純電動乘用車能耗指標先進性判定方法研究

李興虎

（北京航空航天大學 交通科學與工程學院，北京 100191）

純電動乘用車能耗指標先進性判定方法研究

李興虎

（北京航空航天大學 交通科學與工程學院，北京 100191）

對《免征車輛購置稅的新能源汽車車型目錄》中275個純電動乘用車車型的百公里能耗進行了統計分析，獲得了百公里能耗的分布特征，以及不同整備質量區間中百公里能耗的最大、最小值以及均值等特征參數。以275個純電動乘用車車型的百公里能耗指標為例分析了現行純電動乘用車百公里能耗指標先進性界限劃分方法存在的問題，找到了現行方法的主要不足。提出了純電動乘用車百公里能耗指標先進性界限劃分的擬合直線平移法，并將其應用于純電動乘用車百公里能耗指標先進性的判定。結果表明，擬合直線平移法操作簡單、易于應用、符合純電動乘用車車型百公里能耗實際分布特點，可用于純電動乘用車補貼、新車研發和新型純電動乘用車生產許可依據的制定等，對促進純電動乘用車節能技術的應用具有重要意義。

純電動乘用車；百公里能耗；先進性；擬合直線平移法

能耗指標一直是汽車制造商、研發人員、消費者和政府管理部門等關注的汽車關鍵技術指標之一［1］。對傳統乘用車而言，能耗指標（或百公里油耗、燃油效率等）先進性的判定依據已經非常明確。傳統乘用車的燃料消耗量限值標準和排放標準中普遍采用依據車輛質量的分級限值方法［2-3］，即根據車輛的整備質量或總質量等，把車輛分為若干個質量區間，針對各個質量區間內的車輛分別制定目標燃料消耗量或排放限值，使能耗或排放指標的先進性一目了然，低于限值的車輛即為先進，反之亦然。我國的第一、二、三階段及第四階段乘用車燃料消耗量限值根據整備質量把乘用車劃分為16個整備質量區間，每個質量區間的車輛整備質量相差110 kg左右，每個整備質量區間內的乘用車執行一個燃料消耗量標準［2］。日本的汽車燃料效率限值則采用最大總質量法，即根據車輛最大總質量確定車輛需要滿足的燃料消耗量標準［4］。歐盟及美國等的汽車排放標準中也采用了基于車輛基準質量或總質量等的汽車排氣污染物分級限值［5］。基于質量分段的乘用車燃料消耗量限值和排放標準的實施，有效地促進了各種先進節能和減排技術的應用、推動了乘用車燃料經濟性水平的持續改善和排氣污染物排放量的減少。但對純電動乘用車而言，由于其發展尚處于起步階段，有關能耗指標先進性判定方法的研究還很不充分，需要進一步完善。

對于純電動乘用車而言，面臨著動力電池質量比能量大等問題，如何降低純電動汽車能耗備受各方關注［6-7］。實施能耗限值是促進純電動汽車各種先進節能和減排技術應用，降低其能耗水平的重要途徑之一。對尚處于發展初期的純電動乘用車而言，難以直接借鑒傳統燃油汽車的成熟方法，確定純電動乘用車能耗指標的先進性，但傳統汽車油耗和排放限值采用的基于車輛質量的分級方法仍然具有參考價值。我國2017年1月1日起實施的純電動乘用車補貼方案，就采用了基于整備質量的分類方法。該方案給出了根據車輛的整備質量確定其能耗指標（百公里能耗）界限值的理論公式，當車輛的實際百公里能耗不高于由理論公式得到的界限值時，則該車輛屬于補貼對象，其能耗指標是先進的，反之被認為是落后的，不屬于補貼對象［8］。《免征車輛購置稅的新能源汽車車型目錄》［9］中純電動乘用車車型數量眾多，百公里能耗水平參差不齊，分布范圍廣。因此，如何科學地區分純電動乘用車能耗指標的先進性是純電動乘用車推廣過程亟待解決的關鍵問題之一。

1 《免征車輛購置稅的新能源汽車車型目錄》中純電動乘用車能耗指標統計分析

自2014年8月27日至2016年11月24日，中華人民共和國工業和信息化部等部委共發布九批《免征車輛購置稅的新能源汽車車型目錄》（以下簡稱《車型目錄》）［9］，九批目錄中純電動乘用車車型總數已達275個。為了了解這275個純電動乘用車車型的能耗水平，以九批《車型目錄》中公布的車型性能參數為基礎，對275個純電動乘用車車型的百公里能耗進行了計算與統計分析。

第1～9批《車型目錄》中所列純電動乘用車車型的主要信息有：編號、生產企業、車輛型號、通用名稱、續駛里程、整備質量、蓄電池組總質量、蓄電池組總能量和備注等。表1為第一批目錄中純電動乘用車車型的部分信息，為了避免“生產企業、車輛型號和通用名稱”的出現，表1中以“×××”代替。

表1 免征車輛購置稅的新能源汽車車型目錄［9］

由表1可知，《車型目錄》所列純電動乘用車車型信息中，并無常用的百公里能耗這一重要的經濟性評價指標。因此，由式（1）計算了275個純電動乘用車車型的百公里能耗E，kWh/100km。

式中：EB為蓄電池組總能量，kWh；R為續駛里程，km。

圖1為九批《車型目錄》中275個純電動乘用車車型的百公里能耗統計結果。統計時，首先根據E的范圍確定百公里能耗區間間隔為2 kWh/100 km。然后按照E≤8、8＜E≤10、……、32＜E≤34和E＞34 劃分了總計15個百公里能耗區間。最后根據落入各百公里能耗區間車型數量與車型總數求出其車型數量百分比。該結果表明：百公里能耗區間12＜E≤14和14＜E≤16內的車型數量最多，車型數量均為57個，占車型總數的百分比均為20.73%。車型數量最少的為倒數四個百公里能耗區間，車型數量均為1個，占車型總數的百分比均為0.36%。72%車型的百公里能耗E（kWh/100 km）在10＜E≤18的范圍內。

圖1 275個純電動乘用車車型百公里能耗分布

2 中國現行的純電動乘用車車型百公里能耗指標先進性界限劃分方法

表2 列出了九批《車型目錄》中275個純電動乘用車車型百公里能耗（kWh/100 km）的統計結果，表中Emax、Emin、Ea和Emax/Emin依次表示百公里能耗的最大值、最小值、平均值和最大值與最小值的比值。Ea和Emax/Emin越小，表明該區間內車型的能耗越低，并且變化范圍小。表2中整備質量區間采用了《新建純電動乘用車企業管理規定》［10］中的劃分方法，所以整備質量區間為非等分區間，全部純電動乘用車車型共分為12個不同整備質量區間。由于m＞2 200 kg的三個區間內的車型樣本數量僅為1個或2個，所以表2中僅列出了其平均值，分析時也僅作為參考，不與其它區間的數值進行比較。

由表2可知，275個純電動乘用車車型的Emax/ Emin、Emax/Ea和Emin/Ea依次為4.58、2.08和0.45，這說明百公里能耗的分布范圍很寬，這主要是因為所有車型的整備質量相差過大所致。m≤2 200 kg的9個整備質量區間中Emax/Emin的均值為1.76；Emax/Emin的最大值和最小值分別2.13和1.38，其所在區間依次為1 200 kg＜m≤1 400 kg和1 800 kg＜m≤2 000 kg。

表2 九批《車型目錄》中不同整備質量區間純電動乘用車百公里能耗E的統計結果

中國現行的純電動乘用車車型百公里能耗指標先進性界限劃分方法主要有兩種。一種是《新建純電動乘用車企業管理規定》（以下簡稱《管理規定》）［10］中的界限劃分方法，由這種方法得到的分界線為臺階型折線，所以這種方法被稱為臺階型折線法。《管理規定》由國家發展和改革委員會、工業和信息化部于2015年6月2日發布，《管理規定》對m≤2 000 kg的8個整備質量區間內純電動乘用車車型NEDC工況下的百公里能耗提出了要求。表3列出了這8個整備質量區間及m＞2 000 kg整備質量區間車型的百公里能耗要求值，需要說明的是《管理規定》中未列出m＞2 000 kg整備質量區間車型的百公里能耗要求值，這部分整備質量區間車型的百公里能耗要求值系作者根據《管理規定》中m≤2 000 kg整備質量區間內車型百公里能耗要求值的變化規律推算得到。為了便于比較，表3中列出了九批《車型目錄》目錄中275個純電動乘用車車型不同整備質量區間內滿足百公里能耗要求值的車型數量及其車型數量百分比等的統計結果。

由表3可知，整備質量m≤750 kg的17個車型全部不滿足百公里能耗要求值；區間750 kg＜m≤850 kg和850 kg＜m≤1 000 kg兩個整備質量區間內低于能耗要求值車型的百分比依次為33.3%和41.4%；區間1 000 kg＜m≤2 000 kg內低于能耗要求值車型的百分比均在50%以上，其中1 800 kg＜m≤2 000 kg區間內低于能耗要求值車型的百分比達92.9%。可見，若依此百公里能耗要求值作為純電動乘用車能耗先進性的判據，則m≤750 kg整備質量區間內車型全部不滿足要求；整備質量大的車型滿足能耗要求值的比例高，整備質量小的車型滿足能耗要求值的比例低。特別值得注意的還有m≤750 kg整備質量區間內已有車型百公里能耗的最低值為9.87 kWh/100 km（見表2），而此判據的百公里能耗要求值為8 kWh/100 km。因此，可以說臺階型折線法不符合純電動乘用車車型百公里能耗的實際分布特點，也不利于汽車的輕量化發展趨勢。由于m＞2 000 kg整備質量區間的車型數量少，所以不予專門討論。

為了了解《管理規定》中對電動汽車能耗的要求與九批《車型目錄》中純電動乘用車車型百公里能耗的關系，以表3所列百公里能耗要求為基準，制作了圖2中黑色臺階型折線所示的純電動乘用車百公里能耗隨整備質量的變化曲線，整備質量的起點和終點分別為275款純電動乘用車車型的最小質量640 kg和最大質量2 685 kg。空心圓形符號為九批《車型目錄》中275款純電動乘用車車型的百公里能耗值，百公里能耗隨著整備質量的增加而增大，統計結果表明，二者之間呈現出強相關關系。可見，若以表3所列百公里能耗要求為基準，則有相當一部分車型的百公里能耗位于臺階型折線上方，即超出了百公里能耗要求值，特別是位于整備質量m≤750 kg區間內的車型，其百公里能耗全部超過表3所列百公里能耗要求值。

第二種百公里能耗指標先進性界限劃分方法是科技部、工業和信息化部和發展改革委2016年12月29日發布的《新能源汽車推廣補貼方案及產品技術要求》中的方法［8］。該文件中采用了把所有純電動乘用車區分為三個不同的整備質量區間，每個整備質量區間內的純電動乘用車百公里能耗界限值均隨整備質量的增加而增加，但增加的速率逐步減少，百公里能耗界限值的計算公式如下：

表3 不同整備質量區間內滿足《管理規定》中百公里能耗要求值的車型數量統計

式中：m為純電動乘用車的整備質量，kg；E為百公里能耗，kWh/100 km。

根據《新能源汽車推廣補貼方案及產品技術要求》的規定，當某一將純電動乘用車NEDC工況下的百公里能耗不大于式（2）～（4）的計算結果時，該車將會得到政府的補貼，反之將不會得到政府的補貼。

為了便于比較《新能源汽車推廣補貼方案及產品技術要求》中的純電動乘用車車型能耗的界限值與九批《車型目錄》中純電動乘用車車型百公里能耗的關系，將式（2）～（4）代表的三條直線也繪制到圖2中。圖2中的藍色點畫線即為式（2）～（4）所示的三條直線連接而成的折線，三條線的起始點及終點根據所有車型的整備質量區間及公式的適用區間確定。這種方法的特點是由三條直線組合而成，可稱之為組合線法。百公里能耗位于圖2中這三條直線上面及其下面的純電動乘用車車型即為可以得到政府補貼的車型。三條直線對應的整備質量區間內可以得到政府補貼的車型數及其百分比如表4所列。

圖2 純電動乘用車能耗先進性的劃分方法

表4 不同整備質量范圍內符合補貼方案要求的車型數量及百分比統計

從表4所列統計結果來可以看出，在式（2） ～（4）所示的三條直線對應的整備質量區間中，區間1 000＜m≤1 600 kg中可得到政府補貼的車型百分比最高，達到88.7%；全部275個車型中可得到政府補貼車型的百分比為79.3%。而全部275個車型中滿足《管理規定》中能耗要求值的車型百分比僅為49.8%，相差29.5%。這說明《新能源汽車推廣補貼方案及產品技術要求》對純電動乘用車百公里能耗的要求較為寬松，不利于純電動乘用車的能耗水平的降低。

對比上述的臺階型折線法和組合線法兩種百公里能耗先進性評價方法，不難發現：臺階型折線法不符合《車型目錄》中純電動乘用車車型百公里能耗的實際分布特點，其評價結果不利于整備質量小的車型。此外，臺階型折線法過于復雜，各質量段百公里能耗確定的理論依據不清，實際應用中所需工作量大，程序復雜。組合線法相對于臺階型折線法而言，實際應用時，工作量較小，程序較為簡單，也易于通過改變組合折線方程調節百公里能耗分界線的位置，但設定的百公里能耗要求較為寬松，不利于降低純電動乘用車的能耗水平。

圖2中的虛直線為由最小二乘法得到的九批《車型目錄》中275款純電動乘用車的百公里能耗擬合直線，其方程式為：

由圖2可知，對純電動乘用車百公里能耗水平的評價除了采用上述的臺階型折線法和組合線法外，還可以采用由全部純電動乘用車百公里能耗得到的擬合直線劃分百公里能耗指標的先進性界限。即將百公里能耗位于擬合直線上及其下面的純電動乘用車視為百公里能耗指標先進車型，將其余純電動乘用車視為百公里能耗指標落后車型。從而為純電動乘用車的補貼、研發和新型純電動乘用車的生產許可提供判定方法和依據等。

與組合線法和臺階型折線法相比，擬合直線法最為簡單，其百公里能耗區分界限僅由式（5）確定，即純電動乘用車能耗高低的界限僅根據其整備質量即可確定。但該方法的不足是過于折中，即確定的純電動乘用車能耗界限之內的車型過多，對純電動乘用車能耗的要求較低。

此外，圖2所示結果還表明，對于m＞1 900 kg的整備質量區間，雖然三種方法的先進性界限差別明顯，但由于該整備質量區間內車型數量過少，導致其判定結果完全一致。

3 純電動乘用車車型百公里能耗指標先進性界限劃分的擬合直線平移法

由上述分析可知，臺階型折線法、組合線法和擬合折直線法三種純電動乘用車百公里能耗指標先進性界限值確定方法均存在不足，為了彌補上述三種方法的不足，本文提出了確定純電動乘用車能耗先進性界限值的擬合直線平移法。擬合直線平移法的原理如圖3所示。圖3中共有四條直線，中間一條直線（虛線）為275款純電動乘用車百公里能耗的擬合直線，其方程式如式（5）所示。實心圓形符號為九批《車型目錄》中275個純電動乘用車的百公里能耗值，黃色方塊中黑色“十”字的交叉點為275個車型純電動乘用車的平均整備質量和百公里能耗所在坐標點，其橫、縱坐標數值依次為1 296.88 kg和15.83 kWh/100 km。

如果擬增加先進性界限值內純電動乘用車車型數量，則可將擬合直線平行上移，平行上移的多少，作者建議以全部純電動乘用車車型平均百公里能耗15.83 kWh/100 km的百分比確定，如15.83 kWh/100 km的5%、10%和20%等，即依次將擬合直線平行上移0.791 5、1.583和3.166 kWh/100 km等，微調時，可以以平均百公里能耗的1%，即0.158 3 kWh/100 km逐步增加。反之，如果擬減少先進性界限值之內純電動乘用車車型數量，提高能耗限值門檻，則可將擬合直線平行下移，平行下移的多少同樣采用全部純電動乘用車車型平均百公里能耗15.83 kWh/100 km的百分比確定。

圖3中位于擬合直線上方平行直線的方程如式（6）所示，縱坐標的平行上移量為全部純電動乘用車車型平均百公里能耗15.83 kWh/100 km的10%，即1.583 kWh/100 km。圖3中位于擬合直線下方的兩條平行直線的方程分別如式（7）和式（8）所示，縱坐標的平行下移量分別為全部純電動乘用車車型平均百公里能耗15.83 kWh/100 km的3%和10%，即0.474 9和1.583 kWh/100 km。

圖3 擬合直線平移法的原理

與擬合直線相比，以上移平行直線作為能耗界限時，滿足能耗先進性界限值的車型數量明顯增多；以下移平行直線作為能耗界限時，滿足能耗先進性界限值的車型數量明顯減少。可見，通過全部純電動乘用車車型百公里能耗擬合直線上移和下移的方法，可以有效增加或減少能耗界限內車型數量。該方法可用于區分純電動乘用車百公里能耗先進性界限值的確定，或作為進行補貼、新型車輛研發和新型純電動乘用車生產許可的依據等。

表5 擬合直線平移法確定的能耗先進車型數量及百分比

通過統計位于圖3中的四條直線上及其下面車型的數量，即可擬合直線平移法得到能耗指標先進性評價結果，表5列出了擬合直線平移法確定的能耗指標先進車型的數量及百分比。與表3和表4對比可知，直接以擬合直線平行下移3%得到的直線作為純電動乘用車能耗指標先進性界限值時，確定的能耗指標先進車型的數量及百分比與臺階型折線法接近；以擬合直線上移10%直線得到的直線作為純電動乘用車能耗指標先進性界限值時，確定能耗指標先進車型的數量及百分比與組合線法接近。若以擬合直線下移10%直線得到的直線作為純電動乘用車能耗指標先進性界限值時，能耗指標先進車型的百分比僅為27.6%，將會促進能耗水平的大幅度降低。可見，與其它方法相比，擬合直線平移法優勢明顯，操作簡便、適用范圍廣，實用性強。

4 結論

以《免征車輛購置稅的新能源汽車車型目錄》中275個純電動乘用車車型能耗指標為例，分析比較了純電動乘用車能耗指標的先進性指標的評價方法，得到了以下四個主要結論。

（1）科學地區分純電動乘用車能耗指標的先進性，對促進各種先進節能技術的應用，降低其純電動乘用車的具有重要作用。

（2）《免征車輛購置稅的新能源汽車車型目錄》中純電動乘用車能耗指標的統計結果表明，百公里能耗的變化范圍最小和最大的車型所在的整備質量區間依次為1 800 kg＜m≤2 000 kg和1 200 kg＜m≤1 400 kg，其百公里能耗最大和最小值之比分別2.13和1.38。

（3）中國現行的純電動乘用車車型百公里能耗指標先進性界限劃分方法中，臺階型折線法不符合《車型目錄》中純電動乘用車車型百公里能耗的實際分布特點，其評價結果不利于整車向輕量化方向發展，并且實際應用中所需工作量大，程序過于復雜，各質量段百公里能耗的確定依據不清；組合線法相對于臺階型折線法而言，實際應用時工作量較小，程序較為簡單，但百公里能耗的界限較為寬松，不利于純電動乘用車的能耗水平的降低。

（4）基于《免征車輛購置稅的新能源汽車車型目錄》中275個純電動乘用車車型的百公里能耗數據統計結果提出的純電動乘用車車型百公里能耗指標先進性界限劃分的擬合直線平移法，操作簡便，適用范圍廣，實用性強，符合純電動乘用車車型百公里能耗實際分布特點，可作為市售純電動乘用車補貼、新型車輛研發和新型純電動乘用車生產許可的理論依據等。

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作者介紹

李興虎（1962-），男，陜西渭南人。博士，教授，主要從事汽車環境保護技術、汽車新型動力系統與內燃機燃燒及污染控制、代用燃料等研究。

Tel：13366568189

E-mail：lxh@buaa.edu.cn

Research on the Evaluation Method of Energy Consumption Index for Pure Electric Passenger Vehicles

LI Xinghu
（School of Transportation Science and Engineering, Beihang University，Beijing 100191）

This paper analyzed the energy consumption per 100 km of 275 PEPVs in the catalogue of new energy vehicle model exempted from vehicle purchase tax, and obtained the distribution characteristics of energy consumption per 100 km, the maximum, the minimum and mean values of energy consumption per 100 km in different mass intervals. The paper also analyzed the main problems existing in the evaluation methods of the index of energy consumption per 100 km for PEPVs. The method of parallel movement of the fitting straight line was put forward and applied to the evaluation. The results show that this easily applied method is in line with the practical distribution of energy consumption per 100 km for PEPVs and can be used for PEPV subsidy, new car design and as the basis for the development of PEPV production license, promoting the application of energy-saving technology of PEPVs.

pure electric passenger vehicle；energy consumption per 100 km；advanced index；method of parallel movement of fit straight line

U469.72

A

10.3969/j.issn.2095-1469.2017.04.06

2017-03-08 改稿日期：2017-04-23

交通運輸部運輸車輛運行安全技術交通行業重點實驗室開放基金（KFKT2016-05）

參考文獻引用格式：

李興虎. 純電動乘用車能耗指標先進性判定方法研究［J］. 汽車工程學報，2017，7（4）：280-287.

LI Xinghu.Research on the Evaluation Method of Energy Consumption Index for Pure Electric Passenger Vehicles［J］. Chinese Journal of Automotive Engineering，2017，7（4）：280-287.（in Chinese）