HEV和PHEV的经济性测试标准对比分析

韩玉环，赵志成，张明君，王仁广

(中国汽车技术研究中心，天津 300300)

HEV和PHEV的经济性测试标准对比分析

韩玉环，赵志成，张明君，王仁广

(中国汽车技术研究中心，天津 300300)

混合动力汽车经济性指标一般有油耗、电耗和续驶里程3个基本参数。通过分析ISO、SAE、ECE系列标准的相关规定，可以看出虽然采用的工作循环跟传统车一致，但在测量计算方面存在差别较大，且不同标准间的测试和计算方法也有细节上的差异，了解这些差异有助于加深对具体测试方法的理解和使用。

混合动力汽车；插电式混合动力汽车；能耗测试；里程测试

0 引言

混合动力汽车按照是否使用外部充电分为非外部充电的混合动力汽车和外部充电的混合动力汽车，一般分别简称为HEV(Hybrid Electric Vehicle)和PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)。从具体的工作原理来讲，两者几乎没有差别，只是为了更好地达到减排的效果，PHEV使用了比HEV更大容量的动力电池，以便接受外部电网充电，这样PHEV的驱动能源也就来自外部电网和传统车用燃料。HEV则是不需要外部充电，所有消耗的能源都来自唯一的燃料。针对这两种车型，测试评价其经济性就跟传统的燃油汽车有所差别，不同国家和地区的标准规定也不尽相同。

文中主要分析ISO、SAE、ECE三类标准在HEV和PHEV能耗方面的测试要求。具体的标准有ISO 23274-1-2012《混合动力道路车辆-排放和油耗测试：第一部分：非外部充电车辆》[1]、ISO 23274-2-2012《外部充电式混合动力道路车辆-排放和油耗测试：第二部分：外部充电车辆》[2]、SAE J1711 JUN2010《HEV(含PHEV)排放和油耗测量推荐规程》[3]、ECE R101《关于就CO2和燃料消耗量的测量方面、和/或就电能消耗量和续驶里程的测量方面批准仅装用内燃机的乘用车或混合动力电动乘用车，和就电能消耗量和续驶里程的测量方面批准仅装用电驱动的M1和N1类车辆的统一规定》[4]。国标GB/T 19753-2013《轻型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法》[5],主要是根据ECE R101的附录8制订的，这里不再单独讨论。

1 普通HEV汽车的经济性测试

对于HEV这种非外部充电的混合动力汽车，其能源都来自唯一的燃料，其经济性最终还是以百公里油耗的形式给出。这里讨论的主要适用于乘用车及轻卡，不包括重型车。试验流程基本分为4步：(1)车辆准备；(2)浸车；(3)测试记录；(4)具体计算和结果修正。其中第4步中的结果修正中使用到的燃料修正系数Kfuel一般由车辆生产厂家给出。下面主要讨论这3个标准的基本规定。

1.1 ISO 23274-1-2012的相关规定分析

ISO 23274-1-2012《混合动力道路车辆-排放和油耗测试：第一部分：非外部充电车辆》中的测试工况分别按照日本、欧洲、北美3种情况给出。

日本采用JC08-mode工况，分冷态和热态两种情况。欧洲按照ECE R101中规定的第6和第8条附录规定进行，排放和油耗测试按照R83型式I进行，最后结果按照厂家提供的修正系数进行修正。北美是根据SAE J1711 1999年版进行相关测试，只测量和计算UDDS(Urban Dynamometer Driving Schedule)和HFEFS(Highway Fuel Economy Driving Schedule)循环下的排放和油耗，以及US06和SC03循环下的排放。

这个ISO标准中还明确规定：如果PHEV没有外部充电并在电量维持(Charge Sustaining,CS)状态下运行，也可以使用该标准进行测试。这一点比较重要，在充电桩较少的情况下，有些PHEV实际上作为HEV使用，很少使用电网充电，因此对PHEV车辆测量其没有外部充电和CS状态的油耗很有意义。有了这个数据可以比较准确描述此类车辆在实际使用情况下的油耗和整车水平，防止号称节能环保的汽车在实际使用中由于特殊原因并不节能的情况。

值得注意的是：ISO标准中对美国工况依据SAE J1711的1999年版本，目前该标准已经有了2010新版本，其中的规定也扩展了较多，详见下段说明。

1.2 SAE J1711 JUN2010的相关规定分析

SAE J1711 JUN2010 《HEV(含PHEV)排放和油耗测量推荐规程》中对HEV和PHEV都进行了规定，这里先讨论其HEV部分。标准规定了UDDS、 HFEDS、US06、SC03、Cold FTP(COLDUDDS)5种测试循环，并且每种工况分别给出具体测试结果。该试验对HEV只测试电量维持状态下(CS)的情况，称为CST(Charge Sustaining Test)试验。

CST用于测试HEV车辆在不同循环工况的排放和油耗情况。每种循环工况运行两次，不连续进行，两次之间有停顿时间。试验中记录：(1)排放和油耗；(2)实际行驶距离(每个测试阶段测功机转鼓表面转动距离)；(3)SOC 每个试验测试阶段的起始和停止时的SOC(State of Charge)，用于计算每个阶段动力电池的净能量变化NEC(Net Energy Change)。

对于排放的具体计算，需要根据每种工况两次循环的排放和行驶距离，按照给定的计算式进行加权计算,得到每公里排放值。同样油耗计算也是根据每种工况两次循环的油耗和距离，然后按照给定的计算式进行加权计算,得到每公里油耗值。其中的油耗值是根据每个阶段各自排放利用碳平衡计算得到的。

根据上面计算得到油耗，还需要修正到电池SOC变化值为0时的油耗值，即需要进行油耗修正，油耗修正分为斜率修正法(已有Kfuel直接进行修正)和回归修正法(无Kfuel，实验室需要多次测量再对结果利用线性回归)。

1.3 ECE R101的相关规定分析

ECE R101是欧盟制定的《关于就CO2和燃料消耗量的测量方面、和/或就电能消耗量和续驶里程的测量方面批准仅装用内燃机的乘用车或混合动力电动乘用车，和就电能消耗量和续驶里程的测量方面批准仅装用电驱动的M1和N1类车辆的统一规定》，该标准中的附件8给出HEV(含PHEV)油耗测试要求。

附件8对于非外部充电的混合动力汽车即NOVC HEV(普通HEV)，又分为无模式选择开关和有模式选择开关两大类。有模式选择开关的具体测量参数与无模式开关测量完全相同，计算也完全相同；差别在于有模式选择开关的测试必须选择在混合动力模式下完成，如果同时具有多个混合动力模式，其测试采用车辆启动后系统自动选择的工作模式，不得使用人为选择的模式。

测试按照R101的附录6(规定了传统内燃机驱动车辆和燃料电池车辆的CO2和燃料消耗测量方法)规定进行，具体行驶循环和换挡点要求按照附录8的要求，而附录8中的相应要求又是根据ECE R83中附录4规定的，实际上主要是对不同变速器的换挡点要求有差异，采用NEDC循环。

测试得到CO2排放、油耗率和电量，并根据测试中电量平衡量计算电池净能量变化NEC，对CO2排放和油耗进行修正，修正时采用的Kfuel和KCO2由厂家提供。

2 插电式混合动力汽车PHEV的经济性测试

关于插电式混合动力汽车PHEV的经济性方面的测量主要是油耗、电耗和续驶里程。文中讨论的3个标准中，对于电耗和油耗的测量都有规定，但对续驶里程方面的测试只有ECE R101对此有具体规定。

从能耗方面看，ISO 23274-2只给出了具体的测试规程，并没有给出具体的计算方法，实际上其具体方法是根据不同测试循环所对应的标准中给出的计算方法确定。而SAE J1711和ECE R101两个标准的基本思想是一致的，SAE采用CST和FCT(Full Charge Test)两种模式是对应电池的电量维持和满电状态，ECE的A、B模式分别对应电池满电和SOC最低状态，可以简单理解为SAE的CST对应ECE的B模式，SAE的FCT对应ECE的A模式。只是最终油耗和电耗的具体计算公式有所差别，但在计算公式中都反映了续驶里程和每天平均里程的影响。

2.1 ISO 23274-2-2012的相关规定分析

ISO 23274-2-2012《外部充电式混合动力道路车辆-排放和油耗测试第二部分：外部充电车辆》用于确定使用底盘测功机在车辆充电耗散(CD，Charge Depleting)状态的结束和CD状态下的电耗，排放和油耗的最后确定不包含在此标准中。

基本试验步骤：(1)车辆前处理；(2)浸车；(3)储能系统(RESS，Rechargeable Energy Storage System)充满电；(4)移车到试验间；(5)运行具体循环和测量排放、电平衡、油耗；(6)确定是否达到CD状态 ；(7)到达CD状态则到下一步，否则到步骤(5)；(8)电池充满电，记录交流充电电能。

具体测试规程分别按照日本、欧洲、北美3种循环工况给出，日本采用JC08-mode工况，欧洲按照ECE R101采用NEDC工况，美国根据SAE J1711 2010测量和计算UDDS、 HFEFS、US06、SC03、Cold UDDS循环。

2.2 SAE J1711 JUN2010的相关规定分析

SAE J1711 JUN2010《HEV(含PHEV)排放和油耗测量》标准对于PHEV排放和燃油经济性和电耗的试验规定了UDDS、HFEDS、US06、 SC03、Cold FTP(COLDUDDS)5种测试循环，每种分别给出具体测试结果。该试验对于PHEV需要进行CS和CD两种模式， 这两种模式的试验分别称为CST和FCT试验。

CST用于测试HEV和PHEV车辆在HEV模式下，不同循环工况的排放和油耗情况。每种循环工况运行两次，不连续进行，两次之间有停顿时间。试验中记录：(1)排放和油耗；(2)实际行驶距离(每个测试阶段转鼓表面转动距离)；(3)SOC 每个试验测试阶段的起始和停止时的SOC，用于计算每个阶段的NEC。

FCT用于测试在电池充满电后，CD模式下不同循环工况的排放、油耗和电能耗情况，FCT试验只用于PHEV。对于PHEV，根据两次充电间行驶距离和日常行驶距离的估计值，对CD测试结果连同CS试验结果一起进行加权综合计算排放值。对于油耗，采用跟CST试验相同的方法，利用两个测试循环的具体油耗和距离加权计算油耗并修正。对于电耗，根据给定公式计算FCT测试中每个循环的交流电耗。然后根据上面两个步骤得到的油耗和电耗，采用给定公式计算加权的油耗和电耗。对于上一步骤得到的油耗和电耗，理论上还需要进行驾驶者充电习惯加权，由于数据不足，目前标准中暂时没有给出具体计算方法。

2.3 ECE R101的相关规定分析

2.3.1 ECE R101对PHEV的排放、油耗、电耗测试的规定分析

ECE R101附件8中规定了PHEV的排放、油耗、电耗测试。有模式选择开关的车辆测量同无模式选择开关的测量过程和参数记录、计算完全相同，只是规定了有模式选择开关的应该满足：A模式(SOC充满电状态)下选择最耗电的模式，B模式(SOC最低状态)下选择最耗油的模式。测量计算A、B模式下的排放、油耗和电耗率，然后进行加权计算得到需要的油耗和电耗率。

在A、B模式下测试时， 可以选择采用一个NEDC循环还是多个NEDC循环，对于多个NEDC循环需要达到明确的试验停止标准。最后的加权计算对于一个循环和多个循环的计算公式样式一致，只是代入的参数不同：对于单个循环，使用的是整车纯电续驶里程De和平均充电里程Dav；对于多个循环，使用的是OVC续驶里程Dovc和平均充电里程Dav。对于Dovc和Dav这两个续驶里程在ECE R101的附录9中规定了具体的测试方法，纯电续驶里程De和OVC续驶里程的差别是试验停止的条件不一样，得到的行驶距离也有差别，具体见下节描述。

2.3.2 ECE R101对续驶里程测试的规定

ECE R101的附录9规定了纯电动车的纯电续驶里程和PHEV纯电续驶里程和OVC续驶里程，这里只讨论PHEV的纯电续驶里程和OVC续驶里程。

对于PHEV的纯电里程De，采用附件8中相同的试验工况和换挡要求，在测功机上完成直到达到试验停止条件(End of Test，EOT)为止。EOT条件为：当车辆不能满足50 km/h以上的速度目标，或者标准仪器指示驾驶者停车，或者SOC达到最低值时。然后释放加速踏板直到车速自行降到5 km/h后再施加制动踏板停车，整个过程中车辆所行驶的里程就是纯电续驶里程。

对于PHEV的OVC续驶里程，采用附件8规定的试验工况和换挡要求，在测功机上完成直到满足EOT为止；EOT为附录8中规定的达到了电池SOC最小状态的那个循环，具体判定两个连续测试循环中，后一个循环中测得的电池电平衡量不大于电池最大SOC时总电量的3%，就认为前一个循环达到试验结束条件。达到试验结束条件时车辆的行驶里程就是该车的OVC续驶里程。

3 结束语

通过对ISO、SAE、ECE等3个主要标准对能耗的测量方法的简要介绍，明确了各标准的主要特点、采用的测试循环和计算方法之间的差异，有利于对具体标准的理解和对比，也对我国此类标准的应用有一定的指导意义。

[1]ISO23274-1-2012 混合动力道路车辆-排放和油耗测试：第一部分：非外部充电车辆[S/OL].[2017-01-10].http://www.doc88.com/p-7498291269645.html.

[2]ISO 23274-2-2012 外部充电式混合动力道路车辆-排放和油耗测试:第二部分：外部充电车辆[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]全国汽车标准化技术委员会.轻型混合动力电动汽车能量消耗试验方法：GB/T 19753-2013[S].北京：中国标准出版社，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

韩玉环,女，高工，E-mail:hanyuhuan@catarc.ac.cn。