中美插电式混合动力汽车能耗评价方法

吕力 葛鹏 柳邵辉

（中国汽车技术研究中心数据资源中心）

近年来，插电式混合动力电动汽车（PHEV）在中国国家政策的强力推动下，凭借其较为均衡的产品力，得到快速发展。与传统混合动力电动汽车（HEV）相比，PHEV的优势在于电池容量更大，纯电续航里程更长，能更好地利用电能并降低石油燃料的消耗；与纯电动汽车相比，PHEV在电量不足时，可以使用传统内燃机进行驱动，在充电设施尚未完善时可在一定程度上降低用户“里程焦虑”的担忧。随着PHEV越来越受到关注，对PHEV燃油经济性的评价也成为了争论的焦点[1]。能耗（燃料及电量消耗量）是评价PHEV性能的核心指标，由于PEHV特有的运行模式，其能耗特征与传统燃油汽车和纯电动汽车均有显著差异。文章从美国和中国的能耗指标计算和能耗标签等方面研究PHEV能耗评价方法的差异及中国未来改善方向。

1 能耗指标计算方式

1.1 PHEV的运行模式

PHEV对能源的消耗和传统汽车相比有2个特点：1）PHEV可使用电能和燃油2种能源；2）PHEV的运行分为电量消耗（CD）和电量维持（CS）2个阶段。

CD模式是指运行时只消耗外接充电的电能，或者在消耗电能时辅助消耗燃料，直到进入CS模式；而CS模式是指PHEV运行时只消耗燃料，同时通过发动机带动电机运转对电池充电，保持储能装置的电荷状态（SOC）在一定水平。PHEV在充满电后使用时，一般先以CD模式运行，此时SOC不断降低，当SOC降低到允许下限时，PHEV进入CS模式运行，此时SOC状态基本保持平衡[2]。

因为以上特点，PHEV的平均能耗随出行特征（包括行驶工况和出行里程等）的变化而改变。PHEV在CD和CS这2个阶段运行时，车辆的能耗值截然不同，因此如何权衡2个阶段的能耗在平均能耗中所占的比例是PHEV能耗评价方法的一个核心内容。同样的车型和动力系统，在不同的能耗指标计算方法下，将呈现完全不一样的认证能耗水平。

1.2 能耗指标计算方法

1.2.1 美国PHEV能耗指标计算方法

美国对于2个阶段的权衡是利用基于美国居民出行特征的利用系数（Utility Factor，Uf）来实现的。美国SAE J2841规定了不同里程对应的利用系数的计算方法，该利用系数Uf是根据美国居民日均出行里程统计得来的[3]。图1示出SAE J2841利用系数曲线。利用系数曲线并不等于出行里程的分布曲线，其定义为：x km对应利用系数为y%，表明在美国居民日均出行里程中，有y%的里程是在x km以内的。从图1可见，日均出行里程在300 km以内的居民占90%以上。

图1 SAE J2841利用系数曲线

根据美国居民出行特征得出的结论，在PHEV的综合油耗中，CD阶段的油耗所占的权重系数就等于该PHEV车型CD循环里程所对应的利用系数（Uf），剩余部分则为CS阶段的油耗，其权重为1-Uf；最终PHEV车型的综合油耗计算公式为：

式中：Ffuel——PHEV综合油耗，L/100 km；

FCD，FCS——CD，CS阶段油耗，L/100 km。

可见美国的计算方法是基于其国民实际日均出行里程的研究，因此油耗计算结果更能体现PHEV在实际运用中的能耗。

1.2.2 中国PHEV能耗指标计算方法

中国PHEV能耗计算参考欧盟法规，采用“车辆纯电动续航里程”以及“充电间隔车辆平均行驶里程”2个参数分别对CD阶段和CS阶段试验结果进行加权[4]，计算方法为：

式中：C——PHEV综合燃料消耗量，L/100 km；

C1，C2——CD、CS阶段燃料消耗量，L/100 km；

De——纯电（CD阶段）续航里程，km；

Dav——假设储能装置2次充电之间的平均行驶里程，欧盟标准中，Dav=25 km。

式（2）中C1对应的权重系数为De占总行驶里程的比例；CS阶段的权重系数为Dav占总行驶里程的比例；而总行驶里程为De与Dav之和。

此种计算方法与美国类似，但加权所用参数Dav的定义及其确定的取值存在问题，将Dav的数值规定为25 km尚缺乏中国驾驶员实际调研数据支持,仅是直接借用欧盟法规的相关内容。正是该计算方法使得中国PHEV的认证油耗主要由纯电动续航里程决定，导致了多款PHEV车型认证油耗远低于消费者实际驾驶情况，引起社会舆论的关注。

1.3 油耗和电耗的折算

美国的燃油经济性与环保标签中包含等效燃油经济性指标，等效燃油经济性计算时是根据能量等价的原理，每加仑汽油等效为33.7 kW·h电能，按中国法定计量单位即为8.9 kW·h电能折算为1 L油耗[5]。

而中国现行标准沿袭欧盟ECE法规，PHEV的油耗与电耗是分别公布的，在确定PHEV油耗公告认证参数时，电能消耗量并不折算成油耗，而是按零油耗计算，故目前的认证油耗无法准确衡量PHEV的真实能耗水平。

中国正在制定《电动汽车与插电式混合动力汽车能耗折算方法》国家推荐性标准，该标准征求意见稿已于2016年7月公开征求意见，从热值和碳排放2个方面着手对电动车和PHEV运行过程中所消耗的电量进行折算[6]。其中，热值折算方法又分为简单折算和燃料生命周期折算2种方式，从企业平均油耗管理的角度看，总计3种方法对电耗的折算越来越严苛，利于未来分步实施。该标准发布后将应用于第四阶段乘用车燃料消耗量核算时的新能源汽车能耗折算，以及新修订后的能耗标识标准中新能源汽车能耗的表达。

1.4 中国PHEV认证综合油耗

由中国对PHEV能耗指标计算方法确定了2种运行方式的权重系数，2次充电行为之间的平均行驶里程定为25 km，且电耗按照零油耗进行折算，决定了车型纯电续航里程（CD阶段里程）越长，认证综合油耗越小，计算公式简化后为：

可见认证油耗仅由该车型搭载的传统内燃机的油耗水平和纯电动续航里程大小来决定。在内燃机节能技术遭遇技术瓶颈时，提高PHEV的认证油耗水平最直接的方式即为增大动力电池容量，提高纯电动续航里程。

参考中国部分PHEV车型的认证参数，如表1所示。

表1 中国市场PHEV车型能耗参数

从表1可发现，认证油耗、发动机油耗和纯电续航里程之间的关系，存在如下问题：

1）认证油耗与发动机油耗相距甚远。以国家新能源汽车购置补贴政策对PHEV纯电续航里程的50 km要求为基准计算认证油耗，代入标准规定的2次充电间行驶距离（25 km），得到C=C2/3的结论，认证油耗仅为发动机油耗的1/3，故消费者认可度低。

2）部分消费者仅因为地方限行限购政策购买PHEV车型，由于居住环境与欧美国家存在差异，实际日常驾驶中部分时间是将PHEV作为普通燃油车使用，并没有发挥新能源汽车节能减排的社会效益。

3）PHEV与同动力总成的燃油车型相比，认证油耗大量减少，为生产企业降低平均油耗，实现企业油耗达标提供了合规途径，与纯电动车型相比，企业将更倾向于投放市场认可度高的PHEV这一折中过渡车型，进而影响中国汽车产业电动化转型升级战略的实施效果。

2 中美PHEV能耗标识比较

2.1 美国PHEV能耗标签

美国现有PHEV能耗标签由联邦法规40系列（40 CFR 86和40 CFR 600）提供支撑，以SAE技术标准（SAE J1711和SAE J2841）为支撑，由美国环保署（EPA）和交通部（DOT）联合推出燃油经济性与环保标签作为能耗水平评价的窗口。

美国机动车新能耗标签由EPA和DOT于2010年联合发布，并从2013年开始正式实施。新的标签一共有10种，适用于采用不同动力系统车型的能耗和环保水平评价。其中有2种标签分别针对串联式PHEV（在CD阶段只使用电能，发动机完全不参与）和混联式PHEV（在CD阶段发动机在必要的时候会辅助驱动）[5]。

以混联式PHEV为例，燃油经济性与环保标签显示内容主要有燃油经济性、续航里程区域、能源费用和排放评分4个方面，如图2所示。

图2 混联式PHEV美国EPA燃油经济性和环保标识

燃油经济性位于标签的左上方，显示了PHEV对燃油和电能的消耗率。由于PHEV的运行分为CD和CS阶段，所以燃油经济性也分为了两部分显示，在电能消耗阶段，燃油经济性指标分别以等效燃油经济性、油耗和电耗的形式给出。在电量维持阶段，因为电能并没有消耗，所以该阶段的燃油经济性仅用油耗表示。另外标签还给出了采用240 V电源将动力电池充满电的时间（4 h）。续航里程指标位于燃油经济性指标的下方，分别显示了CD阶段（即纯电续航里程）和该PHEV总的续航里程。

燃油费信息包括两部分，分别位于标签的右上方和左下方。左下方的能源开支是按照行驶15 000 英里/年（24 140 km/车），油价为 3.7 美元/加仑（0.98美元/L），电价为0.12美元/kW·h的情况计算的结果。如图2所示为1 050美元/年。右上方显示的为5年内使用该PHEV与该年度新车平均水平相比，能够节约的开支；消费者在购买PHEV车型时，节约的开支为关键因素之一，故标签上专门列出该数值以供消费者参考。

排放评分区域位于右下方，分别是对于温室气体和有害气体、颗粒物的排放进行打分制的评价，满分为10分。标签所标识的排放均只考虑车辆运行本身所带来的排放，不考虑生命周期上游生产和运输的排放。

通过该标签所展示的数据，基本可以完成对一个PHEV的能耗和排放评价，该标签是一面窗口，展示的是美国EPA等机构所构建的PHEV相关的法规和标准体系的支撑作用，提供了消费者所需的信息。

2.2 中国PHEV能耗标识

中国对于PHEV的能耗评价方法是基于GB/T 19753—2005《轻型混合动力电动汽车能力消耗量试验方法》，主要参考了欧洲ECE R101法规，对PHEV的试验循环采用与传统汽车同样的ECE/NEDC认证循环工况。对其评价指标基本沿用传统汽车的体系，评价指标为在市区工况、郊区工况、综合工况下的100 km燃油消耗量和电能消耗量。目前国内现行的国家标准GB 22757—2008《轻型汽车燃料消耗量标识》并不适用于混合动力电动汽车，故并没有专门针对PHEV的能耗标识，公众只能通过参考工信部公布的认证综合油耗来评价PHEV的能耗水平。

工信部于2012年开始组织开展GB 22757—2008的修订工作，并于2015年7月对修订后的《轻型汽车能源消耗量标识》公开征求意见[7]。修订后的能耗标识标准分为两部分，第1部分为汽油和柴油汽车，第2部分为PHEV和纯电动汽车。其中PHEV部分能耗指标均来源于根据GB/T19753—2013进行试验所得到的数据，包括燃料消耗量、电能消耗量及纯电动续航里程等。

对比中美现有的PHEV能耗标签评价体系可发现，在中国现有的能耗标签中，并没有针对PHEV的2个技术特征进行专门的规定，现有指标和体系大多是沿用之前对传统汽车或传统混合动力汽车的评价思路。

3 结论

综上，中国PHEV能耗评价面临的问题主要有3个方面：

1）测试方法直接沿用欧盟标准，与国内车辆技术状态及使用环境（路况、驾驶特性和使用频率）的适用性缺乏论证。尤其在对CD和CS状态下的测量结果进行综合时，并未对本国车辆使用状况信息进行足够的调查，而是直接照搬欧盟标准中设定的权重系数，默认PHEV2次充电间行驶里程为25 km。

2）目前在计算PHEV认证综合油耗时，并未将纯电状态下的电耗指标折算为油耗，而直接将其视为0进行计算，导致纯电续航里程越长的车型认证油耗越低，无法科学体现PHEV的真实能耗水平。

3）PHEV能耗标识标准尚未出台，公众缺乏了解PHEV能耗水平的渠道。

鉴于上述问题，对中国PHEV能耗评价体系提出以下建议，为完善评价体系提供参考。

1）开展对于中国PHEV车辆日常行驶特征的调查，获取统计数据以确定中国PHEV车辆的利用系数，为计算综合能耗的权重系数提供支持。

2）出台新能源汽车能耗折算标准，对电耗进行科学折算，体现PHEV的真实能耗水平。

3）法规层面的PHEV能耗评价，其指标应尽量客观反映车辆的综合性能水平，将不同运行状态下的测量结果综合加权，并引入车辆利用系数这一统计数据。