中美插電式混合動力汽車能耗評價方法

呂力 葛鵬 柳邵輝

（中國汽車技術研究中心數據資源中心）

近年來，插電式混合動力電動汽車（PHEV）在中國國家政策的強力推動下，憑借其較為均衡的產品力，得到快速發展。與傳統混合動力電動汽車（HEV）相比，PHEV的優勢在于電池容量更大，純電續航里程更長，能更好地利用電能并降低石油燃料的消耗；與純電動汽車相比，PHEV在電量不足時，可以使用傳統內燃機進行驅動，在充電設施尚未完善時可在一定程度上降低用戶“里程焦慮”的擔憂。隨著PHEV越來越受到關注，對PHEV燃油經濟性的評價也成為了爭論的焦點[1]。能耗（燃料及電量消耗量）是評價PHEV性能的核心指標，由于PEHV特有的運行模式，其能耗特征與傳統燃油汽車和純電動汽車均有顯著差異。文章從美國和中國的能耗指標計算和能耗標簽等方面研究PHEV能耗評價方法的差異及中國未來改善方向。

1 能耗指標計算方式

1.1 PHEV的運行模式

PHEV對能源的消耗和傳統汽車相比有2個特點：1）PHEV可使用電能和燃油2種能源；2）PHEV的運行分為電量消耗（CD）和電量維持（CS）2個階段。

CD模式是指運行時只消耗外接充電的電能，或者在消耗電能時輔助消耗燃料，直到進入CS模式；而CS模式是指PHEV運行時只消耗燃料，同時通過發動機帶動電機運轉對電池充電，保持儲能裝置的電荷狀態（SOC）在一定水平。PHEV在充滿電后使用時，一般先以CD模式運行，此時SOC不斷降低，當SOC降低到允許下限時，PHEV進入CS模式運行，此時SOC狀態基本保持平衡[2]。

因為以上特點，PHEV的平均能耗隨出行特征（包括行駛工況和出行里程等）的變化而改變。PHEV在CD和CS這2個階段運行時，車輛的能耗值截然不同，因此如何權衡2個階段的能耗在平均能耗中所占的比例是PHEV能耗評價方法的一個核心內容。同樣的車型和動力系統，在不同的能耗指標計算方法下，將呈現完全不一樣的認證能耗水平。

1.2 能耗指標計算方法

1.2.1 美國PHEV能耗指標計算方法

美國對于2個階段的權衡是利用基于美國居民出行特征的利用系數（Utility Factor，Uf）來實現的。美國SAE J2841規定了不同里程對應的利用系數的計算方法，該利用系數Uf是根據美國居民日均出行里程統計得來的[3]。圖1示出SAE J2841利用系數曲線。利用系數曲線并不等于出行里程的分布曲線，其定義為：x km對應利用系數為y%，表明在美國居民日均出行里程中，有y%的里程是在x km以內的。從圖1可見，日均出行里程在300 km以內的居民占90%以上。

圖1 SAE J2841利用系數曲線

根據美國居民出行特征得出的結論，在PHEV的綜合油耗中，CD階段的油耗所占的權重系數就等于該PHEV車型CD循環里程所對應的利用系數（Uf），剩余部分則為CS階段的油耗，其權重為1-Uf；最終PHEV車型的綜合油耗計算公式為：

式中：Ffuel——PHEV綜合油耗，L/100 km；

FCD，FCS——CD，CS階段油耗，L/100 km。

可見美國的計算方法是基于其國民實際日均出行里程的研究，因此油耗計算結果更能體現PHEV在實際運用中的能耗。

1.2.2 中國PHEV能耗指標計算方法

中國PHEV能耗計算參考歐盟法規，采用“車輛純電動續航里程”以及“充電間隔車輛平均行駛里程”2個參數分別對CD階段和CS階段試驗結果進行加權[4]，計算方法為：

式中：C——PHEV綜合燃料消耗量，L/100 km；

C1，C2——CD、CS階段燃料消耗量，L/100 km；

De——純電（CD階段）續航里程，km；

Dav——假設儲能裝置2次充電之間的平均行駛里程，歐盟標準中，Dav=25 km。

式（2）中C1對應的權重系數為De占總行駛里程的比例；CS階段的權重系數為Dav占總行駛里程的比例；而總行駛里程為De與Dav之和。

此種計算方法與美國類似，但加權所用參數Dav的定義及其確定的取值存在問題，將Dav的數值規定為25 km尚缺乏中國駕駛員實際調研數據支持,僅是直接借用歐盟法規的相關內容。正是該計算方法使得中國PHEV的認證油耗主要由純電動續航里程決定，導致了多款PHEV車型認證油耗遠低于消費者實際駕駛情況，引起社會輿論的關注。

1.3 油耗和電耗的折算

美國的燃油經濟性與環保標簽中包含等效燃油經濟性指標，等效燃油經濟性計算時是根據能量等價的原理，每加侖汽油等效為33.7 kW·h電能，按中國法定計量單位即為8.9 kW·h電能折算為1 L油耗[5]。

而中國現行標準沿襲歐盟ECE法規，PHEV的油耗與電耗是分別公布的，在確定PHEV油耗公告認證參數時，電能消耗量并不折算成油耗，而是按零油耗計算，故目前的認證油耗無法準確衡量PHEV的真實能耗水平。

中國正在制定《電動汽車與插電式混合動力汽車能耗折算方法》國家推薦性標準，該標準征求意見稿已于2016年7月公開征求意見，從熱值和碳排放2個方面著手對電動車和PHEV運行過程中所消耗的電量進行折算[6]。其中，熱值折算方法又分為簡單折算和燃料生命周期折算2種方式，從企業平均油耗管理的角度看，總計3種方法對電耗的折算越來越嚴苛，利于未來分步實施。該標準發布后將應用于第四階段乘用車燃料消耗量核算時的新能源汽車能耗折算，以及新修訂后的能耗標識標準中新能源汽車能耗的表達。

1.4 中國PHEV認證綜合油耗

由中國對PHEV能耗指標計算方法確定了2種運行方式的權重系數，2次充電行為之間的平均行駛里程定為25 km，且電耗按照零油耗進行折算，決定了車型純電續航里程（CD階段里程）越長，認證綜合油耗越小，計算公式簡化后為：

可見認證油耗僅由該車型搭載的傳統內燃機的油耗水平和純電動續航里程大小來決定。在內燃機節能技術遭遇技術瓶頸時，提高PHEV的認證油耗水平最直接的方式即為增大動力電池容量，提高純電動續航里程。

參考中國部分PHEV車型的認證參數，如表1所示。

表1 中國市場PHEV車型能耗參數

從表1可發現，認證油耗、發動機油耗和純電續航里程之間的關系，存在如下問題：

1）認證油耗與發動機油耗相距甚遠。以國家新能源汽車購置補貼政策對PHEV純電續航里程的50 km要求為基準計算認證油耗，代入標準規定的2次充電間行駛距離（25 km），得到C=C2/3的結論，認證油耗僅為發動機油耗的1/3，故消費者認可度低。

2）部分消費者僅因為地方限行限購政策購買PHEV車型，由于居住環境與歐美國家存在差異，實際日常駕駛中部分時間是將PHEV作為普通燃油車使用，并沒有發揮新能源汽車節能減排的社會效益。

3）PHEV與同動力總成的燃油車型相比，認證油耗大量減少，為生產企業降低平均油耗，實現企業油耗達標提供了合規途徑，與純電動車型相比，企業將更傾向于投放市場認可度高的PHEV這一折中過渡車型，進而影響中國汽車產業電動化轉型升級戰略的實施效果。

2 中美PHEV能耗標識比較

2.1 美國PHEV能耗標簽

美國現有PHEV能耗標簽由聯邦法規40系列（40 CFR 86和40 CFR 600）提供支撐，以SAE技術標準（SAE J1711和SAE J2841）為支撐，由美國環保署（EPA）和交通部（DOT）聯合推出燃油經濟性與環保標簽作為能耗水平評價的窗口。

美國機動車新能耗標簽由EPA和DOT于2010年聯合發布，并從2013年開始正式實施。新的標簽一共有10種，適用于采用不同動力系統車型的能耗和環保水平評價。其中有2種標簽分別針對串聯式PHEV（在CD階段只使用電能，發動機完全不參與）和混聯式PHEV（在CD階段發動機在必要的時候會輔助驅動）[5]。

以混聯式PHEV為例，燃油經濟性與環保標簽顯示內容主要有燃油經濟性、續航里程區域、能源費用和排放評分4個方面，如圖2所示。

圖2 混聯式PHEV美國EPA燃油經濟性和環保標識

燃油經濟性位于標簽的左上方，顯示了PHEV對燃油和電能的消耗率。由于PHEV的運行分為CD和CS階段，所以燃油經濟性也分為了兩部分顯示，在電能消耗階段，燃油經濟性指標分別以等效燃油經濟性、油耗和電耗的形式給出。在電量維持階段，因為電能并沒有消耗，所以該階段的燃油經濟性僅用油耗表示。另外標簽還給出了采用240 V電源將動力電池充滿電的時間（4 h）。續航里程指標位于燃油經濟性指標的下方，分別顯示了CD階段（即純電續航里程）和該PHEV總的續航里程。

燃油費信息包括兩部分，分別位于標簽的右上方和左下方。左下方的能源開支是按照行駛15 000 英里/年（24 140 km/車），油價為 3.7 美元/加侖（0.98美元/L），電價為0.12美元/kW·h的情況計算的結果。如圖2所示為1 050美元/年。右上方顯示的為5年內使用該PHEV與該年度新車平均水平相比，能夠節約的開支；消費者在購買PHEV車型時，節約的開支為關鍵因素之一，故標簽上專門列出該數值以供消費者參考。

排放評分區域位于右下方，分別是對于溫室氣體和有害氣體、顆粒物的排放進行打分制的評價，滿分為10分。標簽所標識的排放均只考慮車輛運行本身所帶來的排放，不考慮生命周期上游生產和運輸的排放。

通過該標簽所展示的數據，基本可以完成對一個PHEV的能耗和排放評價，該標簽是一面窗口，展示的是美國EPA等機構所構建的PHEV相關的法規和標準體系的支撐作用，提供了消費者所需的信息。

2.2 中國PHEV能耗標識

中國對于PHEV的能耗評價方法是基于GB/T 19753—2005《輕型混合動力電動汽車能力消耗量試驗方法》，主要參考了歐洲ECE R101法規，對PHEV的試驗循環采用與傳統汽車同樣的ECE/NEDC認證循環工況。對其評價指標基本沿用傳統汽車的體系，評價指標為在市區工況、郊區工況、綜合工況下的100 km燃油消耗量和電能消耗量。目前國內現行的國家標準GB 22757—2008《輕型汽車燃料消耗量標識》并不適用于混合動力電動汽車，故并沒有專門針對PHEV的能耗標識，公眾只能通過參考工信部公布的認證綜合油耗來評價PHEV的能耗水平。

工信部于2012年開始組織開展GB 22757—2008的修訂工作，并于2015年7月對修訂后的《輕型汽車能源消耗量標識》公開征求意見[7]。修訂后的能耗標識標準分為兩部分，第1部分為汽油和柴油汽車，第2部分為PHEV和純電動汽車。其中PHEV部分能耗指標均來源于根據GB/T19753—2013進行試驗所得到的數據，包括燃料消耗量、電能消耗量及純電動續航里程等。

對比中美現有的PHEV能耗標簽評價體系可發現，在中國現有的能耗標簽中，并沒有針對PHEV的2個技術特征進行專門的規定，現有指標和體系大多是沿用之前對傳統汽車或傳統混合動力汽車的評價思路。

3 結論

綜上，中國PHEV能耗評價面臨的問題主要有3個方面：

1）測試方法直接沿用歐盟標準，與國內車輛技術狀態及使用環境（路況、駕駛特性和使用頻率）的適用性缺乏論證。尤其在對CD和CS狀態下的測量結果進行綜合時，并未對本國車輛使用狀況信息進行足夠的調查，而是直接照搬歐盟標準中設定的權重系數，默認PHEV2次充電間行駛里程為25 km。

2）目前在計算PHEV認證綜合油耗時，并未將純電狀態下的電耗指標折算為油耗，而直接將其視為0進行計算，導致純電續航里程越長的車型認證油耗越低，無法科學體現PHEV的真實能耗水平。

3）PHEV能耗標識標準尚未出臺，公眾缺乏了解PHEV能耗水平的渠道。

鑒于上述問題，對中國PHEV能耗評價體系提出以下建議，為完善評價體系提供參考。

1）開展對于中國PHEV車輛日常行駛特征的調查，獲取統計數據以確定中國PHEV車輛的利用系數，為計算綜合能耗的權重系數提供支持。

2）出臺新能源汽車能耗折算標準，對電耗進行科學折算，體現PHEV的真實能耗水平。

3）法規層面的PHEV能耗評價，其指標應盡量客觀反映車輛的綜合性能水平，將不同運行狀態下的測量結果綜合加權，并引入車輛利用系數這一統計數據。