.0 |
|
标定最大速度 |
80.4 km/h (50 mph) |
表 I
华盛顿联邦路, FLNA史密斯牛顿车辆规格 [1, 2, 3]
图2. 用来给史密斯牛顿运载车辆充电的Clipper Creek CS-100电动车辆供电设备 (Mike Simpson / NREL 29589)
图3. 史密斯牛顿电动汽车位于华盛顿联邦路的停车区域以及十台供车辆充电的电动车辆供电设备 (Mike Simpson / NREL 29586)
III. 数据收集与分析
作为美国复苏与再投资法案车辆凭证计划的资金需求的一部分，NREL负责汇总全国所有459名参与史密斯电动汽车项目的志愿者两年多以来收集的数据[4]。投入使用的车辆的数据由史密斯电气安装的车载远程信息处理系统提供，数据已上传至NREL进行处理和安全存储。在华盛顿州联邦路运营的10部FLNA电动汽车都是美国复苏和再投资法案的一部分，其数据将被传输给NREL。为了对史密斯电动汽车的使用性能进行比较分析，NREL研究人员在与EV提供相同服务的相同车队的传统柴油车上安装了9台车辆数据记录仪。17天内，全球定位系统和SAE J1939控制器区域网络或SAE J1708串行数据是通过其数据总线消息协议从柴油货车收集而来的。6类柴油运输车辆是国际车型和日野车型的混合，具有不同程度的车龄和排放认证。 这些柴油车辆的例子可以在图4中看到。根据全球定位系统收集的数据，电动汽车和柴油车辆之间的样本路线比较如图5所示。红线显示电动货车路线，蓝线显示华盛顿州塔科马周围的柴油货车路线。
图4. 停放在华盛顿联邦路配送中心的柴油货车 (Adam Ragatz / NREL)
图5. 华盛顿州联邦路FLNA配送中心的柴油货车（蓝色）和电动货车（红色）的样本路线比较
在确保车辆以相似的方式在相同的地理区域内发车后，便能够分析它们的工作循环运动特性，以确认两种车型通过相似的方式操纵。第一个比较的指标是每日行驶距离和平均速度。虽然两种车型都在一定的速度范围和平均距离范围内行驶，但图6显示两个车型之间有相当多的重叠，因为两种车型都以相似的平均速度行驶相似的距离。在此图中，每个圆圈代表一天的行驶时间，每个方块代表整个采样周期内特定卡车的平均值。统计学上以一个同方差t-假设等变量且alpha;为0.01来测试，我们看到两个车辆组之间每日行进距离的p值为6.048times;10-5，平均速度的p值为2.261times;10-7 ，这表明这两个数据集在99％的置信度上没有统计学差异。
图6. 联邦路仓库的运载车辆的每日距离与平均速度
每日平均动力强度[5]是表示驾驶粗暴性的相对量度，表示驾驶循环的特征加速度与其空气动力学速度的比值，和平均速度一起用于比较车辆的运行状况。动力强度通常用来确认特定驾驶循环如何通过再生制动获得能量回收。例如，减速度非常小的驾驶循环和延长的巡航路段（例如加州空气资源委员会（CARB）重型柴油叉车（HHDDT）巡航路段），相比起类似于HHDDT瞬态循环的需要更多走走停停的驾驶循环，其动力强度较低。FLNA车辆的动力强度与平均速度之间的关系如图7所示。除现场数据外，还显示了三种标准底盘测功机测试循环用于比较。 这些常用于建模，模拟和测试验证的标准周期被选为该评估的比较对象，因为大多数点位于HHDDT瞬态和HHDDT巡航之间，表示了巡航类行为的停车与行驶动作，故它们的值范围能够代表现场数据中观测到的操作范围。CARB HHDDT综合[6]测试周期如图8所示以供参考。该驾驶循环被开发以反映重型商用车辆的运行。这个测试周期被应用于排放法规和美国环境保护署的中度与重度温室气体法规中。该循环由四个部分组成：初始待机段（600秒）; 缓速行驶段（253秒）; 一个瞬时段（668秒）; 最后是高速公路巡航段（2,083秒），其中大部分时间段代表88.5公里/小时的高速公路巡航驾驶情况，巡航速度略有变化。总周期持续约3600秒，达到最高时速95.4公里，行驶距离为41.8公里，平均速度为41.9公里/小时，动力学强度为0.10 1 /公里。该周期表示FLNA车辆的动力学强度的下限，并显示出标准底盘测功机测试周期与实际数据的区别。
图7. 联邦路仓库运载车辆的动力强度与平均速度基线曲线比较
图8. CARB HHDDT测试循环
分析工作周期后，可以确定的是，两组相同操作下得到的数据集有良好的比较性，在同方差t测试下，alpha;等于0.01，其动态强度的p值小至2.914times;10minus;5, 从而得以调查整体的能量效率。表 II显示了按车型分类的本次研究中所有车辆的每日平均参数。
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