HEV和PHEV的經(jīng)濟(jì)性測試標(biāo)準(zhǔn)對比分析

韓玉環(huán)，趙志成，張明君，王仁廣

(中國汽車技術(shù)研究中心，天津 300300)

HEV和PHEV的經(jīng)濟(jì)性測試標(biāo)準(zhǔn)對比分析

韓玉環(huán)，趙志成，張明君，王仁廣

(中國汽車技術(shù)研究中心，天津 300300)

混合動(dòng)力汽車經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)一般有油耗、電耗和續(xù)駛里程3個(gè)基本參數(shù)。通過分析ISO、SAE、ECE系列標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，可以看出雖然采用的工作循環(huán)跟傳統(tǒng)車一致，但在測量計(jì)算方面存在差別較大，且不同標(biāo)準(zhǔn)間的測試和計(jì)算方法也有細(xì)節(jié)上的差異，了解這些差異有助于加深對具體測試方法的理解和使用。

混合動(dòng)力汽車；插電式混合動(dòng)力汽車；能耗測試；里程測試

0 引言

混合動(dòng)力汽車按照是否使用外部充電分為非外部充電的混合動(dòng)力汽車和外部充電的混合動(dòng)力汽車，一般分別簡稱為HEV(Hybrid Electric Vehicle)和PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)。從具體的工作原理來講，兩者幾乎沒有差別，只是為了更好地達(dá)到減排的效果，PHEV使用了比HEV更大容量的動(dòng)力電池，以便接受外部電網(wǎng)充電，這樣PHEV的驅(qū)動(dòng)能源也就來自外部電網(wǎng)和傳統(tǒng)車用燃料。HEV則是不需要外部充電，所有消耗的能源都來自唯一的燃料。針對這兩種車型，測試評價(jià)其經(jīng)濟(jì)性就跟傳統(tǒng)的燃油汽車有所差別，不同國家和地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定也不盡相同。

文中主要分析ISO、SAE、ECE三類標(biāo)準(zhǔn)在HEV和PHEV能耗方面的測試要求。具體的標(biāo)準(zhǔn)有ISO 23274-1-2012《混合動(dòng)力道路車輛-排放和油耗測試：第一部分：非外部充電車輛》[1]、ISO 23274-2-2012《外部充電式混合動(dòng)力道路車輛-排放和油耗測試：第二部分：外部充電車輛》[2]、SAE J1711 JUN2010《HEV(含PHEV)排放和油耗測量推薦規(guī)程》[3]、ECE R101《關(guān)于就CO2和燃料消耗量的測量方面、和/或就電能消耗量和續(xù)駛里程的測量方面批準(zhǔn)僅裝用內(nèi)燃機(jī)的乘用車或混合動(dòng)力電動(dòng)乘用車，和就電能消耗量和續(xù)駛里程的測量方面批準(zhǔn)僅裝用電驅(qū)動(dòng)的M1和N1類車輛的統(tǒng)一規(guī)定》[4]。國標(biāo)GB/T 19753-2013《輕型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能量消耗量試驗(yàn)方法》[5],主要是根據(jù)ECE R101的附錄8制訂的，這里不再單獨(dú)討論。

1 普通HEV汽車的經(jīng)濟(jì)性測試

對于HEV這種非外部充電的混合動(dòng)力汽車，其能源都來自唯一的燃料，其經(jīng)濟(jì)性最終還是以百公里油耗的形式給出。這里討論的主要適用于乘用車及輕卡，不包括重型車。試驗(yàn)流程基本分為4步：(1)車輛準(zhǔn)備；(2)浸車；(3)測試記錄；(4)具體計(jì)算和結(jié)果修正。其中第4步中的結(jié)果修正中使用到的燃料修正系數(shù)Kfuel一般由車輛生產(chǎn)廠家給出。下面主要討論這3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的基本規(guī)定。

1.1 ISO 23274-1-2012的相關(guān)規(guī)定分析

ISO 23274-1-2012《混合動(dòng)力道路車輛-排放和油耗測試：第一部分：非外部充電車輛》中的測試工況分別按照日本、歐洲、北美3種情況給出。

日本采用JC08-mode工況，分冷態(tài)和熱態(tài)兩種情況。歐洲按照ECE R101中規(guī)定的第6和第8條附錄規(guī)定進(jìn)行，排放和油耗測試按照R83型式I進(jìn)行，最后結(jié)果按照廠家提供的修正系數(shù)進(jìn)行修正。北美是根據(jù)SAE J1711 1999年版進(jìn)行相關(guān)測試，只測量和計(jì)算UDDS(Urban Dynamometer Driving Schedule)和HFEFS(Highway Fuel Economy Driving Schedule)循環(huán)下的排放和油耗，以及US06和SC03循環(huán)下的排放。

這個(gè)ISO標(biāo)準(zhǔn)中還明確規(guī)定：如果PHEV沒有外部充電并在電量維持(Charge Sustaining,CS)狀態(tài)下運(yùn)行，也可以使用該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。這一點(diǎn)比較重要，在充電樁較少的情況下，有些PHEV實(shí)際上作為HEV使用，很少使用電網(wǎng)充電，因此對PHEV車輛測量其沒有外部充電和CS狀態(tài)的油耗很有意義。有了這個(gè)數(shù)據(jù)可以比較準(zhǔn)確描述此類車輛在實(shí)際使用情況下的油耗和整車水平，防止號稱節(jié)能環(huán)保的汽車在實(shí)際使用中由于特殊原因并不節(jié)能的情況。

值得注意的是：ISO標(biāo)準(zhǔn)中對美國工況依據(jù)SAE J1711的1999年版本，目前該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有了2010新版本，其中的規(guī)定也擴(kuò)展了較多，詳見下段說明。

1.2 SAE J1711 JUN2010的相關(guān)規(guī)定分析

SAE J1711 JUN2010 《HEV(含PHEV)排放和油耗測量推薦規(guī)程》中對HEV和PHEV都進(jìn)行了規(guī)定，這里先討論其HEV部分。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了UDDS、 HFEDS、US06、SC03、Cold FTP(COLDUDDS)5種測試循環(huán)，并且每種工況分別給出具體測試結(jié)果。該試驗(yàn)對HEV只測試電量維持狀態(tài)下(CS)的情況，稱為CST(Charge Sustaining Test)試驗(yàn)。

CST用于測試HEV車輛在不同循環(huán)工況的排放和油耗情況。每種循環(huán)工況運(yùn)行兩次，不連續(xù)進(jìn)行，兩次之間有停頓時(shí)間。試驗(yàn)中記錄：(1)排放和油耗；(2)實(shí)際行駛距離(每個(gè)測試階段測功機(jī)轉(zhuǎn)鼓表面轉(zhuǎn)動(dòng)距離)；(3)SOC 每個(gè)試驗(yàn)測試階段的起始和停止時(shí)的SOC(State of Charge)，用于計(jì)算每個(gè)階段動(dòng)力電池的凈能量變化NEC(Net Energy Change)。

對于排放的具體計(jì)算，需要根據(jù)每種工況兩次循環(huán)的排放和行駛距離，按照給定的計(jì)算式進(jìn)行加權(quán)計(jì)算,得到每公里排放值。同樣油耗計(jì)算也是根據(jù)每種工況兩次循環(huán)的油耗和距離，然后按照給定的計(jì)算式進(jìn)行加權(quán)計(jì)算,得到每公里油耗值。其中的油耗值是根據(jù)每個(gè)階段各自排放利用碳平衡計(jì)算得到的。

根據(jù)上面計(jì)算得到油耗，還需要修正到電池SOC變化值為0時(shí)的油耗值，即需要進(jìn)行油耗修正，油耗修正分為斜率修正法(已有Kfuel直接進(jìn)行修正)和回歸修正法(無Kfuel，實(shí)驗(yàn)室需要多次測量再對結(jié)果利用線性回歸)。

1.3 ECE R101的相關(guān)規(guī)定分析

ECE R101是歐盟制定的《關(guān)于就CO2和燃料消耗量的測量方面、和/或就電能消耗量和續(xù)駛里程的測量方面批準(zhǔn)僅裝用內(nèi)燃機(jī)的乘用車或混合動(dòng)力電動(dòng)乘用車，和就電能消耗量和續(xù)駛里程的測量方面批準(zhǔn)僅裝用電驅(qū)動(dòng)的M1和N1類車輛的統(tǒng)一規(guī)定》，該標(biāo)準(zhǔn)中的附件8給出HEV(含PHEV)油耗測試要求。

附件8對于非外部充電的混合動(dòng)力汽車即NOVC HEV(普通HEV)，又分為無模式選擇開關(guān)和有模式選擇開關(guān)兩大類。有模式選擇開關(guān)的具體測量參數(shù)與無模式開關(guān)測量完全相同，計(jì)算也完全相同；差別在于有模式選擇開關(guān)的測試必須選擇在混合動(dòng)力模式下完成，如果同時(shí)具有多個(gè)混合動(dòng)力模式，其測試采用車輛啟動(dòng)后系統(tǒng)自動(dòng)選擇的工作模式，不得使用人為選擇的模式。

測試按照R101的附錄6(規(guī)定了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛和燃料電池車輛的CO2和燃料消耗測量方法)規(guī)定進(jìn)行，具體行駛循環(huán)和換擋點(diǎn)要求按照附錄8的要求，而附錄8中的相應(yīng)要求又是根據(jù)ECE R83中附錄4規(guī)定的，實(shí)際上主要是對不同變速器的換擋點(diǎn)要求有差異，采用NEDC循環(huán)。

測試得到CO2排放、油耗率和電量，并根據(jù)測試中電量平衡量計(jì)算電池凈能量變化NEC，對CO2排放和油耗進(jìn)行修正，修正時(shí)采用的Kfuel和KCO2由廠家提供。

2 插電式混合動(dòng)力汽車PHEV的經(jīng)濟(jì)性測試

關(guān)于插電式混合動(dòng)力汽車PHEV的經(jīng)濟(jì)性方面的測量主要是油耗、電耗和續(xù)駛里程。文中討論的3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，對于電耗和油耗的測量都有規(guī)定，但對續(xù)駛里程方面的測試只有ECE R101對此有具體規(guī)定。

從能耗方面看，ISO 23274-2只給出了具體的測試規(guī)程，并沒有給出具體的計(jì)算方法，實(shí)際上其具體方法是根據(jù)不同測試循環(huán)所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)中給出的計(jì)算方法確定。而SAE J1711和ECE R101兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的基本思想是一致的，SAE采用CST和FCT(Full Charge Test)兩種模式是對應(yīng)電池的電量維持和滿電狀態(tài)，ECE的A、B模式分別對應(yīng)電池滿電和SOC最低狀態(tài)，可以簡單理解為SAE的CST對應(yīng)ECE的B模式，SAE的FCT對應(yīng)ECE的A模式。只是最終油耗和電耗的具體計(jì)算公式有所差別，但在計(jì)算公式中都反映了續(xù)駛里程和每天平均里程的影響。

2.1 ISO 23274-2-2012的相關(guān)規(guī)定分析

ISO 23274-2-2012《外部充電式混合動(dòng)力道路車輛-排放和油耗測試第二部分：外部充電車輛》用于確定使用底盤測功機(jī)在車輛充電耗散(CD，Charge Depleting)狀態(tài)的結(jié)束和CD狀態(tài)下的電耗，排放和油耗的最后確定不包含在此標(biāo)準(zhǔn)中。

基本試驗(yàn)步驟：(1)車輛前處理；(2)浸車；(3)儲(chǔ)能系統(tǒng)(RESS，Rechargeable Energy Storage System)充滿電；(4)移車到試驗(yàn)間；(5)運(yùn)行具體循環(huán)和測量排放、電平衡、油耗；(6)確定是否達(dá)到CD狀態(tài) ；(7)到達(dá)CD狀態(tài)則到下一步，否則到步驟(5)；(8)電池充滿電，記錄交流充電電能。

具體測試規(guī)程分別按照日本、歐洲、北美3種循環(huán)工況給出，日本采用JC08-mode工況，歐洲按照ECE R101采用NEDC工況，美國根據(jù)SAE J1711 2010測量和計(jì)算UDDS、 HFEFS、US06、SC03、Cold UDDS循環(huán)。

2.2 SAE J1711 JUN2010的相關(guān)規(guī)定分析

SAE J1711 JUN2010《HEV(含PHEV)排放和油耗測量》標(biāo)準(zhǔn)對于PHEV排放和燃油經(jīng)濟(jì)性和電耗的試驗(yàn)規(guī)定了UDDS、HFEDS、US06、 SC03、Cold FTP(COLDUDDS)5種測試循環(huán)，每種分別給出具體測試結(jié)果。該試驗(yàn)對于PHEV需要進(jìn)行CS和CD兩種模式， 這兩種模式的試驗(yàn)分別稱為CST和FCT試驗(yàn)。

CST用于測試HEV和PHEV車輛在HEV模式下，不同循環(huán)工況的排放和油耗情況。每種循環(huán)工況運(yùn)行兩次，不連續(xù)進(jìn)行，兩次之間有停頓時(shí)間。試驗(yàn)中記錄：(1)排放和油耗；(2)實(shí)際行駛距離(每個(gè)測試階段轉(zhuǎn)鼓表面轉(zhuǎn)動(dòng)距離)；(3)SOC 每個(gè)試驗(yàn)測試階段的起始和停止時(shí)的SOC，用于計(jì)算每個(gè)階段的NEC。

FCT用于測試在電池充滿電后，CD模式下不同循環(huán)工況的排放、油耗和電能耗情況，F(xiàn)CT試驗(yàn)只用于PHEV。對于PHEV，根據(jù)兩次充電間行駛距離和日常行駛距離的估計(jì)值，對CD測試結(jié)果連同CS試驗(yàn)結(jié)果一起進(jìn)行加權(quán)綜合計(jì)算排放值。對于油耗，采用跟CST試驗(yàn)相同的方法，利用兩個(gè)測試循環(huán)的具體油耗和距離加權(quán)計(jì)算油耗并修正。對于電耗，根據(jù)給定公式計(jì)算FCT測試中每個(gè)循環(huán)的交流電耗。然后根據(jù)上面兩個(gè)步驟得到的油耗和電耗，采用給定公式計(jì)算加權(quán)的油耗和電耗。對于上一步驟得到的油耗和電耗，理論上還需要進(jìn)行駕駛者充電習(xí)慣加權(quán)，由于數(shù)據(jù)不足，目前標(biāo)準(zhǔn)中暫時(shí)沒有給出具體計(jì)算方法。

2.3 ECE R101的相關(guān)規(guī)定分析

2.3.1 ECE R101對PHEV的排放、油耗、電耗測試的規(guī)定分析

ECE R101附件8中規(guī)定了PHEV的排放、油耗、電耗測試。有模式選擇開關(guān)的車輛測量同無模式選擇開關(guān)的測量過程和參數(shù)記錄、計(jì)算完全相同，只是規(guī)定了有模式選擇開關(guān)的應(yīng)該滿足：A模式(SOC充滿電狀態(tài))下選擇最耗電的模式，B模式(SOC最低狀態(tài))下選擇最耗油的模式。測量計(jì)算A、B模式下的排放、油耗和電耗率，然后進(jìn)行加權(quán)計(jì)算得到需要的油耗和電耗率。

在A、B模式下測試時(shí)， 可以選擇采用一個(gè)NEDC循環(huán)還是多個(gè)NEDC循環(huán)，對于多個(gè)NEDC循環(huán)需要達(dá)到明確的試驗(yàn)停止標(biāo)準(zhǔn)。最后的加權(quán)計(jì)算對于一個(gè)循環(huán)和多個(gè)循環(huán)的計(jì)算公式樣式一致，只是代入的參數(shù)不同：對于單個(gè)循環(huán)，使用的是整車純電續(xù)駛里程De和平均充電里程Dav；對于多個(gè)循環(huán)，使用的是OVC續(xù)駛里程Dovc和平均充電里程Dav。對于Dovc和Dav這兩個(gè)續(xù)駛里程在ECE R101的附錄9中規(guī)定了具體的測試方法，純電續(xù)駛里程De和OVC續(xù)駛里程的差別是試驗(yàn)停止的條件不一樣，得到的行駛距離也有差別，具體見下節(jié)描述。

2.3.2 ECE R101對續(xù)駛里程測試的規(guī)定

ECE R101的附錄9規(guī)定了純電動(dòng)車的純電續(xù)駛里程和PHEV純電續(xù)駛里程和OVC續(xù)駛里程，這里只討論P(yáng)HEV的純電續(xù)駛里程和OVC續(xù)駛里程。

對于PHEV的純電里程De，采用附件8中相同的試驗(yàn)工況和換擋要求，在測功機(jī)上完成直到達(dá)到試驗(yàn)停止條件(End of Test，EOT)為止。EOT條件為：當(dāng)車輛不能滿足50 km/h以上的速度目標(biāo)，或者標(biāo)準(zhǔn)儀器指示駕駛者停車，或者SOC達(dá)到最低值時(shí)。然后釋放加速踏板直到車速自行降到5 km/h后再施加制動(dòng)踏板停車，整個(gè)過程中車輛所行駛的里程就是純電續(xù)駛里程。

對于PHEV的OVC續(xù)駛里程，采用附件8規(guī)定的試驗(yàn)工況和換擋要求，在測功機(jī)上完成直到滿足EOT為止；EOT為附錄8中規(guī)定的達(dá)到了電池SOC最小狀態(tài)的那個(gè)循環(huán)，具體判定兩個(gè)連續(xù)測試循環(huán)中，后一個(gè)循環(huán)中測得的電池電平衡量不大于電池最大SOC時(shí)總電量的3%，就認(rèn)為前一個(gè)循環(huán)達(dá)到試驗(yàn)結(jié)束條件。達(dá)到試驗(yàn)結(jié)束條件時(shí)車輛的行駛里程就是該車的OVC續(xù)駛里程。

3 結(jié)束語

通過對ISO、SAE、ECE等3個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)對能耗的測量方法的簡要介紹，明確了各標(biāo)準(zhǔn)的主要特點(diǎn)、采用的測試循環(huán)和計(jì)算方法之間的差異，有利于對具體標(biāo)準(zhǔn)的理解和對比，也對我國此類標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。

[1]ISO23274-1-2012 混合動(dòng)力道路車輛-排放和油耗測試：第一部分：非外部充電車輛[S/OL].[2017-01-10].http://www.doc88.com/p-7498291269645.html.

[2]ISO 23274-2-2012 外部充電式混合動(dòng)力道路車輛-排放和油耗測試:第二部分：外部充電車輛[S/OL].[2017-01-10].http://www.doc88.com/p-9049470256579.html.

[3]SAE J1711 JUN2010 Recommended Practice for Measuring the Exhaust Emissions and Fuel Economy of Hybrid-Electric Vehicles, Including Plug-in Hybrid Vehicles[S/OL].http://www.sae.org/technical/standards/J1711_2010.

[4]ECE R 101 Uniform Provisions Concerning the Approval of Passenger Cars Powered by an Internal Combustion Engine Only, or Powered by a Hybrid Electric Power Train with Regard to the Measurement of the Emission of Carbon Dioxide and Fuel Consumption and/or the Measurement of Electric Energy Consumption and Electric Range, and of Categories M1 and N1 Vehicles Powered by an Electric Power Train Only with Regard to the Measurement of Electric Energy Consumption and Electric Range[S/OL].[2017-01-11]. http://www.unece.org/trans/main/wp29/wp29regs101-120.html.

[5]全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).輕型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能量消耗試驗(yàn)方法：GB/T 19753-2013[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

AnalysisonStandardsforEconomyTestingforHEVandPHEV

HAN Yuhuan,ZHAO Zhicheng，ZHANG Mingjun, WANG Renguang

(China Automotive Technology and Research Center, Tianjin 300300,China)

The fuel consumption, electric energy consumption and range are used to index economy performance for HEV and PHEV. Main prescriptions were discussed from ISO, SAE, and ECE standards. It is shown that the test drive cycles are same as conventional vehicles, but the measurement and calculation methods are different in many details. Knowing these can be benefit to understanding and application of these standards.

Hybrid electric vehicle; Plug-in hybrid electric vehicle; Energy consumption test；Range test

U469.7

A

1674-1986(2017)09-080-03

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.09.020

2017-03-21

韓玉環(huán),女，高工，E-mail:hanyuhuan@catarc.ac.cn。