關(guān)于混合動(dòng)力電動(dòng)摩托車能量消耗量試驗(yàn)方法的介紹

路 林 曹 洋 任 園 陳 辰

（天津內(nèi)燃機(jī)研究所（天津摩托車技術(shù)中心）天津 300072）

引言

為應(yīng)對(duì)氣候變化，在《巴黎協(xié)定》簽署5 周年之際，中國(guó)向世界宣示了碳達(dá)峰和碳中和的國(guó)家目標(biāo)，努力實(shí)現(xiàn)向低碳?xì)淠茉春头翘細(xì)淠茉崔D(zhuǎn)型。必須承認(rèn)，消耗碳?xì)淠茉矗瑒t必有二氧化碳排放。在以化石能源為主的今天，降碳的首要措施應(yīng)是“提能效、降能耗”。

傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)仍將在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，承擔(dān)著自走式移動(dòng)裝備主導(dǎo)動(dòng)力的重?fù)?dān)，這個(gè)事實(shí)不會(huì)改變?！疤崮苄А⒔的芎摹钡囊?，需要內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)業(yè)推廣動(dòng)力多元化應(yīng)用。內(nèi)燃機(jī)可以做驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，也可以做混合動(dòng)力系統(tǒng)的基礎(chǔ)動(dòng)力，還可以做電動(dòng)汽車的增程發(fā)電動(dòng)力。幾種不同的動(dòng)力方式，可以循序漸進(jìn)地為減碳作貢獻(xiàn)。

混合動(dòng)力系統(tǒng)將內(nèi)燃機(jī)與儲(chǔ)能裝置結(jié)合，通過(guò)先進(jìn)的電子控制系統(tǒng)組成電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，三者最佳匹配將大幅提高能效、降低能量消耗[1]。本文以混合動(dòng)力電動(dòng)摩托車為對(duì)象，基于歐盟（EU）No 168 和No 134 法規(guī)[2-3]的要求，介紹了一種混合動(dòng)力電動(dòng)摩托車能量消耗量的測(cè)量方法。以期為混合動(dòng)力電動(dòng)摩托車能量消耗量進(jìn)行規(guī)范評(píng)價(jià)提供測(cè)試依據(jù)，并為我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供參考。

1 車輛分類及行駛模式選擇

對(duì)于混合動(dòng)力電動(dòng)摩托車，按充電方式可分為可外接充電和不可外接充電兩種，按行駛模式可分為有手動(dòng)行駛模式選擇功能和無(wú)手動(dòng)行駛模式選擇功能兩種，本文按照是否可以外接充電，車輛是否具有手動(dòng)行駛模式選擇功能，將混合動(dòng)力電動(dòng)摩托車分為四類，具體分類如表1 所示。

表1 混合動(dòng)力電動(dòng)摩托車分類

混合動(dòng)力電動(dòng)摩托車若具備手動(dòng)行駛模式選擇功能，針對(duì)不同的行駛模式需要在試驗(yàn)中按要求進(jìn)行選擇，具體模式選擇要求見(jiàn)表2。

表2 行駛模式的選擇

2 試驗(yàn)方法說(shuō)明

對(duì)于混合動(dòng)力電動(dòng)摩托車，需要測(cè)量的項(xiàng)目包括燃油消耗量和電能消耗量?jī)刹糠?。主要的試?yàn)內(nèi)容包括以下幾部分：

1）車輛預(yù)處理：行駛兩個(gè)完整的試驗(yàn)循環(huán)；

2）預(yù)置：車輛置于溫度保持為20～30 ℃的室內(nèi)至少6 h，直到發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑油和冷卻液溫度達(dá)到室溫的±2 ℃范圍內(nèi)；

3）儲(chǔ)能裝置充電：車輛預(yù)置期間，對(duì)儲(chǔ)能裝置充電，達(dá)到最高荷電狀態(tài)；

4）儲(chǔ)能裝置放電：在試驗(yàn)跑道或底盤(pán)測(cè)功機(jī)上行駛，儲(chǔ)能裝置放電，直到滿足放電終止條件，達(dá)到最低荷電狀態(tài)；

5）測(cè)試：根據(jù)混合動(dòng)力車輛的工作原理，可以選擇單次循環(huán)或多次循環(huán)兩種測(cè)試方法。其中，單次循環(huán)在車輛起動(dòng)前或起動(dòng)的同時(shí)開(kāi)始取樣，并在試驗(yàn)循環(huán)的最后一個(gè)怠速工況結(jié)束后停止取樣。多次循環(huán)在車輛起動(dòng)前或起動(dòng)的同時(shí)開(kāi)始取樣，并連續(xù)運(yùn)行一定數(shù)量（N 次）的試驗(yàn)循環(huán)。在儲(chǔ)能裝置達(dá)到最低荷電狀態(tài)時(shí)的第一個(gè)循環(huán)的最后一個(gè)怠速工況結(jié)束后停止取樣；

6）測(cè)試結(jié)果計(jì)算：根據(jù)測(cè)試過(guò)程中得到的燃油消耗、電能消耗、行駛里程經(jīng)過(guò)加權(quán)計(jì)算后分別得到燃料消耗量和電能消耗量。

2.1 A 類和B 類車輛的試驗(yàn)方法

這兩類車輛需分別在最高荷電狀態(tài)和最低荷電狀態(tài)兩種條件下進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)順序和項(xiàng)目如表3所示。其中，在最高荷電狀態(tài)條件下進(jìn)行測(cè)試時(shí)，根據(jù)混合動(dòng)力車輛的工作原理，可以選擇單次循環(huán)或多次循環(huán)。在最低荷電狀態(tài)條件下進(jìn)行測(cè)試時(shí)，只能選擇單次循環(huán)進(jìn)行測(cè)試。

表3 試驗(yàn)順序和試驗(yàn)項(xiàng)目

兩種試驗(yàn)條件下，儲(chǔ)能裝置荷電狀態(tài)變化趨勢(shì)如圖1、2 所示。最高荷電狀態(tài)條件中，電能消耗為e1；最低荷電狀態(tài)條件中，電能消耗e4=e3-e2。兩種試驗(yàn)條件的燃油消耗在測(cè)試過(guò)程中取得，利用CO2、CO 和HC 排放量，以碳平衡法計(jì)算燃油消耗。

圖1 最高荷電狀態(tài)條件試驗(yàn)流程及儲(chǔ)能裝置荷電狀態(tài)示意圖

圖2 最低荷電狀態(tài)條件試驗(yàn)流程及儲(chǔ)能裝置荷電狀態(tài)示意圖

2.2 C 類和D 類車輛的試驗(yàn)方法

這兩類車輛在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，如果車輛有行駛模式手動(dòng)選擇功能，需選擇車輛的缺省行駛模式進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)順序和試驗(yàn)項(xiàng)目如表4 所示。燃油消耗在測(cè)試過(guò)程中取得，利用CO2、CO 和HC 排放量，以碳平衡法計(jì)算燃油消耗。一般情況下，該類車輛的儲(chǔ)能裝置為化學(xué)蓄電池，其電能消耗需通過(guò)電量平衡值來(lái)獲得，并根據(jù)燃油消耗量修正系數(shù)計(jì)算最終燃料消耗量。

表4 試驗(yàn)順序和試驗(yàn)項(xiàng)目

3 結(jié)果計(jì)算

對(duì)于A 類和B 類混合動(dòng)力電動(dòng)摩托車，需要分別計(jì)算燃油消耗量和電能消耗量，其計(jì)算公式見(jiàn)公式（1）～（4）。

可外接充電類混合動(dòng)力電動(dòng)摩托車燃油消耗量計(jì)算公式：

式中：C 為燃油消耗量，單位為L(zhǎng)/100 km；c1為最高荷電狀態(tài)條件試驗(yàn)中所得的燃油消耗，單位為L(zhǎng)/100 km；c2為最低荷電狀態(tài)條件試驗(yàn)中所得的燃油消耗，單位為L(zhǎng)/100 km；De為單次循環(huán)測(cè)得的行駛里程，單位為km；DOVC為多次循環(huán)測(cè)得的行駛里程，單位為km；Dav為假設(shè)的儲(chǔ)能裝置兩次充電之間的平均行駛里程：發(fā)動(dòng)機(jī)排量＜150 mL 的車輛為4 km；發(fā)動(dòng)機(jī)排量≥150 mL，最高車速＜130 km/h 的車輛為6 km；發(fā)動(dòng)機(jī)排量≥150 mL，最大速度≥130 km/h 的車輛為10 km。

可外接充電類混合動(dòng)力電動(dòng)摩托車電能消耗量計(jì)算公式：

式中：E 為電能消耗量，單位為W·h/km；E1為最高荷電狀態(tài)條件試驗(yàn)所測(cè)得的電能消耗量，單位為W·h/km；E2為最低荷電狀態(tài)條件試驗(yàn)所測(cè)得的電能消耗量，，單位為W·h/km；Dtest1為最高荷電狀態(tài)條件試驗(yàn)中車輛實(shí)際行駛的距離，單位為km；Dtest2為最低荷電狀態(tài)條件試驗(yàn)中車輛實(shí)際行駛的距離，單位為km。

對(duì)于C 類和D 類混合動(dòng)力電動(dòng)摩托車，需要計(jì)算燃油消耗量，計(jì)算公式見(jiàn)公式（5）：

式中：C 為試驗(yàn)測(cè)得的燃油消耗，單位為L(zhǎng)/100 km；Q為試驗(yàn)測(cè)得的電量平衡值，單位為A·h；Kfuel為燃油消耗量修正系數(shù)，單位為（L/100 km）·（A·h）-1。

燃油消耗量修正系數(shù)Kfuel的計(jì)算公式見(jiàn)公式（6）：

式中：Ci為制造廠第i 次試驗(yàn)測(cè)得的燃油消耗，單位為L(zhǎng)/100 km；Qi為制造廠第i 次試驗(yàn)測(cè)得的電量平衡值，單位為A·h；n為數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，不少于6 次。

4 結(jié)論

混合動(dòng)力電動(dòng)摩托車的能量消耗量包括燃油消耗量和電能消耗量?jī)刹糠郑錅y(cè)試方法和結(jié)果計(jì)算方法與傳統(tǒng)燃油車或電動(dòng)車區(qū)別明顯。本文基于EU法規(guī)的要求，根據(jù)車輛類型和選擇的試驗(yàn)循環(huán)，加權(quán)計(jì)算后得到混合動(dòng)力電動(dòng)摩托車的燃油消耗量和電能消耗量，從而體現(xiàn)其整體能量消耗量水平。