試驗工況切換對純電動汽車續駛里程的影響及優化

肖舒穎，楊 博，宋桂曉，蔡正雷，管 煒，姚炎炎

試驗工況切換對純電動汽車續駛里程的影響及優化

肖舒穎，楊 博，宋桂曉，蔡正雷，管 煒，姚炎炎

（武漢菱電汽車電控系統股份有限公司，湖北 武漢 430048）

過去國家標準使用的新標歐洲循環測試（NEDC）循環工況存在與實際行駛條件不符、測試周期長、計算方式單一等問題。《電動汽車能量消耗量和續駛里程試驗方法第1部分：輕型汽車》（GB/T 18386.1—2021）中的工況切換（NEDC至中國輕型車測試周期（CLTC））和測試方法的更新大大推進了我國純電動汽車續駛里程的測試和評價方法。文章基于縮短法，結合新能源汽車補貼政策，以純電動汽車為研究對象，重點研究NEDC和CLTC工況下純電動汽車續駛里程的差異，并分析其影響因素，提出優化策略。結果表明：在對20款純電動車型的測試中，中國輕型車乘用車試驗周期（CLTC-P）循環下測得的續駛里程平均略高于NEDC續駛里程，工況變更導致續駛里程平均增加2.2%。影響續駛里程的因素主要有滾動阻力、空氣阻力和電機消耗。

純電動汽車；補貼政策；續駛里程；行駛工況；縮短法

隨著新能源汽車的不斷發展，純電動汽車的市場保有率日益提升。根據中國汽車工業協會的數據，2021年純電動汽車產銷量分別達到291.4萬輛和288.2萬輛，同比增長約179%和170%[1]。新能源汽車具有低能耗、零污染、低噪音、維護方便的特點，在緩解能源短缺壓力、減少空氣污染、促進替代能源快速進入交通系統等方面發揮著關鍵作用[2]。在諸多優點之下，純電動汽車也面臨著續航焦慮。新標歐洲循環測試（New European Driving Cycle, NEDC）作為90年代歐洲用理論炮制出來的數據，與事實相差甚遠，在NEDC工況下測得的虛高的續航里程也一直被大眾所詬病。在眾多呼聲下，2015年工信部下達更換續航工況的要求，2019年中國輕型車測試周期（China Light Vehicle Test Cycle, CLTC）正式發布，2021年10月1日替換NEDC，且到2025年前，新能源汽車測定續駛里程都將采用中國行駛工況。續駛里程作為純電動車最為關鍵的指標，工況切換后測試方法的研究和優化尤為重要。本文對縮短法進行了循環分析，并研究了縮短法下續駛里程的計算方法，對工況切換后續駛里程的變化進行了對比，并提出了優化方案。

1 國內政策與法規現狀

1.1 新能源汽車產業發展規劃

《新能源汽車產業發展規劃（2021—2035年）》[3]提出，2030年新能源汽車的銷售量占比要達到汽車總銷量的20%；到2035年，純電動汽車成為主流銷售車輛，并且公共領域用車全面電動化。

1.2 雙積分政策

2021年雙積分政策基于標準《乘用車燃料消耗量評價方法及指標》（GB 27999—2019）[4]，要求進行工況切換，即純電動乘用車從NEDC工況切換到中國工況。

1.3 新能源汽車財政補貼政策

新能源補貼政策呈現逐年遞減的趨勢，根據財政部等四部門聯合發布的《關于2022年新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》[5]，2023年開始將不再進行補貼。這意味著到2022年年底，正式完成將新能源汽車引入市場的工作。相較于2021年，公務車領域補貼額度下降20%，其他非公領域下降30%。

2022年購置補貼政策維持技術指標門檻不變，企業不需要做出相應調整。純電乘用車具體技術要求為：30 min最高車速不低于100 km/h；工況法續駛里程不低于300 km；電池系統的質量能量密度不低于125 Wh/kg，如表1所示。

表1 里程補貼倍數

續駛里程/(R/km)300≤R＜400R≥400 補貼倍數0.911.26

1.4 政策分析

《乘用車燃料消耗量評價方法及指標》（GB 27999）中燃料限值雖然沒變，但工況切換后，同類車型續駛里程約增加5%，能量消耗量約減少5%，對于續駛里程在300 km左右的交叉型乘用車來說，工況切換和試驗方法對續駛里程的影響直接決定著是否能拿到補貼。因此，對CLTC和縮短法進行分析并針對其特點做出優化，對交叉型乘用車來說十分關鍵。

2 試驗工況及方法

2.1 試驗循環分析

NEDC主要模擬工況為市區和郊區，包括四個市區循環和一個郊區循環，共1 180 s。NEDC循環總里程11.03 km，平均速度33.6 km/s，勻速占比高達37.5%。

CLTC為中國輕型汽車行駛工況，主要模擬市區和市郊工況，對于純電乘用車，準確來說是中國輕型車乘用車試驗周期（China Light-duty Vehicle Test Cycle-Passenger, CLTC-P），其循環工況包括低速、中速、高速3個部分，總里程14.48 km，最大速度114 km/h，平均車速28.96 km/h，勻速占比只有22.83%。具體參數對比如表2所示。

表2 工況特征參數對比

工況NEDCCLTC-P 工況時長/s1 1801 800 工況里程/km11.0314.48 平均速度/(km/h)33.628.96 平均運行速度/(km/h)43.5037.18 最高車速/(km/h)120114.00 平均減速度/(m/s2)-0.75-0.49 減速比例/%16.6026.44 平均加速度/(m/s2)0.530.45 加速比例/%23.2028.61 勻速比例/%37.5022.83 怠速比例/%22.622.11

由表2可以看出，NEDC是穩態工況，怠速比例較高，不適合我國市區行駛頻繁加減速的情況；中國工況是瞬態工況，且具有平均速度低、怠速比例高、頻繁加減速的特點，更能適應我國道路特征。隨著測試理論的發展和測試技術的提升，在不斷的探索與實踐過程中，NEDC穩態工況逐漸被取代，CLTC更能支撐未來車型的開發以及更貼近實際駕駛的車型信息。NEDC與CLTC的循環速度曲線依次如圖1、圖2所示。

①—市區循環；②—市郊循環；③—基本的市區循環。

圖2 CLTC-P循環速度曲線

2.2 試驗方法

國家標準委員會發布的《電動汽車能量消耗量和續駛里程試驗方法第1部分：輕型汽車》（GB 18386.1—2021）[6]中，規定了適用于N1及最大設計總質量小于等于3 500 kg的純電動汽車測能耗參數的試驗方法，有常規法和縮短法兩種，分別如圖3和圖4所示。

圖3 常規法續駛里試流程示意圖

圖4 縮短法續駛里試流程示意圖

由于常規法試驗周期過長，效率過低，本文中將著重敘述縮短法下能耗和續駛里程的變化。縮短法包含2個試驗循環段和2個恒速段，常溫續駛里程超過8個中國工況里程[7]。如圖5所示，第1個循環段（DS1）和第2個循環段（DS2）各包含2個 CLTC-P循環，CSSM和CSSE為恒速段，兩個恒速段的車速設置最低為100 km/h。DS2完成后，REESS的剩余電量應不超過整個試驗的10%。縮短法續駛里程試驗構成如圖5所示。

圖5 縮短法速度片段構成（N1類車輛目標車速）

3 續駛里程的計算

3.1 續駛里程計算公式

根據《電動汽車能量消耗量和續駛里程試驗方法第1部分：輕型汽車》（GB 18386.1—2021），基于縮短法的續駛里程計算公式為

式中，REESS,STP為縮短法試驗前后REESS的電能變化量，W·h；DC為循環能量消耗量，W·h/km；K為第個試驗循環的權重系數。

REESS電量變化計算公式為

REESS,STP=?REESS,DS1+?REESS,CSSM+

?REESS,DS2+?REESS,CSSE（4）

式中，?REESS,DS1為試驗循環段DS1段所有REESS的電量變化，W·h；?REESS,CSSM為恒速段CSSM段所有REESS的電量變化；W·h；?REESS,DS2為試驗循環段DS2段所有 REESS 的電量變化，W·h；?REESS,CSSE為恒速段CSSE段所有REESS的電量變化，W·h[8]。

3.2 循環充放電特征

DS1：第一個CLTC-P循環起始電量狀態為滿電飽和狀態，減速工況時產生的正向回收電流沒有或極少。隨著時間的推移和行駛距離的增加，電池放出一定的電量后，回收電流強度逐漸達到正常狀態并保持穩定。因此，在工況相同的情況下，兩個循環的輸出電量應當相近，第二個CLTC-P循環回收電能應大于第一個CLTC-P循環。總的來說DS1的REESS電量變化由快到慢，權重系數K1>K2。

DS2：第2個循環段處于組合工況后期，能量回收系統處于正常平穩狀態。兩個CLTC-P循環工況輸出電量相近，回收電量相近，總的來說DS2兩個循環工況的REESS電量變化相近，權重系數K3>K4。

CSSM與CSSE：恒速段速度最低為100 km/h，車速過低，一方面不利于消耗電量，另一方面更容易滿足速度公差帶內的速度要求，這兩個方面都會致使試驗截止時間后移，造成REESS放電量的增加。由公式（1）可以得到，REESS放電量的增加會導致續駛里程的上升，降低縮短法的合理性。運行恒速工況時，車輛電池保持穩定放電狀態，不需要松開加速踏板制動，基本無回收電流的產生。

由上述可知，兩個循環段中的四個循環由于工況相同消耗的電能基本相同，兩個恒速段的能量消耗維持在穩定狀態。因此，續駛里程計算是否準確，難點在于權重系數的估算[9]。

4 試驗結果及優化

4.1 試驗結果對比

本文選取20個車型，續駛里程范圍在150～410 km，對其在NEDC循環下和CLTC-P循環下測得的續駛里程做出對比，結果如圖6所示。

圖6 NEDC和CLTC-P續駛里程的對比

由圖6可知，20款車型中有15款車型CLTC-P下測得的續駛里程高于NEDC，占比75%。變化范圍在?7.4%～15.4%，續駛里程平均增加2.2%。續駛里程在250～350 km的車輛切換工況對續駛里程的影響不大，小續駛里程（<250 km）和大續駛里程（>350 km）的車輛切換工況影響較大，主要體現為小續駛里程車輛測試結果變高，大續駛里程變低。綜合來看，CLTC-P所測續駛里程曲線比較平緩，工況組合情況更為合理。

圖7 NEDC能量流分配比例圖

圖8 CLTC能量流分配比例圖

由圖7、圖8所示，NEDC和CLTC循環下消耗能量前三的都是滾動阻力、空氣阻力和電機消耗。相比于NEDC，CLTC克服空氣阻力的能耗明顯降低，而機械制動產生的能耗大幅增高[10]。

4.2 優化方案

續駛里程在270～300 km附近的車輛循環切換的影響總體來看有所降低，結合上述1.3純電動汽車補貼政策來看，針對CLTC-P循環曲線特性優化整車續駛里程十分有必要。

4.2.1 整車優化

為降低滾動阻力和空氣阻力，可使用低滾阻輪胎和實現整車輕量化。車身使用高強度鋼，不僅可以減輕重量，也提高了車輛的安全性能，具有高強度、工藝成熟及經濟性能良好等優點，目前被市面上廣泛采用；也可使用復合材料，聚烯烴在車輛中的應用這幾年來不斷創新，使用率隨之增加，其密度小、性能好且成本低廉，在整車的應用方面未來前景廣闊。

4.2.2電池管理技術提升

電池容量無疑是決定續駛里程最重要的因素之一。綜合車輛的成本、市場定位、安全性能等因素，電池容量的增加存在諸多約束。這就需要突破電池管理技術瓶頸，增強蓄電池充放電能力控制的能力，以及增加對蓄電池工作溫度、工作過程的監控。

4.2.3制動能量回收

可逆電機在車輛行駛時表現為電動機，在減速或剎車時則表現為發電機。電動汽車的能量回收系統正是依賴可逆電機在駕駛員松開加速踏板并踩下制動踏板時利用電磁感應產生正向電流，將車輛動能轉化為電能儲存起來，實現能量回收的作用?。市面上大多采用雙踏板并聯再生制動系統，即松開加速踏板并踩下制動踏板實現能量回收。使用制動踏板會有相當一部分動能轉換為熱能，造成能量損失，因此，盡可能只通過松開加速踏板進行減速，可以有效提高能量回收效率。

5 結論

本文基于《電動汽車能量消耗量和續駛里程試驗方法第1部分：輕型汽車》（GB/T 18386.1—2021），對不同工況下純電動汽車的續駛里程展開了系統性的研究，通過試驗標準的分析以及試驗結果的對比，得到以下結論：

1）NEDC已經無法真實反映電動車的續駛里程，應逐漸發展CLTC循環工況，CLTC更能貼切中國道路路況以及中國消費者駕駛習慣。新能源補貼政策中，續駛里程達到300 km/h是拿到補貼的一個關鍵點。總的來說，工況的切換使平均測試續駛里程提升，有助于交叉型乘用車拿到補貼。

2）CLTC相對于NEDC更多變化工況，試驗里20款車型中使用CLTC-P循環提升了續駛里程的達到75%，平均增加2.2%。小續駛里程車輛測試結果變高，大續駛里程變低。

3）續駛里程測試方法中縮短法科學性較好，在大幅提高了試驗效率的情況下也體現了CLTC- P循環初期和循環末期的特征，初期能量回收較少，循環能量消耗量DC較大，在第二個CLTC-P循環正向回收電流趨于穩定正常。

4）CLTC循環下，能量消耗主要由滾動阻力、空氣阻力和電機消耗為主，車輛企業可以通過整車輕量化、電池管理技術提升和能量回收等方案減少能量消耗，以增加續駛里程。

[1] 陳川,夏麗娜,康澤軍,等.新能源汽車監控數據應用場景及展望[J].時代汽車,2022(6):108-110.

[2] 程浩.淺析新能源汽車的發展趨勢[J].汽車實用技術, 2019,44(22):1-2.

[3] 國務院辦公廳.關于印發新能源汽車產業發展規劃（2021—2035年）的通知[Z].2020-11-02.

[4] 中華人民共和國工業和信息化部.乘用車燃料消耗量評價方法及指標:GB 27999—2019[S].北京:中國標準出版社,2019.

[5] 財政部、工業和信息化部、科技部、發展改革委.關于2022年新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知[EB/OL]. (2021-12-31) [2022-10-20]. http://jjs. mof.gov.cn/zhengcefagui/202112/t20211231_3780322.htm.

[6] 全國汽車標準化技術委員會.電動汽車能量消耗量和續駛里程試驗方法第1部分:輕型汽車GB 18386.1—2021[S].北京:中國標準出版社,2021.

[7] 劉志超,鄭天雷,龔慧明,等.基于中國工況的純電動乘用車續駛里程評價方法研究[J].汽車工程,2021,43 (5):705-712.

[8] 姚勇,郭成勝,孫龍,等.基于縮短法的純電動汽車續駛里程電能特征研究[J].小型內燃機與車輛技術, 2022,51(2):50-57.

[9] 陳燎,楊帆,盤朝奉.基于電池能量狀態和車輛能耗的電動汽車續駛里程估算[J].汽車工程學報,2017(2): 113-122.

[10] 藍國田.新能源汽車續航能力與電池安全管理初探[J].時代汽車,2022(7):131-133.

Influence and Optimization of Driving Range of Pure Electric Vehicle Based on Different Operating Conditions

XIAO Shuying, YANG Bo, SONG Guixiao, CAI Zhenglei, GUAN Wei, YAO Yanyan

( Wuhan Lincontrol Automotive Electronic Company Limited, Wuhan 430048, China )

The new European driving cycle (NEDC) conditions used in the past national standards are inconsistent with the actual driving conditions, long test cycle, single calculation method and other problems. The update of the test methods for condition switching(NEDC to China light vehicle test cycle (CLTC)) and testing in the:(GB/T 18386.1—2021)have significantly advanced the test and evaluation methods for the range of pure electric vehicles in China.Based on the shortening method and combined with the new energy vehicle subsidy policy, this paper takes pure electric vehicles as the research object, focuses on the difference of the driving range of pure electric vehicles under NEDC and CLTC conditions, analyzes its influencing factors, and proposes the optimization strategy. The results show that, in the test of 20 pure electric models, the average driving range measured under China light-duty vehicle test cycle-passenger(CLTC-P)cycle is slightly higher than that of NEDC, and the average driving range increased by 2.2% due to the change of working condition. The main factors affecting the driving range are rolling resistance, air resistance and motor consumption.

Pure electric vehicle; Subsidy policy; Driving mileage; Driving cycle;Shortening method

U467.1

A

1671-7988(2023)10-12-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.010.003

肖舒穎（1999—），女，工程師，研究方向為汽車節能減排，E-mail:xiaoshuying@lincontrol.com。