重型混合動力電動汽車能量消耗量的測試研究

【摘" 要】本文以總質量4495kg的新款混合動力輕卡為對象，依據2021版試驗標準測試能量消耗量。在（23±1）℃環(huán)境倉內，完成車輛安全檢查、配載、行駛阻力測定、充電、移動車輛等準備工作后，以CHTC-LT工況進行試驗，采集多組數據。經復雜數據處理，得出該車綜合折算燃料消耗量為7.86L/100km，與同款燃油車相比，節(jié)油率達27.2%。研究表明，混合動力電動汽車優(yōu)勢明顯，能為用戶節(jié)省成本、創(chuàng)造價值，且試驗關鍵與難點在于數據處理環(huán)節(jié)。

【關鍵詞】混合動力；動力電池；發(fā)動機；燃料消耗量；電量消耗量；折算燃料消耗量

中圖分類號：U469.7" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（2025）03-0052-03

Test Research on Energy Consumption of Heavy-duty Hybrid Electric Vehicles

【Abstract】This paper takes the new hybrid light truck with a total mass of 4495kg as the object，and tests the energy consumption according to the test standard of 2021 edition. In the（23±1）℃ environment，after completing the vehicle safety inspection，loading，driving resistance measurement，charging，moving vehicle and other preparatory work，CHTC-LT conditions were tested and multiple sets of data were collected. After complex data processing，it is concluded that the comprehensive converted fuel consumption of the vehicle is 7.86L/100km，and the fuel saving rate is 27.2% compared with the same type of fuel vehicles. The research shows that hybrid electric vehicles have obvious advantages，which can save costs and create value for users，and the key and difficult point of the test is data processing.

【Key words】hybrid power；power battery；engine；fuel consumption；electricity consumption；converted to fuel consumption

0" 引言

為達成國家“雙碳目標”，中國汽車行業(yè)開啟了全面向新能源轉型的新征程，汽車電動化、智能化已勢不可擋?；旌蟿恿ζ嚰骖櫫巳加蛙嚭图冸妱悠嚨膬?yōu)點，雖然作為轉型過渡車型，隨著動力電池、氫能源等技術突破終究會退出歷史舞臺，但在過渡期起著非常重要的作用，尤其適用于運輸行業(yè)的重型商用車型。

為更好指導行業(yè)內開展重型混合動力電動汽車能量消耗量試驗，汽標委2005年發(fā)布和實施了GB/T 19754—2005重型混合動力電動汽車能量消耗量試驗方法，2015年和2021年分別對該標準進行了改進修訂。2021版較前一版最主要的改進是更改了測試工況[1]，采用了更貼近中國實際情況的CHTC行駛工況[2]，滑行阻力的測量切換為GB/T 27840的相關要求[3]，純電動續(xù)駛里程階段由等速40km/h改為了循環(huán)工況，對于可外接充電式混合動力汽車（OVC-HEV）增加了試驗后車輛的充電和電量測量等。

本文以某品牌總質量為4495kg的新款混合動力輕卡為例，按照最新的2021版試驗標準進行測試，得出該車能量消耗量并與同款燃油車對比，驗證該款混動系統(tǒng)的節(jié)油效果。

1" 試驗條件

試驗標準中推薦環(huán)境溫度為（23±5）℃，本次測試在環(huán)境倉內進行，溫度可控制在設定溫度±1℃以內，試驗設定溫度為23℃，倉內配有冷卻風機等。

2" 試驗方法

2.1" 試驗前準備

試驗前必須對試驗車輛進行必要的安全檢查，以確保車輛狀態(tài)滿足試驗要求，車輛上底盤測功機前，為防止后軸因質量過輕加速行駛過程中輪胎打滑影響試驗結果，需在貨箱內加上適量配載。

2.2" 行駛阻力測定及底盤測功機模擬

在規(guī)定的試驗道路上完成道路滑行試驗[3]，計算出試驗車輛的行駛阻力系數f0、f1、f2，并在底盤測功機上進行模擬得出底盤測功機的加載阻力系數[4]。

2.3" 試驗前充電

本次試驗樣車選用可外接充電式混合動力汽車（OVC-HEV），充電前對車輛進行放電，放電結束后動力電池的剩余電量不超過SOC的20%。充電直至SOC顯示100%，充電樁自動切斷為止。

2.4" 試驗前移動車輛

此次試驗充電樁與底盤測功機不在同一位置，充滿電后將車輛以純電模式，不大于30km/h的車速勻速移動到底盤測功機上，并采集過程中的動力電池輸出電壓和電流，根據公式（1）和公式（2）計算過程中的電量消耗量NEC。

[NEC=k×Pdt] （1）

[P=k1×U×I] （2）

式中：NEC——凈能量改變量，kW·h；k——單位換算系數，10-3，kW/W；P——動力蓄電池的放電功率，W；k1——單位換算系數，3600-1，h/s；U——動力蓄電池端電壓，V；I——動力蓄電池端電流，A。

2.5" 能量消耗量試驗

將試驗車輛按要求固定在帶有環(huán)境倉的底盤測功機上，連接油耗儀，連接動力電池數據采集設備，開啟環(huán)境倉，輸入底盤測功機的加載阻力系數，調整底盤測功機數據采集頻率。

此次試驗的行駛循環(huán)工況為CHTC-LT工況[2]，因前期經過測試，該試驗車輛不能以純電動工作模式完整地行駛一個試驗循環(huán)，故試驗直接以HEV模式從REESS能量調整階段（以下統(tǒng)稱第2階段）開始，試驗過程中同時采集車速、距離、油耗、動力電池電壓、電流等數據。每一個試驗循環(huán)結束后都要對試驗數據進行處理，以判斷是否進入電能量平衡運行階段（以下統(tǒng)稱第3階段）。

每一個完整的試驗循環(huán)結束后需要根據公式（1）和公式（2）計算整個循環(huán)動力電池的凈能量改變量NEC，根據公式（3）～（6）計算整個循環(huán)總驅動能量Ecycle。

式中：[tstart]——測試循環(huán)起始時間，s；[tend]——測試循環(huán)結束時間，s；[Ei]——試驗車輛從i-1時刻到i時刻的能量需求，Ws；[Fi]——試驗車輛從i-1時刻到i時刻的牽引力，N；當[Fi]＞0時，[Ei=Fi×di]；當[Fi]≤0時，[Ei=0]。

式中：[vi]——試驗車輛在[ti]時的目標速度，km/h；[TM]——測試質量，kg；[f0，" f1，" f2]——試驗車輛的道路載荷系數，N，N/（km/h），N/（km/h）2。

式中：[di]——試驗車輛從i-1時刻到i時刻的行駛距離，m；[ti]——時間，s。

式中：[ai]——試驗車輛從i-1時刻到i時刻的加速度，m/s2。

單個循環(huán)中動力電池的凈能量改變量與循環(huán)總驅動能量的比值定義為NEC的相對變化量NECre，其是判斷是否進入第2階段及第3階段結束條件的關鍵指標，由公式（7）計算得出。

此次試驗樣車第2階段共行駛3個循環(huán)，試驗結果見表1。

第4個試驗循環(huán)NEC的相對變化量為-2.6%，小于5%，滿足進入第3階段的條件，將該循環(huán)計入第3階段的第1個循環(huán)，第3階段試驗結果見表2。

第3階段結束的條件及數據處理應滿足以下要求。

當|NECre|≤1%，則無需對燃料消耗量進行SOC修正，取多次試驗的平均值作為能量消耗量結果。

當1%＜|NECre|≤5%，則采用線性插值法得到電量消耗量為0時的燃料消耗量，至少進行3次試驗（至少有1次NEC試驗結果為正值，1次NEC試驗結果為負值）對SOC進行修正，否則應適當增加試驗次數。若滿足試驗循環(huán)修正的試驗次數大于3次，進行線性插值法時可刪除其中的某次或某幾次試驗結果；線性相關系數R2不低于0.8，線性回歸結果有效。當R2低于0.8時，線性回歸結果無效，應增加試驗次數。

當|NECre|＞5%，則該次循環(huán)的試驗結果無效。

根據以上要求判斷表2中的試驗數據，循環(huán)n2+3、n2+4、n2+5結果無效，循環(huán)n2+1、n2+2、n2+6結果有效，有3組有效數據，且其中NEC的相對變化量有正有負，3組數據的線性相關性R2=0.85，滿足不低于0.8的要求，如圖1所示，因此滿足第3階段結束的條件。

2.6" 試驗數據處理

1）第1階段。因該試驗樣車不存在第1階段，無需對第1階段進行數據處理。

2）第2階段。將表1的試驗結果，按照公式（8）計算出該階段燃料消耗量為5.35L/100km，按照公式（9）計算出該階段電量消耗量為167.79Wh/km。

式中：[FCS2]——第2階段燃料消耗量，L/100km；[UFc]——第c個試驗循環(huán)的純電利用系數；[FCc]——第c個試驗循環(huán)的燃料消耗量，L/100km。

式中：[ECAC，S2]——基于從外部電源獲取的第2階段電量消耗量，Wh/km；[ECAC，C]——基于從外部電源獲取的第c個試驗循環(huán)的電量消耗量，Wh/km。

3）第3階段。將表2中有效的3組數據采用線性插值法得到電量消耗量為0時的燃料消耗量，即該階段的燃料消耗量為8.35L/100km。

根據GB/T 19754—2021中8.7.3.1.5的規(guī)定，用第2階段和第3階段的燃料消耗量計算出綜合燃料消耗量為7.16L/100km，用以上得到的第2階段電量消耗量計算出綜合電量消耗量為66.70Wh/km。

根據GB/T 37340的規(guī)定[5]，用簡單折算法將第2階段的電量消耗量167.79Wh/km折算成燃料消耗量，結果為1.75L/100km。按照公式（10）計算折算后第2階段的燃料消耗量為7.10L/100km。

[FCtot，s2=FCEC，s2+FCs2] （10）

式中：[FCtot，s2]——基于能耗折算得到的第2階段的折算燃料消耗量，L/100km；[FCEC，s2]——第2階段的電量消耗量，通過能耗折算得到的燃料消耗量，L/100km；[FCs2]——第2階段的燃料消耗量，L/100km。

同理，將綜合電量消耗量66.70Wh/km用簡單折算法計算燃料消耗量結果為0.70L/100km，綜合燃料消耗量7.16L/100km加上折算燃料消耗量，該試驗車輛最終的綜合折算燃料消耗量為7.86L/100km。

該款燃油車型配同款發(fā)動機CHTC-LT工況綜合油耗為10.8L/100km，該款車型混動配置節(jié)油率為27.2%，節(jié)油效果明顯。

3" 結束語

本文以某新款混合動力輕卡為例，概述了重型混合動力電動汽車能量消耗量的試驗過程，對車輛準備、試驗步驟、需采集的數據等進行了說明，整個試驗過程中關鍵點和麻煩點在于數據處理環(huán)節(jié)，其中涉及的公式較多較復雜，每一個循環(huán)的試驗結果也是判斷試驗走向的重要依據。通過同款車型同款發(fā)動機燃油車和混合動力在同一種行駛工況下的試驗結果對比，混合動力車型節(jié)油明顯，充分證明了混合動力電動汽車的優(yōu)勢，能在車輛運營中為用戶節(jié)約大量成本，為用戶創(chuàng)造更大價值。

參考文獻

[1] GB/T 19754—2021，重型混合動力電動汽車能量消耗量試驗方法[S].

[2] GB/T 38146.2—2019，中國行駛工況 第2部分：重型商用車輛[S].

[3] GB/T 27840—2021，重型商用車燃料消耗量測量方法[S].

[4] 何淑梅，譚擁軍，蔣波，等.汽車底盤測功機試驗臺檢測系統(tǒng)的設計[J].農業(yè)裝備與車輛工程，2011（2）：23-25，39.

[5] GB/T 37340—2019，電動汽車能耗折算方法[S].