插電式混合動力汽車排放與能耗綜合評價體系的構建

解 難， 孫 龍， 王玉偉

(中國汽車技術研究中心, 天津 300300)

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插電式混合動力汽車排放與能耗綜合評價體系的構建

解 難， 孫 龍， 王玉偉

(中國汽車技術研究中心, 天津 300300)

插電式混合動力系統由電力驅動系統和發動機驅動系統兩部分組成，因此其排放和能耗評價相對于傳統汽車更加的復雜?；趪覙藴?，從排放及能耗試驗中選取5個重要的評價指標，然后針對各方面性能指標設計評分方法，建立混合動力汽車排放與能耗的綜合評價體系?；谠擉w系對16輛不同品牌混合動力汽車進行評價，得出最后評價結果，為后續實現混合動力汽車全面、系統、科學的評價提供參考。

插電式混合動力；排放；能耗；綜合評價體系

混合動力汽車與傳統汽車相比有著較高的燃油經濟性。特別是在城市擁擠路況下，混合動力汽車一般使用電力驅動，并且有制動能量回收系統，節油效果更加顯著[1-4]。目前在美國市場上，混合動力汽車的比例是3.5%，在日本市場上則達到了20%。中國2014年生產新能源汽車78 499輛，銷售74 763輛，比上年分別增長3.5倍和3.2倍，其中：純電動汽車產銷分別完成 48 605 輛和45 048輛，比上年分別增長 2.4倍和2.1倍；插電式混合動力汽車(plug-in hybrid electric vehicle，PHEV)產銷分別完成29 894輛和29 715輛，比上年分別增長8.1倍和8.8倍。2012—2015年，中國插電式混合動力汽車(PHEV)銷量如圖1所示[5]。

圖1 中國插電式混合動力汽車(PHEV)銷量

由于2016年國家的產業政策及補貼繼續向新能源車輛傾斜，以及國家第4階段綜合油耗目標的實施，預計混合動力汽車在中國會有更加迅猛的發展。

目前，在混合動力汽車的排放及能耗評價方面有兩個國家法規，分別為GB/T19753—2013《輕型混合動力電動汽車能量消耗量試驗方法》[6]和GB/T 19755—2016 《輕型混合動力電動汽車污染物排放測量方法》[7]。這兩個法規規定了插電式混合動力汽車排放及能耗的測量方法。

由于混合動力汽車有兩個動力來源——發動機與動力電池，因此其排放及能耗的評價指標和測試流程相對復雜。本文建立了一個關于排放及油耗的綜合評價體系，并對PHEV車輛進行了星級評價，用更直觀的方式顯示出其性能，便于對混合動力汽車的排放和能耗進行綜合評價。

1 混合動力汽車排放及能耗測試方法及主要評價指標

插電式混合動力汽車試驗一般在車輛電量消耗模式(EV模式)和電量維持模式(HEV模式)下進行。其中EV模式下的常、低溫試驗基本由動力電池驅動，大部分情況下排放和油耗均為0，因此選取EV模式下的電耗及純電動續駛里程作為其評價指標；在HEV模式下則選取反映其排放性能的常、低溫排放結果及反映其在發動機模式下的常溫油耗作為其評價指標，如表1所示。

表1 插電式混合動力汽車的排放及能耗評價指標

2 各項指標評分方法的制定

2.1 污染物排放

依據國家標準， HEV模式下常溫排放和低溫排放是在混合動力汽車的最低荷電狀態下進行的[8]，車輛在大部分時間內依靠發動機進行工作，這個工況是車輛排放最惡化的階段，因此選擇在這個狀態下進行車輛的常溫和低溫排放試驗，其限值要求滿足GB18352.5—2013《輕型汽車污染物排放限值及測量方法》中關于污染物的排放要求。該法規中要求：如果常溫試驗污染物的排放值經劣化系數校正以后均低于限值的70%，則試驗一次通過；若任意污染物排放值經劣化系數校正后超過限值的110%，則試驗不通過[9]。因此，將限值的70%設為100分，將限值的110%設為0分，采用線性插值方法進行得分評定。常溫試驗污染物排放限值及劣化系數如表2所示[3]。評分方法如表3所示。

表2 常溫試驗排放限值及劣化系數

表3 HEV模式下常溫試驗評分方法

常溫排放得分計算公式如式(1)所示。

Y=275-250X

(1)

其中：Y為某一排放得分；X為經劣化系數校正以后的測量值與排放限值的比值。

對于HEV模式下的低溫排放，依據GB18352.3.5—2013《輕型汽車污染物排放限值及測量方法》中關于污染物的排放要求，若污染物排放均低于限值的70%，則試驗一次通過；若任意污染物排放值經劣化系數校正后，超過限值的110%，則試驗不通過。因此，將限值的70%設為100分，將限值的110%設為0分，采用線性插值方法進行得分評定。排放得分的計算公式與常溫情況相同。依據法規要求，低溫排放的限值如表4所示。評分方法如表5所示。

2.2 能耗

PHEV的能耗分為2部分:一部分為EV模式下的電耗，此參數反映了在電力驅動模式下混合動力車輛的能耗；另一部分為HEV模式下油耗，是在車輛SOC值最低情況和常溫條件下的油耗，在此過程中，車輛基本由發動機驅動，電池電量處于平衡狀態。

表4 低溫試驗排放限值

表5 HEV模式下的低溫試驗評分方法

2.2.1 EV模式下電耗

通過對16輛PHEV的排放與油耗試驗，EV模式下100 km電耗最大值為31 kW·h，最小為17 kW·h。將最小100 km電耗17 kW·h設為100分，將最大電耗31 kW·h設為0分，EV模式下電耗的評分如表6所示。

表6 EV模式下的電耗評分

對于某一電耗值，經計算后進行插值即可得出相應的分數，電耗得分計算公式如式(2)所示

Y=-7.14X+221.34

(2)

2.2.2 HEV模式下的油耗

依據GB/T19753—2013《輕型混合動力電動汽車能量消耗量試驗方法》中的要求測試HEV模式下的油耗。以GB19578—2014《乘用車燃料消耗量限值》中規定的車輛油耗的限值為0分基準，以GB27999—2014《乘用車燃料消耗量評價方法及指標》中規定的車輛油耗的目標值為100分基準，將車輛的油耗在其間進行插值，得到其油耗評分。HEV模式下油耗評分基準及方法如表7所示。

表7 HEV模式下100 km油耗評分基準及方法

由于目前市場上還未見有手動擋的混合動力車，因此車輛的油耗限值與目標值均參考自動擋車輛的油耗限值。

2.3 續駛里程

續駛里程是指在車輛滿電條件下，連續運行NEDC循環，直至車輛無法按要求運行時的行駛里程。車輛的續駛里程是PHEV的重要參數?！蛾P于2016—2020年新能源汽車推廣應用財政支持政策的通知》要求對于純電動模式下續駛里程不低于50 km 的車輛政府將提供補貼，因此將50 km續駛里程作為0分基準，將100 km(目前市售PHEV最大續駛里程為100 km)的續駛里程作為100分基準。

對于某一續駛里程，經計算后進行插值即可得出相應的分數，續駛里程得分計算公式如式(3)所示。

Y=2X-100

(3)

3 混合動力汽車排放與油耗綜合評價體系的構建

3.1 評分計算方法

插電式混合動力汽車排放及能耗綜合評價體系包含3個1級評價指標，又細分為5個2級評價指標?？偡钟筛髟u價指標的得分與權重相乘，再進行累計計算得出，如式(4)所示。

(4)

其中：ωi為第i項1級評價指標的權重；Si為第i項1級評價指標的得分；ωj為第j項2級評價指標的權重；Tj為第j項2級評價指標的得分。

通過向目前中國的主流PHEV生產企業征求意見，并結合普通消費者對PHEV的關注點，權重分配如表8所示。

表8 權重分配

3.2 基于綜合評價體系的PHEV排放與能耗評價

對16輛不同品牌的中國市場在售的混合動力汽車進行試驗，得出試驗結果。再按照以上原則計算其各個評價指標的得分，結果如表9所示。

為了使評價方法更為直觀，對各項性能指標采用星級評價：1～20分為1星；21～40分為2星；41～60分為3星；61～80分為4星；81～100分為5星。各個車輛星級評價結果如表10所示。

表9 16輛PHEV車輛得分匯總

表10 PHEV星級評價結果匯總

由表10可見：在16輛插電式混合動力汽車中，有2輛車得到了綜合5星的成績，占比為12.5%，5輛車得到了綜合4星的成績，占比為31.25%，6輛車得到了綜合3星的成績，占比為37.5%，3輛車的綜合得分為2星，占比為18.75%,基本上符合正態分布規律，可見評價方法基本上符合客觀規律。在污染物排放方面，由于排放限值的約束，各車輛表現較好，均得到3星以上的評價。在能耗方面，評分的0分基準與100分基準為2016年開始實施的國家第4階段油耗限值，而部分車輛的設計低于第4階段油耗限值，因此造成部分車輛的能耗得分偏低。另一方面，在油耗法規中，綜合油耗的計算方法為加權計算，因此造成部分車輛HEV模式下油耗超過限值，得分是基于車輛在極端情況下的油耗評價，因此偏低。

在續駛里程方面，各個車輛的差距較大，有7輛車得分為1星，有4輛車的得分為2星，占比為68.75%，這主要是由兩方面造成的：一方面是廠家的設計理念不同，很多廠家將插電式混合動力汽車作為節能產品，并沒有更多地考慮其續駛里程，而是主要關注其能耗；另一方面，電池技術及成本也是混合動力汽車技術的關鍵，在續駛里程方面得到5星的兩個車型來自同一品牌，有自己的電池品牌，其電池研發能力較強，更側重于混合動力車的電動性能表現。

4 結束語

本文針對插電式混合動力汽車建立了綜合評價體系。首先從排放與能耗試驗中選取出能夠體現各方面性能的評價指標。然后針對各個指標設計評分方法，建立混合動力車排放與能耗的綜合評價體系?；谠擉w系，對16輛不同品牌的混合動力車輛進行基于排放和能耗的評價。本課題專注于排放與能耗的評價方法，是對混合動力汽車綜合評價的一次嘗試，后續將繼續基于消費者的需求和廠家的意見對評價體系進行修改，并加入其他方面的評價指標，以實現混合動力汽車綜合性能更加全面、系統的評價。

[1] 萬帆，傅春耘，蓋江濤，等． 插電式混合動力汽車動力傳動系統的參數匹配及仿真[J]． 重慶理工大學學報(自然科學)，2015(6):19-26.

[2] 何仁,徐益強.并聯混合動力汽車混合驅動模式的換擋規律[J].江蘇大學學報(自然科學版),2016,37(6):657-662.

[3] 謝海明，黃勇，王靜，等．插電式混合動力汽車能量管理策略綜述[J]．重慶理工大學學報(自然科學)，2015(7):1-9.

[4] 王雙娥,張群政,譚志紅.基于插電式方案的純電動系統配電設計[J].客車技術與研究,2016,38(4):42-45.

[5] 2015年中國混合動力汽車市場發展狀況分析[EB/OL].[2015-12-30].http://www.chyxx.com/industry/201512/374346.html.

[6] GB/T19753—2013，輕型混合動力電動汽車能量消耗量試驗方法[S].

[7] GB/T 19755—2016，輕型混合動力電動汽車污染物排放測量方法[S].

[8] GB/T 19755—2005，輕型混合動力電動汽車污染物排放測量方法[S].

[9] GB18352.5—2013，輕型汽車污染物排放限值及測量方法[S].

(責任編輯 劉 舸)

Construction of Comprehensive Evaluation System of Vehicle Emission and Energy Consumption of PHEV

XIE Nan, SUN Long, WANG Yu-wei

(China Automotive Technology & Research Center, Chongqing 300300, China)

Plug-in hybrid system consists of two parts of electric power system and motor drive system, so its emissions and energy consumption evaluation is more complex compared with the traditional cars. Based on national standard, five important evaluation indexes were selected from the emissions and energy consumption in the test, and then on various aspects performance index design grading method, we set up the comprehensive evaluation system of hybrid vehicle emissions and energy consumption. Based on this system, we evaluated 16 different brand hybrid vehicles, and it is concluded that the final evaluation results laid a foundation for the subsequent implementation of comprehensive, system, scientific evaluation on hybrid.

plug-in hybrid; emission; energy consumption; comprehensive evaluation system

2016-12-25

解難(1985—)，男，主要從事汽車排放研究，E-mail:xienan@catarc.ac.cn。

解難， 孫龍， 王玉偉.插電式混合動力汽車排放與能耗綜合評價體系的構建[J].重慶理工大學學報(自然科學)，2017(4):34-39.

format：XIE Nan, SUN Long, WANG Yu-wei.Construction of Comprehensive Evaluation System of Vehicle Emission and Energy Consumption of PHEV[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(4):34-39.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.04.006

U461

A

1674-8425(2017)04-0034-06