新能源汽車能耗測(cè)試評(píng)價(jià)規(guī)程比較研究

霍云龍 楊鈁 王燕 車顯達(dá)

（中國(guó)第一汽車股份有限公司 新能源開(kāi)發(fā)院，汽車振動(dòng)噪聲與安全控制綜合技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春130013）

主題詞：測(cè)試規(guī)程 能耗 續(xù)駛里程 新能源汽車

1 前言

經(jīng)過(guò)多年的市場(chǎng)培育和補(bǔ)貼政策，純電動(dòng)汽車已經(jīng)成為新能源汽車銷售的重要組成。隨著新能源汽車制造企業(yè)的增加，純電動(dòng)汽車產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也更加激烈。純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程是用戶最關(guān)心的重要指標(biāo)，用戶的里程焦慮也是制約用戶購(gòu)買純電動(dòng)汽車的重要因素，因此市場(chǎng)上出現(xiàn)了越來(lái)越多的高續(xù)駛里程電動(dòng)車。

目前我國(guó)關(guān)于電動(dòng)車?yán)m(xù)駛里程和能耗測(cè)試的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要是GB/T 18386—2017《電動(dòng)汽車 能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法》和GB/T 36980—2018《電動(dòng)汽車能量消耗限值》。標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了NEDC工況法和60 km/h等速法，相應(yīng)的規(guī)定了試驗(yàn)條件、試驗(yàn)程序和能耗計(jì)算方法[1]，這2種方法是當(dāng)前測(cè)試電動(dòng)汽車能量消耗率與測(cè)試?yán)锍痰闹饕罁?jù)。

由于電動(dòng)汽車自身的技術(shù)特性和車輛開(kāi)發(fā)水平不同，純電動(dòng)汽車在高溫、低溫、高速等工況下，續(xù)駛里程下降嚴(yán)重，即使在常溫下，使用用戶不同的駕駛習(xí)慣和不同地區(qū)工況也都造成了其實(shí)際續(xù)駛里程和公告續(xù)駛里程出現(xiàn)較大差異的情況，其主要原因在于標(biāo)準(zhǔn)工況是衡量電動(dòng)車能耗水平的重要依據(jù)，但用戶實(shí)際的駕駛工況復(fù)雜多變，很難用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工況下的能耗去衡量各種動(dòng)態(tài)情況。因此，國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了一些從多維度出發(fā)的電動(dòng)車測(cè)試評(píng)價(jià)規(guī)程，主要是EVTest電動(dòng)汽車測(cè)評(píng)和中國(guó)新能源汽車評(píng)價(jià)規(guī)程（CEVE）。

EV-Test是由中國(guó)汽車技術(shù)研究中心發(fā)布，目前已經(jīng)修訂至2019版，該測(cè)試規(guī)程從續(xù)駛與能耗、充電、安全、動(dòng)力、操控、舒適、便利性及品質(zhì)7個(gè)性能方面開(kāi)展測(cè)試評(píng)價(jià)[2]，已面向社會(huì)發(fā)布多期測(cè)試結(jié)果，是行業(yè)內(nèi)制定和發(fā)布較早的電動(dòng)車測(cè)試規(guī)程。

中國(guó)新能源汽車評(píng)價(jià)規(guī)程（以下簡(jiǎn)稱CEVE）是由中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司、北京理工大學(xué)電動(dòng)車輛國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室、清華大學(xué)電池安全實(shí)驗(yàn)室、新能源汽車國(guó)家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟4家單位聯(lián)合發(fā)起的一套新能源汽車綜合評(píng)價(jià)體系，從能耗、安全、體驗(yàn)3個(gè)維度開(kāi)展測(cè)試評(píng)價(jià)[3]，并且融合了大數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)方法，對(duì)車輛里程、充電時(shí)長(zhǎng)和動(dòng)力電池故障等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使電動(dòng)汽車的評(píng)價(jià)維度進(jìn)一步豐富。本文僅研究其高、低溫工況測(cè)試部分內(nèi)容，不涉及其大數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)部分。

本文主要對(duì)比和分析2種評(píng)價(jià)規(guī)程2019版本中的能耗評(píng)價(jià)部分，通過(guò)某電動(dòng)車的實(shí)際臺(tái)架測(cè)試，研究2種測(cè)試工況和測(cè)試條件對(duì)純電動(dòng)汽車能耗和續(xù)駛里程的具體影響。

2 測(cè)試評(píng)價(jià)規(guī)程對(duì)比

EV-Test測(cè)評(píng)和CEVE測(cè)評(píng)2者的主要工況和溫度設(shè)置如表1所示。

表1 兩種續(xù)駛里程測(cè)試工況及溫度

從表1可見(jiàn)，2者高溫和低溫續(xù)駛里程的測(cè)試溫度基本一致，最大的差別在于測(cè)試工況的選擇。2種評(píng)價(jià)方法都沒(méi)有選擇當(dāng)前的國(guó)家能量消耗率測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)工況即NEDC工況，EV-Test選擇了CLTC-P（中國(guó)乘用車行駛循環(huán)），CEVE選擇了WLTC（全球輕型汽車測(cè)試循環(huán)）。高速續(xù)駛測(cè)試的車速也略有不同。

2.1 測(cè)試循環(huán)工況分析

當(dāng)前我國(guó)乘用車油耗認(rèn)證測(cè)試處于NEDC和WLTC兩種工況并行，CLTC-P逐步介入的階段；純電動(dòng)汽車也是以NEDC循環(huán)能耗測(cè)試為主，逐步切換CLTC-P的階段。NEDC整個(gè)工況運(yùn)行平穩(wěn)，主要以勻加速、勻減速和勻速為主，車速波動(dòng)不大；WLTC相比其他2種工況平均車速更高，怠速時(shí)間也最短，是3者中加減速?gòu)?qiáng)度最高的循環(huán)工況，頻繁的加減速更傾向于增加車輛電耗[4]；CLTC-P是我國(guó)自主制定的符合中國(guó)道路運(yùn)行特征的標(biāo)準(zhǔn)工況，平均車速在3者中最低且停車比例較大，符合我國(guó)頻繁的紅綠燈路況。

NEDC、WLTC、CLTC-P 3種測(cè)試循環(huán)的特征對(duì)比如表2所示。

表2 3種測(cè)試循環(huán)特征對(duì)比

EV-Test測(cè)評(píng)和CEVE測(cè)評(píng)在高速續(xù)駛車速的選擇不同，根據(jù)我國(guó)在2011年修訂并頒布的《中華人民共和國(guó)道路交通安全法》第67條規(guī)定，高速公路限速標(biāo)志標(biāo)明的最高時(shí)速不得超過(guò)120 km，所以高速續(xù)駛車速設(shè)置為100 km/h至120 km/h符合多數(shù)中國(guó)實(shí)際高速工況，但高速能耗屬于一種特殊的工況能耗，該項(xiàng)測(cè)試只針對(duì)用戶高速駕駛有參考意義。

2.2 高、低溫測(cè)試條件分析

EV-Test和CEVE在高、低溫能耗測(cè)試的環(huán)境設(shè)置上存在較大的不同。高溫和低溫續(xù)駛里程測(cè)試條件的對(duì)比如表3、表4所示。

表3 高溫續(xù)駛里程測(cè)試條件

表4 低溫續(xù)駛里程測(cè)試條件

由表3和表4可知，2種測(cè)試工況的低溫測(cè)試條件基本一致，高溫測(cè)試條件存在一定差異，主要在于浸車條件和環(huán)境條件不同。EV-Test高溫測(cè)試前需要將車輛在常溫下浸車12～15 h，然后在高溫環(huán)境下浸車0.5～1 h，而CEVE直接為高溫環(huán)境浸車2 h，光照強(qiáng)度加大。浸車溫度和光照條件直接決定了車輛測(cè)試的初始狀態(tài)，對(duì)能耗測(cè)試的最大影響在于增加車輛駕駛室初始溫度，影響后續(xù)空調(diào)負(fù)荷及能耗大??；另一方面改變了動(dòng)力電池初始溫度，在高溫循環(huán)測(cè)試中電池冷卻能耗不同。

2.3 阻力對(duì)比

高溫和低溫續(xù)駛里程測(cè)試阻力對(duì)比如表5所示。

表5 阻力設(shè)定方法

EV-Test低溫測(cè)試阻力直接設(shè)定為常溫的1.1倍，而CEVE低溫測(cè)試的阻力設(shè)定則采用GB 18352.6—2016《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》中低溫下冷起動(dòng)后排氣中CO、THC和NOx排放試驗(yàn)的阻力測(cè)試方法[5]，以模擬-7℃下汽車在道路上的運(yùn)行狀況，2者存在一定差異。

2.4 測(cè)試結(jié)束條件對(duì)比

EV-Test循環(huán)工況測(cè)試要求車速不滿足公差下限時(shí)試驗(yàn)結(jié)束，公差下限為-2 km/h；CEVE循環(huán)工況測(cè)試要求速度不能維持GB 18352.6—2016附件C.1.2.6.6規(guī)定的公差時(shí)測(cè)試結(jié)束。2者高速巡航測(cè)試結(jié)束條件基本相同，即車速下限為測(cè)試車速的90%。

3 能耗研究

3.1 整車參數(shù)

針對(duì)某電動(dòng)轎車進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，其他條件均按照兩測(cè)試規(guī)程要求確定，其他狀態(tài)均保持一致。整車主要參數(shù)見(jiàn)表6。

3.2 工況循環(huán)差異對(duì)能耗影響

在常溫環(huán)境對(duì)以下5種工況進(jìn)行能耗測(cè)試，車輛加載100 kg，測(cè)試的能耗結(jié)果如圖1所示。

表6 整車基本參數(shù)

圖1 電池端能耗計(jì)算結(jié)果

首先對(duì)比常溫下CLTC和WLTC 2種工況對(duì)能耗的影響。2者對(duì)電機(jī)最大需求功率基本相近約55 kW，但由于WLTC循環(huán)平均車速較高，停車時(shí)間短和頻繁加減速，其電機(jī)需求功率多數(shù)時(shí)間都在CLTC之上，所以WLTC能耗較高，如圖2所示。若該車型的動(dòng)力電池可用能量為50 kW·h，則按照WLTC循環(huán)行駛要比CLTC循環(huán)里程減少約90 km。所以CEVE評(píng)價(jià)規(guī)程所采用的WLTC工況是幾種工況中最嚴(yán)格的，測(cè)試的里程結(jié)果也應(yīng)該是最少的。

圖2 2種工況下的電機(jī)功率需求

120 km/h等速行駛和100 km/h等速行駛的能耗差別較大，主要是車速增加導(dǎo)致的阻力增加，電機(jī)端功率相差8.7 kW。

3.3 同一循環(huán)下測(cè)試條件差異的能耗影響

利用環(huán)境模擬倉(cāng)測(cè)試對(duì)比2種高溫測(cè)試條件下的能耗差異。對(duì)比測(cè)試采用同一工況，分別進(jìn)行6組CLTC循環(huán)。本文主要對(duì)比2個(gè)規(guī)程的高溫測(cè)試部分，能耗結(jié)果如圖3所示。

能耗差異主要在于駕駛室溫度不同所帶來(lái)的影響。測(cè)試1是按照EV-Test條件設(shè)置，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)刻駕駛員頭部溫度43.3℃，電池溫度最大值為23℃；測(cè)試2是按照CEVE條件設(shè)置，浸車前車輛存放在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室中10 h以上，室溫約23℃，浸車后駕駛員頭部溫度48.6℃，電池溫度最大值為26℃。可見(jiàn)，CEVE高溫測(cè)試的浸車條件稍嚴(yán)苛，導(dǎo)致頭部溫度上升明顯，且測(cè)試過(guò)程光照較強(qiáng)，從而增加后續(xù)測(cè)試的空調(diào)能耗。

圖3 同一循環(huán)2種測(cè)試條件能耗比較

4 總結(jié)

本文進(jìn)行了2種規(guī)程的測(cè)試條件和測(cè)試工況對(duì)比分析，研究了不同測(cè)試規(guī)程對(duì)車輛能耗的影響，可以得出以下結(jié)論：

（1）EV-Test和CEVE 2種測(cè)試規(guī)程在高、低溫里程能耗測(cè)試中的環(huán)境溫度、空調(diào)設(shè)置等基本相同，在浸車設(shè)置和阻力設(shè)置上略有不同，CEVE高溫測(cè)試條件更嚴(yán)苛，測(cè)試能耗更高。

（2）EV-Test和CEVE 2種測(cè)試規(guī)程的循環(huán)工況不同對(duì)能耗影響很大，在WLTC循環(huán)下能耗更高，但哪種工況更能代表大多數(shù)用戶實(shí)際駕駛還需要通過(guò)大數(shù)據(jù)等途徑繼續(xù)深入研究和判斷。