HEV和PHEV的經濟性測試標準對比分析

韓玉環，趙志成，張明君，王仁廣

(中國汽車技術研究中心，天津 300300)

HEV和PHEV的經濟性測試標準對比分析

韓玉環，趙志成，張明君，王仁廣

(中國汽車技術研究中心，天津 300300)

混合動力汽車經濟性指標一般有油耗、電耗和續駛里程3個基本參數。通過分析ISO、SAE、ECE系列標準的相關規定，可以看出雖然采用的工作循環跟傳統車一致，但在測量計算方面存在差別較大，且不同標準間的測試和計算方法也有細節上的差異，了解這些差異有助于加深對具體測試方法的理解和使用。

混合動力汽車；插電式混合動力汽車；能耗測試；里程測試

0 引言

混合動力汽車按照是否使用外部充電分為非外部充電的混合動力汽車和外部充電的混合動力汽車，一般分別簡稱為HEV(Hybrid Electric Vehicle)和PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)。從具體的工作原理來講，兩者幾乎沒有差別，只是為了更好地達到減排的效果，PHEV使用了比HEV更大容量的動力電池，以便接受外部電網充電，這樣PHEV的驅動能源也就來自外部電網和傳統車用燃料。HEV則是不需要外部充電，所有消耗的能源都來自唯一的燃料。針對這兩種車型，測試評價其經濟性就跟傳統的燃油汽車有所差別，不同國家和地區的標準規定也不盡相同。

文中主要分析ISO、SAE、ECE三類標準在HEV和PHEV能耗方面的測試要求。具體的標準有ISO 23274-1-2012《混合動力道路車輛-排放和油耗測試：第一部分：非外部充電車輛》[1]、ISO 23274-2-2012《外部充電式混合動力道路車輛-排放和油耗測試：第二部分：外部充電車輛》[2]、SAE J1711 JUN2010《HEV(含PHEV)排放和油耗測量推薦規程》[3]、ECE R101《關于就CO2和燃料消耗量的測量方面、和/或就電能消耗量和續駛里程的測量方面批準僅裝用內燃機的乘用車或混合動力電動乘用車，和就電能消耗量和續駛里程的測量方面批準僅裝用電驅動的M1和N1類車輛的統一規定》[4]。國標GB/T 19753-2013《輕型混合動力電動汽車能量消耗量試驗方法》[5],主要是根據ECE R101的附錄8制訂的，這里不再單獨討論。

1 普通HEV汽車的經濟性測試

對于HEV這種非外部充電的混合動力汽車，其能源都來自唯一的燃料，其經濟性最終還是以百公里油耗的形式給出。這里討論的主要適用于乘用車及輕卡，不包括重型車。試驗流程基本分為4步：(1)車輛準備；(2)浸車；(3)測試記錄；(4)具體計算和結果修正。其中第4步中的結果修正中使用到的燃料修正系數Kfuel一般由車輛生產廠家給出。下面主要討論這3個標準的基本規定。

1.1 ISO 23274-1-2012的相關規定分析

ISO 23274-1-2012《混合動力道路車輛-排放和油耗測試：第一部分：非外部充電車輛》中的測試工況分別按照日本、歐洲、北美3種情況給出。

日本采用JC08-mode工況，分冷態和熱態兩種情況。歐洲按照ECE R101中規定的第6和第8條附錄規定進行，排放和油耗測試按照R83型式I進行，最后結果按照廠家提供的修正系數進行修正。北美是根據SAE J1711 1999年版進行相關測試，只測量和計算UDDS(Urban Dynamometer Driving Schedule)和HFEFS(Highway Fuel Economy Driving Schedule)循環下的排放和油耗，以及US06和SC03循環下的排放。

這個ISO標準中還明確規定：如果PHEV沒有外部充電并在電量維持(Charge Sustaining,CS)狀態下運行，也可以使用該標準進行測試。這一點比較重要，在充電樁較少的情況下，有些PHEV實際上作為HEV使用，很少使用電網充電，因此對PHEV車輛測量其沒有外部充電和CS狀態的油耗很有意義。有了這個數據可以比較準確描述此類車輛在實際使用情況下的油耗和整車水平，防止號稱節能環保的汽車在實際使用中由于特殊原因并不節能的情況。

值得注意的是：ISO標準中對美國工況依據SAE J1711的1999年版本，目前該標準已經有了2010新版本，其中的規定也擴展了較多，詳見下段說明。

1.2 SAE J1711 JUN2010的相關規定分析

SAE J1711 JUN2010 《HEV(含PHEV)排放和油耗測量推薦規程》中對HEV和PHEV都進行了規定，這里先討論其HEV部分。標準規定了UDDS、 HFEDS、US06、SC03、Cold FTP(COLDUDDS)5種測試循環，并且每種工況分別給出具體測試結果。該試驗對HEV只測試電量維持狀態下(CS)的情況，稱為CST(Charge Sustaining Test)試驗。

CST用于測試HEV車輛在不同循環工況的排放和油耗情況。每種循環工況運行兩次，不連續進行，兩次之間有停頓時間。試驗中記錄：(1)排放和油耗；(2)實際行駛距離(每個測試階段測功機轉鼓表面轉動距離)；(3)SOC 每個試驗測試階段的起始和停止時的SOC(State of Charge)，用于計算每個階段動力電池的凈能量變化NEC(Net Energy Change)。

對于排放的具體計算，需要根據每種工況兩次循環的排放和行駛距離，按照給定的計算式進行加權計算,得到每公里排放值。同樣油耗計算也是根據每種工況兩次循環的油耗和距離，然后按照給定的計算式進行加權計算,得到每公里油耗值。其中的油耗值是根據每個階段各自排放利用碳平衡計算得到的。

根據上面計算得到油耗，還需要修正到電池SOC變化值為0時的油耗值，即需要進行油耗修正，油耗修正分為斜率修正法(已有Kfuel直接進行修正)和回歸修正法(無Kfuel，實驗室需要多次測量再對結果利用線性回歸)。

1.3 ECE R101的相關規定分析

ECE R101是歐盟制定的《關于就CO2和燃料消耗量的測量方面、和/或就電能消耗量和續駛里程的測量方面批準僅裝用內燃機的乘用車或混合動力電動乘用車，和就電能消耗量和續駛里程的測量方面批準僅裝用電驅動的M1和N1類車輛的統一規定》，該標準中的附件8給出HEV(含PHEV)油耗測試要求。

附件8對于非外部充電的混合動力汽車即NOVC HEV(普通HEV)，又分為無模式選擇開關和有模式選擇開關兩大類。有模式選擇開關的具體測量參數與無模式開關測量完全相同，計算也完全相同；差別在于有模式選擇開關的測試必須選擇在混合動力模式下完成，如果同時具有多個混合動力模式，其測試采用車輛啟動后系統自動選擇的工作模式，不得使用人為選擇的模式。

測試按照R101的附錄6(規定了傳統內燃機驅動車輛和燃料電池車輛的CO2和燃料消耗測量方法)規定進行，具體行駛循環和換擋點要求按照附錄8的要求，而附錄8中的相應要求又是根據ECE R83中附錄4規定的，實際上主要是對不同變速器的換擋點要求有差異，采用NEDC循環。

測試得到CO2排放、油耗率和電量，并根據測試中電量平衡量計算電池凈能量變化NEC，對CO2排放和油耗進行修正，修正時采用的Kfuel和KCO2由廠家提供。

2 插電式混合動力汽車PHEV的經濟性測試

關于插電式混合動力汽車PHEV的經濟性方面的測量主要是油耗、電耗和續駛里程。文中討論的3個標準中，對于電耗和油耗的測量都有規定，但對續駛里程方面的測試只有ECE R101對此有具體規定。

從能耗方面看，ISO 23274-2只給出了具體的測試規程，并沒有給出具體的計算方法，實際上其具體方法是根據不同測試循環所對應的標準中給出的計算方法確定。而SAE J1711和ECE R101兩個標準的基本思想是一致的，SAE采用CST和FCT(Full Charge Test)兩種模式是對應電池的電量維持和滿電狀態，ECE的A、B模式分別對應電池滿電和SOC最低狀態，可以簡單理解為SAE的CST對應ECE的B模式，SAE的FCT對應ECE的A模式。只是最終油耗和電耗的具體計算公式有所差別，但在計算公式中都反映了續駛里程和每天平均里程的影響。

2.1 ISO 23274-2-2012的相關規定分析

ISO 23274-2-2012《外部充電式混合動力道路車輛-排放和油耗測試第二部分：外部充電車輛》用于確定使用底盤測功機在車輛充電耗散(CD，Charge Depleting)狀態的結束和CD狀態下的電耗，排放和油耗的最后確定不包含在此標準中。

基本試驗步驟：(1)車輛前處理；(2)浸車；(3)儲能系統(RESS，Rechargeable Energy Storage System)充滿電；(4)移車到試驗間；(5)運行具體循環和測量排放、電平衡、油耗；(6)確定是否達到CD狀態 ；(7)到達CD狀態則到下一步，否則到步驟(5)；(8)電池充滿電，記錄交流充電電能。

具體測試規程分別按照日本、歐洲、北美3種循環工況給出，日本采用JC08-mode工況，歐洲按照ECE R101采用NEDC工況，美國根據SAE J1711 2010測量和計算UDDS、 HFEFS、US06、SC03、Cold UDDS循環。

2.2 SAE J1711 JUN2010的相關規定分析

SAE J1711 JUN2010《HEV(含PHEV)排放和油耗測量》標準對于PHEV排放和燃油經濟性和電耗的試驗規定了UDDS、HFEDS、US06、 SC03、Cold FTP(COLDUDDS)5種測試循環，每種分別給出具體測試結果。該試驗對于PHEV需要進行CS和CD兩種模式， 這兩種模式的試驗分別稱為CST和FCT試驗。

CST用于測試HEV和PHEV車輛在HEV模式下，不同循環工況的排放和油耗情況。每種循環工況運行兩次，不連續進行，兩次之間有停頓時間。試驗中記錄：(1)排放和油耗；(2)實際行駛距離(每個測試階段轉鼓表面轉動距離)；(3)SOC 每個試驗測試階段的起始和停止時的SOC，用于計算每個階段的NEC。

FCT用于測試在電池充滿電后，CD模式下不同循環工況的排放、油耗和電能耗情況，FCT試驗只用于PHEV。對于PHEV，根據兩次充電間行駛距離和日常行駛距離的估計值，對CD測試結果連同CS試驗結果一起進行加權綜合計算排放值。對于油耗，采用跟CST試驗相同的方法，利用兩個測試循環的具體油耗和距離加權計算油耗并修正。對于電耗，根據給定公式計算FCT測試中每個循環的交流電耗。然后根據上面兩個步驟得到的油耗和電耗，采用給定公式計算加權的油耗和電耗。對于上一步驟得到的油耗和電耗，理論上還需要進行駕駛者充電習慣加權，由于數據不足，目前標準中暫時沒有給出具體計算方法。

2.3 ECE R101的相關規定分析

2.3.1 ECE R101對PHEV的排放、油耗、電耗測試的規定分析

ECE R101附件8中規定了PHEV的排放、油耗、電耗測試。有模式選擇開關的車輛測量同無模式選擇開關的測量過程和參數記錄、計算完全相同，只是規定了有模式選擇開關的應該滿足：A模式(SOC充滿電狀態)下選擇最耗電的模式，B模式(SOC最低狀態)下選擇最耗油的模式。測量計算A、B模式下的排放、油耗和電耗率，然后進行加權計算得到需要的油耗和電耗率。

在A、B模式下測試時， 可以選擇采用一個NEDC循環還是多個NEDC循環，對于多個NEDC循環需要達到明確的試驗停止標準。最后的加權計算對于一個循環和多個循環的計算公式樣式一致，只是代入的參數不同：對于單個循環，使用的是整車純電續駛里程De和平均充電里程Dav；對于多個循環，使用的是OVC續駛里程Dovc和平均充電里程Dav。對于Dovc和Dav這兩個續駛里程在ECE R101的附錄9中規定了具體的測試方法，純電續駛里程De和OVC續駛里程的差別是試驗停止的條件不一樣，得到的行駛距離也有差別，具體見下節描述。

2.3.2 ECE R101對續駛里程測試的規定

ECE R101的附錄9規定了純電動車的純電續駛里程和PHEV純電續駛里程和OVC續駛里程，這里只討論PHEV的純電續駛里程和OVC續駛里程。

對于PHEV的純電里程De，采用附件8中相同的試驗工況和換擋要求，在測功機上完成直到達到試驗停止條件(End of Test，EOT)為止。EOT條件為：當車輛不能滿足50 km/h以上的速度目標，或者標準儀器指示駕駛者停車，或者SOC達到最低值時。然后釋放加速踏板直到車速自行降到5 km/h后再施加制動踏板停車，整個過程中車輛所行駛的里程就是純電續駛里程。

對于PHEV的OVC續駛里程，采用附件8規定的試驗工況和換擋要求，在測功機上完成直到滿足EOT為止；EOT為附錄8中規定的達到了電池SOC最小狀態的那個循環，具體判定兩個連續測試循環中，后一個循環中測得的電池電平衡量不大于電池最大SOC時總電量的3%，就認為前一個循環達到試驗結束條件。達到試驗結束條件時車輛的行駛里程就是該車的OVC續駛里程。

3 結束語

通過對ISO、SAE、ECE等3個主要標準對能耗的測量方法的簡要介紹，明確了各標準的主要特點、采用的測試循環和計算方法之間的差異，有利于對具體標準的理解和對比，也對我國此類標準的應用有一定的指導意義。

[1]ISO23274-1-2012 混合動力道路車輛-排放和油耗測試：第一部分：非外部充電車輛[S/OL].[2017-01-10].http://www.doc88.com/p-7498291269645.html.

[2]ISO 23274-2-2012 外部充電式混合動力道路車輛-排放和油耗測試:第二部分：外部充電車輛[S/OL].[2017-01-10].http://www.doc88.com/p-9049470256579.html.

[3]SAE J1711 JUN2010 Recommended Practice for Measuring the Exhaust Emissions and Fuel Economy of Hybrid-Electric Vehicles, Including Plug-in Hybrid Vehicles[S/OL].http://www.sae.org/technical/standards/J1711_2010.

[4]ECE R 101 Uniform Provisions Concerning the Approval of Passenger Cars Powered by an Internal Combustion Engine Only, or Powered by a Hybrid Electric Power Train with Regard to the Measurement of the Emission of Carbon Dioxide and Fuel Consumption and/or the Measurement of Electric Energy Consumption and Electric Range, and of Categories M1 and N1 Vehicles Powered by an Electric Power Train Only with Regard to the Measurement of Electric Energy Consumption and Electric Range[S/OL].[2017-01-11]. http://www.unece.org/trans/main/wp29/wp29regs101-120.html.

[5]全國汽車標準化技術委員會.輕型混合動力電動汽車能量消耗試驗方法：GB/T 19753-2013[S].北京：中國標準出版社，2014.

AnalysisonStandardsforEconomyTestingforHEVandPHEV

HAN Yuhuan,ZHAO Zhicheng，ZHANG Mingjun, WANG Renguang

(China Automotive Technology and Research Center, Tianjin 300300,China)

The fuel consumption, electric energy consumption and range are used to index economy performance for HEV and PHEV. Main prescriptions were discussed from ISO, SAE, and ECE standards. It is shown that the test drive cycles are same as conventional vehicles, but the measurement and calculation methods are different in many details. Knowing these can be benefit to understanding and application of these standards.

Hybrid electric vehicle; Plug-in hybrid electric vehicle; Energy consumption test；Range test

U469.7

A

1674-1986(2017)09-080-03

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.09.020

2017-03-21

韓玉環,女，高工，E-mail:hanyuhuan@catarc.ac.cn。