基于中國工況電動車經濟性測試的研究

馬艷飛 楊凡 黃勇 陳石人 王星

（威馬汽車科技集團有限公司，成都 610000）

主題詞：中國工況 經濟性測試 縮短法 能耗

CLTC-P China Light-duty vehicle Test Cycle for Passenger car

NEDC New European Driving Cycle

CATC China Automotive Test Cycle

WLTP Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures

UDC Urban Driving Cycle

EUDC Extra Urban Driving Cycle

BER Battery Electric Range

REESS Rechargeable Energy Storage System

GIS Geographic Information System

1 前言

根據中國汽車工業協會統計，2019年我國新能源汽車產銷量分別達到了124.2萬輛和120.6萬輛，其中純電動汽車產銷量分別為102萬輛和97.2萬輛。2020年中國新能源汽車產量為136.6萬輛，銷量為136.7萬輛。2021年，新能源汽車產銷分別完成354.5萬輛和352.1萬輛，同比均增長1.6倍，其中純電動汽車產銷分別完成294.2萬輛和291.6萬輛，同比分別增長1.7倍和1.6倍，市場份額分別為83.0%、82.8%，純電動汽車占據了新能源汽車市場絕對的主導地位。在國家產業政策及相關標準法規的引導下，純電動汽車市場將會進一步發展壯大。而續駛里程作為純電動汽車最為關鍵的指標，如何科學評價顯得尤為重要。與傳統燃油車不同，受限于充電時間長和充電設施不完善等因素，存在特有的里程焦慮問題，續駛里程是消費者進行車型選購時最關注的指標之一。

本文針對GBT 18386.1—2021《電動汽車能量消耗量和續駛里程試驗方法第1部分：輕型汽車》中經濟性縮短法的測試進行試驗驗證，目的在于闡述該方法和常規法的差異，同時以試驗數據為例對比經濟性結果的偏差，為整車經濟性開發目標的設定提供合理的依據。

2 中國工況介紹

中國輕型汽車行駛工況（CLTC-P）是中國汽車測試循環（CATC）中乘用車部分，是基于41座城市、3 832輛車，累積32 780 000 km、20億條GIS交通低頻動態大數據定義的標準工況。CLTC-P更真實反映了具有中國特色的工況要求，包括更為合理的平均車速和最高車速定義、更為寬泛的駕駛工況、更為合理的停車模式比例，以及更為豐富的動態加減速工況。

NEDC工況是研發人員非常熟悉的測試工況，隨著新標準的發布，CLTC-P工況很快被測試工程師采用，這里對2個工況的詳細參數不一一列舉，主要針對2個工況的差異性進行對比，如表1所示。

表1 NEDC和CLTC-P參數對比

通過參數對比，不難發現，其中CLTC-P最大速度只有114 km/h，這與目前高速法規要求和交通GIS收集的大數據較匹配，加減速比例也較NEDC工況明顯增多，整體工況更為動態。電動車的續駛里程和工況的平均車速緊密相關，諸多試驗驗證，120 km/h的等速能耗高于60 km/h等速能耗，高于40 km/h等速能耗。CLTC-P平均車速低于NEDC平均車速，低于WLTP平均車速，因此CLTC-P續駛里程結果最優。

3 CLTC-P工況測試方法及結果對比

CLTC-P的經濟性測試方法和以往常用的NEDC工況測試有著很大的區別，在國標中更提倡使用縮短法進行測試，所謂縮短法就是在保證結果可靠性的同時，縮短整個測試時間，提高效率。當然除了縮短法還有常規做法，即逐一進行循環測試。本文以測試結果為基礎，對2種經濟性測試方法進行計算分析。

3.1 CLTC-P工況常規法測試

常規工況法經濟性測試的方法可以參考國標要求，本文不詳細論述。但是特別說明，CLTC-P常規工況法和NEDC工況法在續駛里程結果計算上有著明顯的不同。NEDC工況以底盤測功機上顯示的里程為準，即從開始試驗時記錄行駛里程，直至達到NEDC工況結束標準時，停止試驗，此時底盤測功機上的行駛里程就是NEDC工況的經濟性測試結果。而CLTC-P常規工況法需要記錄每個循環的車輛能耗，每個循環的行駛里程，然后根據每個循環的權重系數計算得出續駛里程,具體計算公式如式（1）。

式中，為循環續駛里程；E為常規工況法試驗前后，的電量變化；EC為基于電量變化的循環能量消耗量。

式（1）中的E按照公式(2)～(3)計算。

式中，為常規工況法試驗結束后，車輛所行駛的速度區間數量，包含規定的試驗結束的標準時未運行完成的速度區間。

式中，為常規工況法試驗結束后，車輛所行駛的完整試驗循環數量，不含達到規定的試驗結束標準時未運行完成的試驗循環；為試驗循環的序號；EC為基于電量變化的第個試驗循環的能量消耗量；K為第個試驗循環的權重系數，按照公式（4）計算。

從公式（4）可以看出，每個循環都需要計算相應的權重系數。以實車數據進行計算，分別統計、計算每個循環的能耗，根據公式計算對應的比例因子，計算加權能耗,最終計算得到常規法續駛里程結果為609.5 km，詳細數據見表2。

表2 CLTC-P工況常規法實測結果

36 37 38 39 40 41 CLTCP42 ERESS S;CCP循環CLTCP1 CLTCP2 CLTCP3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 D/km 14.49 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 1.955 0 1.945 6 1.943 6 1.941 2 1.938 3 1.933 5 1.927 4 84.071 1 kW·h c個循環的能量消耗量kW·h/km ECDC,1 ECDC,2 ECDC,3 ECDC,4 ECDC,5 ECDC,6 ECDC,7 ECDC,8 ECDC,9 ECDC,10 ECDC,11 ECDC,12 ECDC,13 ECDC,14 ECDC,15 ECDC,16 ECDC,17 ECDC,17 ECDC,19 ECDC,20 ECDC,21 ECDC,22 ECDC,23 ECDC,24 ECDC,25 ECDC,26 ECDC,27 ECDC,28 K36 K37 K38 K39 K40 K41 K42 0.023 622 892 0.023 622 892 0.023 622 892 0.023 622 892 0.023 622 892 0.023 622 892 0.023 622 892加權能耗ECDC 0.005 434 138 0.003 491 563 0.003 329 469 0.003 313 262 0.003 299 511 0.003 286 250 0.003 280 684 0.003 274 300 0.003 265 132 0.003 258 584 0.003 256 128 0.003 247 616 0.003 238 121 0.003 237 466 0.003 229 608 0.003 223 060 0.003 232 391 0.003 228 134 0.003 226 170 0.003 226 825 0.003 220 768 0.003 218 967 0.003 216 184 0.003 220 440 0.003 218 639 0.003 213 892 0.003 218 148 0.003 214 711同上同上同上同上同上同上K42=(1-k1-k2)/n-2 0.138 037 00 ECDC,1=K1·E_CLTC-P1/D_CLTC-P1 ECDC,2=K2·E_CLTC-P2/D_CLTC-P2 ECDC,3=K3·E_CLTC-P3/D_CLTC-P3以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推

29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 CLTCP42 BER 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 BER=EREESS;CCP/ECDC ECDC,29 ECDC,30 ECDC,31 ECDC,32 ECDC,33 ECDC,34 ECDC,35 ECDC,36 ECDC,37 ECDC,38 ECDC,39 ECDC,40 ECDC,41 ECDC,42 0.003 216 020 0.003 214 711 0.003 213 237 0.003 214 547 0.003 210 945 0.003 204 724 0.003 203 742 0.003 200 468 0.003 185 080 0.003 181 805 0.003 177 876 0.003 173 129 0.003 165 271 0.003 155 285以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推ECDC,42=K42·E_CLTC-P42/D_CLTC-P42 609.5 km

3.2 CLTC-P工況縮短法測試

縮短法測試根本目的是短時間內有效且高效地完成車輛經濟性測試，因此測試工況和常規法截然不同（縮短法測試工況見圖1）。

圖1 縮短法速度片段構成

圖1中和為試驗循環段，由CLTC-P試驗循環構成；和為恒速段，由較高的恒定車速構成，用以盡快放電，減少測試時間。2個恒速段的車速應相同，恒速段的車速設置推薦為100 km/h，若選定恒速段車速，中途不得改變。試驗循環段結束后，車輛加速至恒速段的過程需平穩，并應在1 min內完成。縮短法的測試結果顯而易見是需要計算得出，具體算法見如公式（5）。

式中，為循環續駛里程；E為縮短法試驗前后的電量變化；EC為基于電量變化的循環能量消耗量。

式（5）中，E和EC按照公式（6）～（7）計算。

式中ΔE為按照圖2的規定計算得到的試驗循環段所有的電量變化；ΔE為按照圖2的規定計算得到的恒速段所有的電量變化。

ΔE為按照圖2的規定計算得到的試驗循環段所有REESS的電量變化。

圖2 CLTC-P工況常規法循環能耗統計

式中，為試驗循環的序號，2個試驗循環段和共計4個試驗循環；EC為基于REESS電量變化的第個試驗循環的能量消耗量；K為試驗循環段的權重系數，按照公式(8)計算。

在縮短法計算中，只需要計算4個試驗循環和2個恒速段的能耗，與常規法測試同一臺車，使用縮短法測試計算結果如表3。

在測試中特別需要注意的是，恒速段的里程應依據車輛規定的能量E的百分比進行確定。試驗循環段之后的剩余能量應不超過能量E的10%，即試驗循環段之后，車輛還能放出來的能量不能超過總放電能量的10%。以實測數據為例，總放電量為80.242 5 kW·h，那么在試驗循環段之后的恒速段放電量不得超過8.024 3 kW·h。并不是直觀看到的整車電量的10%。

3.3 CLTC-P工況兩種測試方法結果對比分析

從2次測試結果分析得到統計表4。

表4中縮短法放電量比常規法多0.171 4 kW·h，續駛里程多16.25 km。基于此結果，對2次試驗中的計算循環做統計如圖3。

圖3 2種工況同步計算循環能耗對比

表3 CLTC-P工況縮短法實測結果計算

圖3是根據表2整理為柱狀統計表，可以比較直觀的看出，循環能耗隨著循環數量的累計或者說車輛電量的降低在遞減，這里針對縮短法測試結果就有了實質性的差異，在常規法根據公式（3）中，EC由每個循環能耗計算得來，而縮短法根據公式（7），EC由4個循環能耗計算得來。對比縮短法和常規法4個需要計算能耗的循環，得到循環能耗對比圖3。

表4 CLTC-P工況2種測試方法結果對比

圖3中3、4個循環分別使用常規法第39、40個循環能耗，和縮短法3、4個循環能耗基本一致。而根據圖2統計，除了41、42個循環，第39、40個循環的能耗基本是常規法中能耗最低的，也就是說常規法其它參與計算的循環能耗除了41、42循環，其它循環的能耗都要高于當前計算值，那么在3~38個循環的累計中，能量消耗量就會被放大，如表2和表3中的加權能耗EC所示，2者加權能耗EC相差0.003 313 401 kW·h/km，即如果同樣為600 km的經濟性測試，縮短法所需要的電量將少1.988 0 kW·h。反之，同樣的電量，縮短法行駛的里程更多。

導致此結果產生的原因是隨著放電進行，循環能耗越來越低，縮短法參與計算的循環能耗低于常規水平，因此續駛里程結果偏高。

對此結果進行測試分析，選擇不同品牌的3臺車，別在高電壓和低電壓進行能耗測試，且同時引入常用的另外2種工況NEDC和WLTP。具體測試安排如下：

（1）將車輛安裝在轉鼓上，以80 km/h的速度行駛20 min。使輪胎預熱、使傳動系統達到最佳的溫度。保證車輛內阻和駕駛過程內阻相似。

（2）擬合曲線滑出Dyno Set，Dyno Set為在底盤測功機上擬合出的和道路滑行曲線等同的曲線設置。

（3）再以80 km/h的車速等速行駛10 min，此時上報低于85%，能量回收不再受限制。

（4）分別按照WLTP、NEDC、CLTC-P各行駛1個工況，并記錄整車數據。

（5）循環結束后以等速80 km/h的車速繼續放電，放電至30%電量。

（6）分別按照CLTC-P、NEDC、WLTP各行駛1個工況記錄整車數據。

這里將85%電量視為高電壓平臺，30%電量視為低電壓平臺，根據電機輸入端電流電壓和電機輸出端的轉矩、轉速，計算得到其中1臺車輛效率統計數據，見表5。

表5 高低壓平臺效率對比

試驗結果表明，3種不同的工況，低電壓平臺的效率均高于高電壓平臺。且另外2臺車的結果也如此一致。這一結果可以解釋常規法循環能耗隨著循環數的增加而遞減的原因，因為隨著循環數的增加，整車電壓平臺在下降，低壓平臺效率高，因此能耗低。這也就是縮短法續駛里程要高于常規法續駛里程的根本原因。因為不同電壓平臺效率及能耗不同，而縮短法最重要的2個加權能耗選用的恰恰是低能耗的數值參與計算，所以整體能耗偏低，續駛里程偏多。

縮短法續駛里程偏多，會使整車公告里程偏高，本身底盤測功機的公告里程就不符合用戶實際體驗，這一偏高結果無疑又增大了理論與實際的差異。因此建議針對電動車公告經濟性測試，首先對車輛高低電壓對效率的影響進行摸底，根據循環次數和能耗關系，確定車輛縮短法與常規法的計算偏差。

另外即便CLTC-P工況采集了更為宏大的道路數據，但是作為公告工況指標，與實際駕駛差異依然非常之大，其中最為主要的原因有以下4點：

（1）公告試驗是根據國Ⅵ標準進行配重加載，這與實際使用中存在差異，車輛加載質量決定了車輛的阻力，以滿載為例，車輛加載質量偏大150 kg，通過阻力加速度計算，車輛滑行阻力增加5%，根據功率因數續駛里程結果影響為40~50 km。

（2）CLTC-P工況畢竟是固定工況，與實際使用駕駛習慣有很大差異，該因素雖無法量化，但是不可忽略的因素。

（3）公告里程環境溫度為常溫，該溫度下電池性能尤佳，可以充分保證放電量，實際使用中環溫難易保證。以某款三元鋰電池為例，25℃環溫下，電池理論容量80 kW·h，10℃環溫下，保持率只有96%，容量丟失3.2 kW·h；0℃環溫下，保持率只有90%，容量丟失8 kW·h。

（4）公告工況未開啟空調，在實際使用中，即使溫度再合適都會開啟空調通風模式，炎熱、寒冷時候空調能耗甚高，這也是導致理論與實際差異最大的原因。

4 結束語

（1）中國工況CLTC-P縮短法和常規法測試結果相近，縮短法大大提高效率，通過實測結果可靠、可行性高，且縮短法續駛里程結果比常規法續駛里程結果多2.7%，需要根據每款車的相應策略進行公告前摸底。

（2）隨著新標準發布，CLTC-P工況應運而生。但公告方式與實際駕駛相差甚遠，建議以類似歐洲標準進行公告，影響整車阻力的因素全部使用最差參數，并結合高低溫續駛里程結果，以權重系數加權得到續駛里程結果，這樣覆蓋面廣，內測條件嚴格，這樣會使公告與實際情況更接近。