中美PHEV能耗評(píng)價(jià)方法對(duì)比研究*

侯 聰，王賀武，歐陽(yáng)明高

(1.清華大學(xué)，汽車安全與節(jié)能國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084;2.重慶長(zhǎng)安汽車股份有限公司，重慶 400023)

前言

插電式混合動(dòng)力汽車(plug-in hybrid electric vehicle，PHEV)因同時(shí)具有純電動(dòng)汽車(battery electric vehicle，BEV)和混合動(dòng)力汽車(hybrid electric vehicle，HEV)的優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注［1］。各主要汽車公司相繼推出了PHEV產(chǎn)品:通用推出了沃藍(lán)達(dá)［2］;福特推出了 C-MAX［3］;豐田則推出了普銳斯［4］。隨著PHEV越來(lái)越受到關(guān)注，PHEV燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)也成為了爭(zhēng)論的焦點(diǎn)［5］。在美國(guó)，很多PHEV制造商紛紛稱自己生產(chǎn)的PHEV燃油經(jīng)濟(jì)性能夠達(dá)到每加侖100英里甚至150英里。但其真實(shí)性需要一套科學(xué)的方法來(lái)評(píng)價(jià)。

PHEV對(duì)能源的消耗和傳統(tǒng)汽車相比有兩個(gè)特點(diǎn):(1)PHEV可使用電能和燃油兩種能源;(2)PHEV的運(yùn)行分為電量消耗(charge depletion，CD)和電量維持(charge sustaining，CS)兩個(gè)階段。因?yàn)橐陨蟽蓚€(gè)特點(diǎn)，PHEV的平均能耗隨出行特征(包括行駛工況、出行里程等)的變化而變化［1］。

科學(xué)地評(píng)價(jià)PHEV能耗具有重要意義。對(duì)于國(guó)家而言，有助于準(zhǔn)確地評(píng)估推廣PHEV帶來(lái)的節(jié)能減排效果;對(duì)于汽車企業(yè)而言，有助于協(xié)助企業(yè)制定新能源汽車技術(shù)路線;對(duì)于用戶而言，有助于支持用戶的購(gòu)車決策。

本文中分別從評(píng)價(jià)體系、車輛測(cè)試、指標(biāo)計(jì)算等方面對(duì)比研究中美兩國(guó)對(duì)于PHEV能耗的評(píng)價(jià)方法，指出了我國(guó)現(xiàn)有PHEV能耗評(píng)價(jià)方法的不足。

1 能耗評(píng)價(jià)體系

1.1 美國(guó)PHEV能耗評(píng)價(jià)體系

美國(guó)現(xiàn)有的PHEV能耗評(píng)價(jià)體系是以環(huán)保署(EPA)和交通部(DOT)聯(lián)合推出的燃油經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保標(biāo)簽為窗口，聯(lián)邦法規(guī)(code of federal regulations，CFR)為直接支撐，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(SAE Standards)為間接支撐的綜合體系，如圖1所示。

新標(biāo)簽由EPA和DOT在2012年聯(lián)合發(fā)布，在2013年正式實(shí)施［6］。新的標(biāo)簽一共有10種，適用于包括“下一代汽車”在內(nèi)的10種不同動(dòng)力系統(tǒng)汽車的能耗與環(huán)保評(píng)價(jià)。其中有兩種標(biāo)簽分別針對(duì)串聯(lián)式PHEV(在CD階段只使用電能，發(fā)動(dòng)機(jī)完全不參與)和混合式PHEV(在CD階段發(fā)動(dòng)機(jī)在必要的時(shí)候會(huì)輔助驅(qū)動(dòng))。

以混合式PHEV為例，燃油經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保標(biāo)簽顯示的內(nèi)容可以分為4個(gè)主要區(qū)域:燃油經(jīng)濟(jì)性區(qū)域、續(xù)駛里程區(qū)域、能源費(fèi)用區(qū)域(年均能源費(fèi)用和5年節(jié)省費(fèi)用)和排放評(píng)分區(qū)域，如圖2所示。

燃油經(jīng)濟(jì)性區(qū)域位于標(biāo)簽的左上方，顯示了PHEV對(duì)燃油和電能的消耗率。由于PHEV的運(yùn)行分為CD和CS階段，所以燃油經(jīng)濟(jì)性也分為兩個(gè)框顯示，左右框分別對(duì)應(yīng)上述兩個(gè)階段的結(jié)果。在CD階段，燃油經(jīng)濟(jì)性分別以等效燃油經(jīng)濟(jì)性、油耗和電耗的形式給出。在CS階段，因?yàn)殡娔軟](méi)有凈消耗，所以該階段的燃油經(jīng)濟(jì)性僅用油耗表示。由于PHEV具有外接充電功能，所以在燃油經(jīng)濟(jì)性區(qū)域的左上角還顯示了利用240V電源充電的時(shí)間，圖中所示為4h。

續(xù)駛里程區(qū)域位于燃油經(jīng)濟(jì)性區(qū)域的正下方，分別對(duì)應(yīng)于CD階段和CS階段的燃油經(jīng)濟(jì)性顯示框。續(xù)駛里程區(qū)域顯示的是CD階段的里程和PHEV的總續(xù)駛里程。

燃油費(fèi)用區(qū)域包括兩部分，分別位于標(biāo)簽的右上方和左下方。左下方的年均能源開(kāi)支是按照每年行駛15 000英里，油價(jià)為每加侖3.7美元，電價(jià)為每度電0.12美元的情況計(jì)算的結(jié)果。右上方顯示的是5年內(nèi)使用該P(yáng)HEV能夠節(jié)省的能源開(kāi)支(與該年度平均的新車相比)。因PHEV節(jié)省的開(kāi)支是消費(fèi)者決定購(gòu)買PHEV的最關(guān)鍵因素之一，故在該標(biāo)簽上專門列出該數(shù)值以供消費(fèi)者做出購(gòu)車決策。

排放評(píng)分區(qū)域位于標(biāo)簽的右下方，是以10分制的方式評(píng)級(jí)給出，10分代表最好。兩個(gè)評(píng)分分別對(duì)應(yīng)于溫室氣體排放和有害氣體、顆粒物的排放。標(biāo)簽上所標(biāo)注的排放均只考慮能源在車輛上的使用排放，而不考慮能源上游生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)呐欧拧?/p>

串聯(lián)式與混合式PHEV的區(qū)別主要體現(xiàn)在車輛的CD階段:串聯(lián)式PHEV在CD階段只有電能消耗，所以其燃油經(jīng)濟(jì)性區(qū)域只顯示電能的消耗和這部分電能消耗的等效燃油經(jīng)濟(jì)性。而在續(xù)駛里程區(qū)域，串聯(lián)式PHEV標(biāo)注的為純電續(xù)駛里程(all electric range，AER)，而不是混合式對(duì)應(yīng)的CD里程。

通過(guò)該標(biāo)簽所展示的數(shù)據(jù)，基本能完成對(duì)一輛PHEV較為系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。但是，該標(biāo)簽僅僅是一個(gè)窗口，在其背后有一個(gè)龐大的體系對(duì)其進(jìn)行支撐。

對(duì)該標(biāo)簽進(jìn)行直接支撐的是美國(guó)聯(lián)邦法規(guī)40 CFR 600(車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性與溫室氣體排放)。標(biāo)簽里的每一個(gè)數(shù)值的確定方法都由該法規(guī)規(guī)定。同時(shí)，該法規(guī)還大量地引用了40 CFR 86(高速公路車輛、發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制)的內(nèi)容。

對(duì)該標(biāo)簽進(jìn)行間接支撐的是美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)SAE制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)SAE J1711和SAE J2841。前者是混合動(dòng)力(包括PHEV)的能耗和排放測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，后者是描述美國(guó)乘用車出行特征的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 我國(guó)PHEV能耗評(píng)價(jià)體系

我國(guó)也發(fā)布了一系列與電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與文件，其中與PHEV能耗評(píng)價(jià)最相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和文件分別是國(guó)家推薦標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19753輕型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能量消耗量試驗(yàn)方法［8］和十城千輛示范工程的補(bǔ)貼文件。但與美國(guó)相比，我國(guó)目前還沒(méi)有建立起完整的PHEV能耗評(píng)價(jià)體系。

在GB/T 19753中，主要參考了歐洲ECE R101法規(guī)［9］，對(duì) PHEV的描述為可外接充電車輛(offboard chargeable vehicle，OCV)，對(duì)其評(píng)價(jià)指標(biāo)分別為在市區(qū)工況、市郊工況、綜合工況下的100km燃油消耗量(L/100km)和電能消耗量(kW·h/100km)。這與美國(guó)的評(píng)價(jià)方法有兩點(diǎn)不同:(1)美國(guó)在PHEV能耗標(biāo)簽中，沒(méi)有給出分工況能耗，而是給出了CD階段和CS階段的能耗;(2)美國(guó)給出了綜合油耗與電耗的等效油耗，而我國(guó)是將油耗電耗分別給出。

在十城千輛示范工程的補(bǔ)貼文件中，對(duì)于公共服務(wù)領(lǐng)域的PHEV和私人購(gòu)買PHEV的補(bǔ)貼評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有所不同。針對(duì)公共服務(wù)領(lǐng)域的 PHEV，財(cái)建［2009］6號(hào)文規(guī)定依據(jù)PHEV的節(jié)油率和最大電功率比來(lái)進(jìn)行補(bǔ)貼。針對(duì)私人購(gòu)買的 PHEV，財(cái)建［2010］227號(hào)文規(guī)定依據(jù)PHEV所裝配的電池容量來(lái)進(jìn)行補(bǔ)貼，“對(duì)滿足支持條件的新能源汽車，按3000元/(kW·h)給予補(bǔ)助。插電式混合動(dòng)力乘用車最高補(bǔ)助5萬(wàn)元/輛”。

為配合補(bǔ)貼政策的落實(shí)，由中機(jī)車輛技術(shù)服務(wù)中心以中機(jī)函［2009］21號(hào)文件的形式，發(fā)布了《節(jié)能與新能源汽車節(jié)油率與最大電功率比檢驗(yàn)大綱》(簡(jiǎn)稱“大綱”)。大綱規(guī)定按照GB/T 19753測(cè)得的油耗與其同級(jí)別的傳統(tǒng)車的油耗來(lái)計(jì)算PHEV的節(jié)油率。最大電功率比則根據(jù)不同的動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型有不同的計(jì)算方法，但由于PHEV具有純電驅(qū)動(dòng)功能，因此其最大電功率比統(tǒng)一計(jì)為100%。

對(duì)比中美現(xiàn)有的評(píng)價(jià)指標(biāo)和體系，不難發(fā)現(xiàn)，在我國(guó)現(xiàn)有的評(píng)價(jià)指標(biāo)中，并沒(méi)有針對(duì)PHEV的兩個(gè)特點(diǎn)(多能源，多階段)而進(jìn)行專門的研究，現(xiàn)有的指標(biāo)和體系大多是沿用之前對(duì)傳統(tǒng)汽車或傳統(tǒng)混合動(dòng)力汽車的評(píng)價(jià)思路。

1.3 PHEV能耗評(píng)價(jià)方法框架

中美現(xiàn)有的PHEV能耗評(píng)價(jià)方法雖然存在很大的差別，但是評(píng)價(jià)方法的框架都很類似。對(duì)PHEV的評(píng)價(jià)首先是對(duì)車輛按照一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，獲得測(cè)試數(shù)據(jù);然后，再根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算能耗評(píng)價(jià)的指標(biāo);最后，通過(guò)這一系列的數(shù)據(jù)組成標(biāo)簽或報(bào)告來(lái)評(píng)價(jià)車輛的能耗。

在車輛測(cè)試階段，中美的評(píng)價(jià)方法主要差別在于:測(cè)試工況的選定、PHEV兩階段的判定、續(xù)駛里程的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、燃油消耗的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和電能消耗的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，如圖3所示。

在指標(biāo)計(jì)算階段，須解決不同車輛行駛模式的權(quán)衡問(wèn)題、兩階段能耗的權(quán)衡問(wèn)題、多工況測(cè)試結(jié)果間的權(quán)衡問(wèn)題和PHEV油耗與電耗的權(quán)衡問(wèn)題。中美PHEV能耗評(píng)價(jià)方法在上述幾個(gè)需要權(quán)衡的方面也存在著不同。本文中將按照評(píng)價(jià)方法的框架，分別從車輛測(cè)試和指標(biāo)計(jì)算兩方面詳細(xì)對(duì)比中美PHEV的能耗評(píng)價(jià)方法。

2 車輛測(cè)試方法

2.1 測(cè)試工況

中美兩國(guó)在PHEV測(cè)試時(shí)，選用的工況不同:美國(guó)使用的是由EPA發(fā)布的5個(gè)工況，分別為典型市區(qū)工況UDDS、典型高速工況HFEDS、激烈駕駛工況US06、高溫運(yùn)行工況 SC03和低溫運(yùn)行工況 Cold UDDS［10］;我國(guó)使用的是由 GB 18352.2 規(guī)定的 I型試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)［11］(完全參考?xì)W洲的NEDC循環(huán)，包括1部和2部，分別對(duì)應(yīng)于市區(qū)工況和市郊工況)，如圖4所示。各工況的特征參數(shù)［12］見(jiàn)表1。

美國(guó)使用的是瞬態(tài)工況，城市工況的最高車速為91.29km/h，高速工況的最高車速為95.84km/h。美國(guó)城區(qū)工況的最大加速度和最大減速度分別為1.476m/s2和－1.476m/s2，高速工況的最大加速度和最大減速度分別為1.422m/s2和－1.476m/s2。狀態(tài)變換次數(shù)是指車輛加減速狀態(tài)切換的次數(shù)。美國(guó)城市工況與高速工況的平均變換次數(shù)(每10s)分別為1.58次與1.87次。此外，美國(guó)的測(cè)試循環(huán)中還考慮了常見(jiàn)的激烈駕駛工況US06。該工況的最高車速為128.5km/h，最大加、減速度為 3.733m/s2和－3.067m/s2，平均狀態(tài)變換次數(shù)為3.29次。

我國(guó)使用的是穩(wěn)態(tài)工況，城市工況的最高車速僅為50km/h，市郊工況的最高車速為120km/h。我國(guó)城區(qū)工況的最大加速度和最大減速度分別為1.056m/s2和－0.833m/s2，市郊工況的最大加速度和最大減速度分別為0.833m/s2和－1.389m/s2。我國(guó)城市工況與市郊工況的平均變換次數(shù)(每10s)分別為0.71次和0.45次。

由此可以看出，我國(guó)測(cè)試所選取的工況比美國(guó)所選工況要“柔和”很多，而且我國(guó)還未考慮激烈駕駛、高低環(huán)境溫度等一些對(duì)能耗有較大影響的工況。

因此，由于測(cè)試循環(huán)上的差異，相同的車在美國(guó)的測(cè)評(píng)體系下測(cè)得的能耗值將會(huì)比在我國(guó)的測(cè)評(píng)體系下測(cè)得的能耗值略高一些。而這些原因使根據(jù)美國(guó)工況測(cè)得的值更加貼近車輛真實(shí)的燃油消耗。

2.2 兩階段判定

中美在測(cè)試PHEV時(shí)都分為了CD階段和CS階段的測(cè)試，但兩國(guó)對(duì)于CD階段測(cè)試的起始條件和CS階段測(cè)試的有效性判定依據(jù)不同。

美國(guó)將測(cè)試分為滿電測(cè)試(full charge test，F(xiàn)CT)和電量維持測(cè)試(charge sustaining test，CST)，分別對(duì)應(yīng)于PHEV的CD階段和CS階段。

對(duì)于滿電測(cè)試:規(guī)定車輛充電指示燈顯示滿電則認(rèn)為車輛已處于滿電狀態(tài)。從車輛滿電狀態(tài)開(kāi)始進(jìn)行測(cè)試，直至達(dá)到FCT結(jié)束條件。美國(guó)的SAE J1711規(guī)定，在FCT中，若在測(cè)試中某一循環(huán)的始末狀態(tài)相比，電能儲(chǔ)存裝置的電能凈消耗(net energy change，NEC)不高于燃油消耗能量的1%，則可結(jié)束FCT。對(duì)于使用電池作為儲(chǔ)能裝置的PHEV，也可以使用等效的測(cè)試結(jié)束條件，即測(cè)試中的某一循環(huán)的始末狀態(tài)相比，電池的SOC變化在2%以內(nèi)。在結(jié)束條件判定循環(huán)前的循環(huán)被作為是FCT循環(huán)，如圖5所示。

對(duì)于電量維持測(cè)試:為確保PHEV的電量真正處于維持階段，美國(guó)SAE J1711規(guī)定，任意測(cè)試循環(huán)的始末電能凈改變量不能超過(guò)該循環(huán)所消耗燃油能量的1%?？紤]到不同車輛的電量維持策略不同，該區(qū)域可以擴(kuò)大至5%，但若大于1%，須對(duì)燃油消耗按照特定方法進(jìn)行修正，如圖6所示。

我國(guó)將PHEV能耗測(cè)試分為條件A和條件B，分別對(duì)應(yīng)于PHEV的CD階段和CS階段。條件A定義為儲(chǔ)能裝置處于充電終止的最高荷電狀態(tài);條件B定義為儲(chǔ)能裝置處于運(yùn)行放電結(jié)束的最低荷電狀態(tài)。對(duì)于條件A測(cè)試，僅進(jìn)行一個(gè)I型試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)即可，不用運(yùn)行整個(gè)CD階段。對(duì)于條件B測(cè)試，GB/T 19753規(guī)定了車輛放電終止條件以確定條件B測(cè)試的開(kāi)始狀態(tài)。放電終止條件為或穩(wěn)定在50km/h，直到發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng);或按照廠家的建議。車輛必須達(dá)到放電終止條件后，才可進(jìn)行條件B測(cè)試。我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)允許PHEV在CS階段仍有電能的消耗。

綜上所述，從CD階段的測(cè)試來(lái)看，由于我國(guó)的測(cè)試只測(cè)一個(gè)循環(huán)，而美國(guó)要測(cè)試整個(gè)CD階段，所以如果在CD階段PHEV的電能消耗非線性，那么按照我國(guó)的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)量，將無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)得PHEV在CD階段真實(shí)電能消耗。從CS階段的測(cè)試來(lái)看，我國(guó)允許有電能的消耗，而美國(guó)不允許電能的消耗(為了具有可操作性，給了一定的SOC公差范圍)，所以利用我國(guó)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法確保車輛真正地處于電量維持階段，也沒(méi)能體現(xiàn)出PHEV電量維持的本質(zhì)。

2.3 續(xù)駛里程測(cè)試

在中美PHEV能耗評(píng)價(jià)方法中，都有針對(duì)續(xù)駛里程的測(cè)試，美國(guó)對(duì)于續(xù)駛里程的定義包括電量消耗循環(huán)里程(range of charge depleting cycle，Rcdc)、電量消耗實(shí)際里程(range of charge depleting actual，Rcda)和純電續(xù)駛里程AER。而我國(guó)對(duì)PHEV的續(xù)駛里程僅有純電續(xù)駛里程AER一個(gè)指標(biāo)。

在美國(guó)的評(píng)價(jià)方法中，電量消耗循環(huán)里程Rcdc指的就是在FCT結(jié)束條件判定循環(huán)(圖5)之前的FCT循環(huán)里程。電量消耗實(shí)際里程Rcda是指，若在n個(gè)FCT循環(huán)中，電量一直單調(diào)下降，那么Rcda是(如圖7(a)所示)第n－1個(gè)FCT循環(huán)的SOC斜線的延長(zhǎng)線與FCT結(jié)束時(shí)SOC水平線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的里程;若在FCT循環(huán)中，電量非單調(diào)下降，那么Rcda為FCT結(jié)束時(shí)SOC水平線與FCT過(guò)程中SOC曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的里程，如圖7(b)所示。純電續(xù)駛里程AER是指在FCT測(cè)試中，發(fā)動(dòng)機(jī)第1次起動(dòng)時(shí)車輛所行駛過(guò)的里程。

在我國(guó)的評(píng)價(jià)方法中，只有純電續(xù)駛里程AER一項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)。它是通過(guò)車輛由滿充的狀態(tài)開(kāi)始，運(yùn)行NEDC工況，直到車輛滿足GB/T 19753規(guī)定的放電終止條件時(shí)車輛所行駛過(guò)的里程。

對(duì)比中美PHEV續(xù)駛里程的測(cè)試方法:最大的區(qū)別在于美國(guó)擁有電量消耗實(shí)際里程這一指標(biāo)Rcda，而我國(guó)僅有純電續(xù)駛里程AER這一指標(biāo)。如果車輛在CD階段都是采用純電動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式，那么兩者的結(jié)果將一致;但是如果車輛在CD階段采用的是混合驅(qū)動(dòng)方式，如圖8所示，那么兩者的結(jié)果將會(huì)完全不同。對(duì)于在CD階段采用混合驅(qū)動(dòng)方式的PHEV來(lái)說(shuō)，AER這一指標(biāo)沒(méi)有實(shí)際意義，因此，僅使用AER作為PHEV續(xù)駛里程的評(píng)價(jià)指標(biāo)顯得不夠客觀、全面。

2.4 燃油消耗測(cè)試

中美在測(cè)試PHEV燃油消耗量時(shí)，均使用的是碳平衡法——根據(jù)排放的碳?xì)?HC)，一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)計(jì)算對(duì)應(yīng)區(qū)間燃油的消耗。

但是，兩者在計(jì)算CS階段的油耗時(shí)有所不同。我國(guó)的評(píng)價(jià)方法從原理上允許PHEV在CS階段的電能凈消耗，因此，在CS階段的能耗由電耗與油耗兩部分組成;但美國(guó)的評(píng)價(jià)方法認(rèn)為:在CS階段電能沒(méi)有凈消耗，電能的波動(dòng)實(shí)際都是通過(guò)燃油的消耗來(lái)平衡的，因此在CS階段的能耗中，只有油耗一項(xiàng)指標(biāo)。

在美國(guó)的評(píng)價(jià)方法中，PHEV在CS階段的燃油消耗量是由實(shí)際測(cè)得的燃油消耗量與電能變化量修正得到的。SAE J1711提供了兩種修正PHEV在CS階段油耗的方法:斜率修正法和回歸修正法。

斜率修正法用于待測(cè)車輛在CS階段的測(cè)量數(shù)據(jù)已經(jīng)存在的情況。此時(shí)，若車輛經(jīng)測(cè)試獲得一個(gè)新的點(diǎn)，如圖9中的三角形所示，那么此時(shí)可以利用已有的數(shù)據(jù)(圓點(diǎn))擬合直線的斜率，直接將本次測(cè)試的數(shù)據(jù)點(diǎn)按照擬合得到的斜率移動(dòng)至電能凈消耗等于零所對(duì)應(yīng)的燃油消耗點(diǎn)，如圖中五角星所示。

回歸修正法用于待測(cè)車輛在CS階段的測(cè)試數(shù)據(jù)不存在的情況，此時(shí)，要求對(duì)CS階段進(jìn)行多個(gè)循環(huán)的測(cè)試，然后直接根據(jù)每個(gè)循環(huán)得到的能耗點(diǎn)(如圖10中圓點(diǎn)所示)，擬合成PHEV的能耗直線，該直線與電能凈消耗等于零的交點(diǎn)，即為待測(cè)車輛在CS階段的實(shí)際油耗。

對(duì)比中美燃油消耗的測(cè)試方法，我國(guó)的評(píng)價(jià)方法反映了PHEV的直接測(cè)量結(jié)果，但未揭示PHEV在CS階段運(yùn)行的實(shí)質(zhì)。美國(guó)的方法雖然是經(jīng)過(guò)修正之后的結(jié)果，但揭示了PHEV在CS階段運(yùn)行的實(shí)質(zhì)——PHEV對(duì)外部電能沒(méi)有凈消耗。

2.5 電能消耗測(cè)試

中美在測(cè)量電能消耗時(shí)，共同點(diǎn)是兩國(guó)都記錄外接充電插口輸出的交流電量為電能消耗;不同點(diǎn)有兩個(gè):一個(gè)是美國(guó)的SAE J1711標(biāo)準(zhǔn)會(huì)將CD階段的交流電耗按照直流電耗的權(quán)重值，分配到每一個(gè)測(cè)試循環(huán);另一個(gè)是我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了CS階段電能消耗的方法。

由于PHEV在CD階段的電能消耗可能隨著SOC的變化而不同，特別是對(duì)于混合式PHEV。美國(guó)對(duì)PHEV的測(cè)試包括CD階段的每一個(gè)循環(huán)，因此最后將交流電耗平均分到了每一個(gè)測(cè)試循環(huán)，這樣就能準(zhǔn)確描述那些電能消耗非線性的PHEV的能耗狀況。而我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定只測(cè)試一個(gè)NEDC循環(huán)，因此無(wú)法測(cè)得PHEV在CD階段不同循環(huán)的電能消耗，也就不存在將交流電耗分配到不同循環(huán)的問(wèn)題。在CS階段，美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為PHEV不會(huì)有對(duì)外部電能的凈消耗，所以其將電能的輕微波動(dòng)都折算成了燃油的消耗。但我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)則是嚴(yán)格按照測(cè)試結(jié)果:如圖11所示，經(jīng)過(guò)CS階段的測(cè)試(圖11中(5)對(duì)應(yīng))后，立即對(duì)車輛進(jìn)行充電，充電消耗電能為e2;充滿電后，再對(duì)車輛進(jìn)行放電，直至車輛放電終止條件為止(圖11中(7)對(duì)應(yīng));然后再對(duì)車輛進(jìn)行充電，充電消耗電能為e3，那么在CS階段車輛所消耗的電能就等于e2－e3。若為負(fù)數(shù)，則表示車輛在CS階段處于充電的狀態(tài)。

在實(shí)際的CS階段，車輛的控制策略肯定會(huì)允許電池的SOC在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)，但不能無(wú)限地被放大。如圖12所示，車輛運(yùn)行在CS階段的SOC是一條在一定范圍內(nèi)波動(dòng)的曲線，若使用我國(guó)對(duì)車輛在CS階段的測(cè)試結(jié)果去預(yù)測(cè)車輛的電耗，結(jié)果將不會(huì)收斂;而美國(guó)由于考慮到了車輛在CS階段運(yùn)行的實(shí)質(zhì)，所以根據(jù)美國(guó)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行的車輛電能消耗的預(yù)測(cè)，雖然無(wú)法完全貼合實(shí)際的SOC線，但會(huì)與該線保持一致。

對(duì)比中美PHEV電能消耗的測(cè)試方法:第一個(gè)不同點(diǎn)使得美國(guó)的測(cè)試方法能夠兼容混合式PHEV;第二個(gè)不同點(diǎn)使得通過(guò)美國(guó)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)得到的CS階段的能耗能夠直接用于車輛能耗的計(jì)算。

3 指標(biāo)計(jì)算方法

3.1 人工選擇模式的權(quán)衡

PHEV中通常設(shè)置了可供駕駛員人工選擇的運(yùn)行模式，如經(jīng)濟(jì)模式、運(yùn)動(dòng)模式等，如表2所示。在評(píng)價(jià)PHEV的能耗時(shí)，須對(duì)不同人工選擇模式的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行權(quán)衡。

表2 人工模式選擇表

在美國(guó)的評(píng)價(jià)方法中，明確了由于目前缺乏對(duì)PHEV人工選擇模式的研究，所以平均地對(duì)待每一種可選擇的人工選擇模式。即CD階段和CS階段的結(jié)果是由兩階段分別可選的人工選擇模式對(duì)應(yīng)的測(cè)試結(jié)果平均得到。

在我國(guó)的評(píng)價(jià)方法中，對(duì)模式選擇的要求更為苛刻。對(duì)于不能人工選擇運(yùn)行模式的車輛，車輛使用默認(rèn)的模式進(jìn)行測(cè)試;對(duì)于可以進(jìn)行人工選擇運(yùn)行模式的車輛，我國(guó)的GB/T 19753規(guī)定在測(cè)量CD階段的能耗時(shí)，選擇最大電力消耗的模式進(jìn)行測(cè)量，并以此為CD階段能耗的結(jié)果;在測(cè)量CS階段的能耗時(shí)，選擇最大燃料消耗模式，并以此為CS階段能耗的結(jié)果。

對(duì)比中美對(duì)人工選擇模式的權(quán)衡方法:我國(guó)的選擇方法更為苛刻，而美國(guó)的選擇方法得到的結(jié)果更為平均。兩者各有特點(diǎn)，但真正合理的權(quán)衡方法應(yīng)該是基于對(duì)人們使用PHEV時(shí)的模式選擇行為研究所提出的權(quán)衡方法。

3.2 兩階段的權(quán)衡

運(yùn)行分為CD階段和CS階段是PHEV最大的特點(diǎn)之一。PHEV在這兩階段的能耗值截然不同，因此如何權(quán)衡兩階段的能耗在平均能耗中所占的比例是PHEV能耗評(píng)價(jià)方法的一個(gè)核心內(nèi)容。

美國(guó)對(duì)于兩階段的權(quán)衡是利用基于美國(guó)居民出行特征的利用系數(shù)(utility factor，UF)來(lái)實(shí)現(xiàn)的［13］。美國(guó)SAE J2841規(guī)定了不同里程對(duì)應(yīng)的利用系數(shù)的計(jì)算方法［14］。利用系數(shù)UF是根據(jù)美國(guó)居民日均出行里程的統(tǒng)計(jì)得來(lái)的，但利用系數(shù)曲線并不等于出行里程的分布曲線。例如，x km對(duì)應(yīng)的利用系數(shù)為y%，則說(shuō)明在美國(guó)居民的出行里程中，有y%的里程是在x km以內(nèi)的。因此，在其平均油耗(Ffuel)中，CD階段的油耗(FCD)所占的權(quán)重系數(shù)，就等于CD循環(huán)里程(RCDC)所對(duì)應(yīng)的利用系數(shù)(Uf)，而剩余的部分則對(duì)應(yīng)于CS階段的油耗(FCS)。

我國(guó)對(duì)于兩階段的權(quán)衡是通過(guò)直接假設(shè)兩次充電之間的平均行駛里程Dav等于25km而計(jì)算得到的。CD階段的油耗(C1)與電耗(E1)對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)為純電續(xù)駛里程De占總行駛里程的比例，而CS階段的權(quán)重系數(shù)為儲(chǔ)能裝置兩次充電之間的平均行駛里程Dav占總行駛里程的比例，總行駛里程為純電續(xù)駛里程De與儲(chǔ)能裝置兩次充電之間的平均行駛里程Dav之和。

對(duì)比中美對(duì)兩階段的權(quán)衡辦法，美國(guó)的權(quán)衡方法是基于對(duì)實(shí)際日均出行里程的研究，因此，結(jié)果更能體現(xiàn)PHEV在實(shí)際運(yùn)用中的能耗;我國(guó)的權(quán)衡方法比較缺乏理論依據(jù)，通過(guò)該方法得到的PHEV能耗與在實(shí)際運(yùn)用中的能耗也許會(huì)相差甚遠(yuǎn)。

3.3 不同工況的權(quán)衡

中美對(duì)于不同工況的權(quán)衡方法完全不同:美國(guó)的綜合能耗是按照一定的權(quán)重系數(shù)，對(duì)不同工況進(jìn)行加權(quán)平均的結(jié)果;而我國(guó)則是直接利用綜合工況的測(cè)試結(jié)果作為綜合能耗。

美國(guó)對(duì)能耗的計(jì)算分為兩步:(1)通過(guò)五工況法或推導(dǎo)五工況法將其測(cè)試結(jié)果分別合成城市工況與高速工況的能耗結(jié)果［15］;(2)再將城市工況與高速工況按照55%和45%的比例進(jìn)行加權(quán)。

五工況法是指將按照EPA規(guī)定的5個(gè)特征工況的測(cè)試結(jié)果按照一定的公式加權(quán)得到市區(qū)或高速的平均能耗。如市區(qū)工況的能耗是根據(jù)UDDS(FE75)、Cold UDDS(FE20)、US06和 SC03的測(cè)試結(jié)果加權(quán)得到的。

我國(guó)是以市區(qū)與市郊來(lái)區(qū)分工況的，而不以道路類型。在我國(guó)測(cè)試所使用的NEDC循環(huán)中，前面4個(gè)速度較低的循環(huán)被稱為1部，即市區(qū)循環(huán);最后一個(gè)速度較高的循環(huán)被稱為2部，即市郊循環(huán)。因此，1部的測(cè)試結(jié)果直接對(duì)應(yīng)于市區(qū)工況能耗;2部的測(cè)試結(jié)果對(duì)應(yīng)于市郊工況能耗，整個(gè)循環(huán)的測(cè)試結(jié)果對(duì)應(yīng)于綜合工況下的平均能耗。

對(duì)比中美兩國(guó)對(duì)于不同工況的權(quán)衡方法，美國(guó)的方法更為細(xì)致——首先將工況進(jìn)行了細(xì)分，然后通過(guò)研究得到各情況的權(quán)重系數(shù)，再將不同工況的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行加權(quán)綜合;我國(guó)的方法更為便捷，直接測(cè)試綜合工況，將不同工況的權(quán)衡問(wèn)題轉(zhuǎn)移到了工況的制定環(huán)節(jié)。

3.4 油耗和電耗的權(quán)衡

中美兩國(guó)對(duì)于油耗與電耗間的權(quán)衡有不同的處理方法，在美國(guó)的燃油經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保標(biāo)簽中，有等效油耗的指標(biāo)，即將電耗折算成了油耗;而在我國(guó)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，PHEV的油耗與電耗是分別公布的，沒(méi)有綜合的指標(biāo)。

美國(guó)對(duì)于油耗和電耗的等價(jià)關(guān)系是利用能量相等來(lái)等價(jià)的。33.705kW·h的電能與1加侖汽油的低熱值等價(jià)，因此，折算成國(guó)內(nèi)常用的單位就是8.95kW·h等價(jià)于1L汽油。

除了能量等價(jià)之外，學(xué)術(shù)界根據(jù)研究的目的，還有其他的一些等價(jià)關(guān)系:如研究電動(dòng)汽車成本的研究者會(huì)使用價(jià)格等效;研究碳排放的研究者會(huì)利用全生命周期碳排放等效等。

4 結(jié)論

(1)美國(guó)的PHEV能耗評(píng)價(jià)方法相對(duì)完善。其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在:使用與真實(shí)情況相符的工況;PHEV的兩個(gè)運(yùn)行階段劃分明確;能耗指標(biāo)充分考慮了出行特征。

(2)我國(guó)的PHEV能耗評(píng)價(jià)方法尚須完善。評(píng)價(jià)方法存在的主要問(wèn)題是:無(wú)明確的PHEV能耗標(biāo)簽;對(duì)PHEV的兩階段無(wú)嚴(yán)格的界定標(biāo)準(zhǔn);沒(méi)有針對(duì)混合式PHEV續(xù)駛里程的測(cè)試方法;沒(méi)有考慮出行特征對(duì)PHEV能耗的影響;沒(méi)有使用能夠代表實(shí)際使用情景的工況。

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