轻型电动汽车能量消耗量和续驶里程试验标准解析

刘伟，王举纲

轻型电动汽车能量消耗量和续驶里程试验标准解析

刘伟1，王举纲2

（1.中国质量认证中心，北京 100070；2.上汽大众汽车有限公司，上海 201805）

能量消耗量和续驶里程是电动汽车性能的关键指标，国家发布了2021版电动汽车能量消耗量和续驶里程试验标准。为推动企业更好地理解和实施新标准，文章阐述了轻型电动汽车能量消耗量和续驶里程试验标准的演变历史，分析了新标准修订的主要思路及新旧标准的主要差异。并对新标准中的试验循环工况、测试流程、试验结果计算方法进行了重点介绍和分析，为企业贯彻新标准的实施提供指导和参考。

电动汽车；能量消耗量；续驶里程；CLTC

前言

2021年3月，国家市场监督管理总局正式发布了GB/T 18386.1—2021《电动汽车能量消耗量和续驶里程试验方法第1部分：轻型汽车》，这项标准是在GB/T 18386—2017《电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》基础上，对循环工况、测试流程和试验结果计算方法等内容进行了重大修订，并从车辆特性、标准体系的延续性和标准修订周期等方面考虑，对轻型汽车和重型商用车辆的试验方法进行了区分，率先发布了专门针对轻型汽车的试验标准。

1 标准的演变历史

最早在2001年，国家就发布了电动汽车能量消耗率与续驶里程的试验标准，在2005年完成的第一次修订中，将标准适用范围扩大到所有纯电动汽车。经过了十余年的实施经验总结[1]，在2017年发布了第二次修订版，对试验环境和条件、试验操作、测试循环进行了修订，特别是针对重型车辆，增加了中国典型城市公交循环和C-WTVC循环工况法[2]。但是，随着电动汽车的技术发展，基于NEDC循环的乘用车续驶里程和能量消耗率试验方法的弊端也愈发明显，主要表现在以下：

（1）该试验循环为NEDC为稳态工况，平均车速、怠速比例、高低速里程分配不合理，与实际运行情况存在较大差异，且传统乘用车和混合动力汽车已经率先引入WLTC循环；

（2）试验效率低，时间长，对于近年上市的续驶里程达500～600 km的电动汽车，按照现有标准进行试验，车辆在底盘测功机上试验时间长达15～18 h，不仅使试验人员疲惫不堪，也增加试验结果的不确定性；

（3）中国南北气候差异较较大，缺乏高、低温条件下的测试工况，无法综合反映车辆在特殊环境下的纯电续驶里程和能量消耗量；

（4）缺乏生产一致性管理相关规程，汽车生产企业的质量认可和主管部门监督检查没有统一的一致性评价方法和管理依据。

由此，在工业和信息化部装备工业司和国家标准化管理委员会指导下，2018年启动了《电动汽车能量消耗和续驶里程试验方法》标准的修订工作。在充分考虑行业管理和节能目标、消费者需求、企业成本、试验技术与标准实施切换等影响因素下，经过各方近3年的共同努力，该标准于2021年3月发布，并于同年10月1日起正式实施[3]。

2 新旧标准主要内容对比

WLTP（worldwide harmonized light vehicles test proce- dures）即全球统一轻型汽车测试规程，由WLTC循环（工况曲线）和测试规程两大部分组成，是由联合国世界车辆法规协调论坛下设的污染与能源工作组（GRPE）研究制定的全球轻型车排放测试法规[4]。新标准通过对现有测试方法的修订，建立了以常规测试方法为主，低温条件下开启暖风、高温条件下开启空调等特定测试工况为辅的综合评价体系，首次导入了中国汽车行驶工况CLTC（China light-duty vehicle test cycle）试验循环[5]，并增加了缩短法测试流程，修改了试验结果的计算方法，这些重大变化既为了配合乘用车第五阶段燃料消耗量和“双积分”政策的实施，促进2025年汽车节能目标的实现而加快技术升级和加严限值要求，也满足了消费者获得更接近实际能量消耗量和续驶里程的驾驶体验。与旧标准相比，主要差异对比如下表1所示。

表1 新旧标准主要内容差异对比

序号项目2017版标准2021版标准 1适用范围电动汽车轻型电动汽车 2试验环境在20 ℃～30 ℃室温下进行浸车和试验试验温度应设置为23 ℃±5 ℃；浸车温度应设置为23 ℃±3 ℃ 3试验循环NEDC循环CLTC循环 4道路载荷测量与测功机设定行驶阻力测定及在底盘测功机上模拟参照GB 18352.6—2016进行 5测试流程（1）工况法（2）等速法（1）常规工况法（2）缩短法 6特殊测试工况无低温环境开启暖风制热测试；高温环境开启空调制冷测试 7驾驶模式选择厂家推荐的车辆驾驶模式主模式或能耗最高的模式 8REESS电流和电压测量无规定了REESS电流和电压的测试方法和设备 9试验结果获得测量法计算法 10型式认证值无申报值与试验结果的比较和确认 11试验族系无规定了插值系族计算方法 12生产一致性无增加生产一致性保证计划和要求

3 新标准主要内容

3.1 CLTC试验循环工况

新标准中电动汽车的续驶里程和能量消耗量的试验循环，没有沿用传统燃料汽车和混合动力汽车采用的WLTC行驶工况，而是首次导入了CLTC行驶循环工况。该循环工况在广泛深入研究我国汽车实际行驶工况而开发的包括乘用车和商用车在内的中国标准行驶循环工况。2019年10月，由国家市场监管总局正发布了专门针对乘用车部分的GB/T 38146.1—2019《中国汽车行驶工况第1部分：轻型汽车》，该试验循环包括了适用于M1类乘用车的CLTC-P工况，适用于N1类和最大设计总质量不超过3 500 kg的M2类汽车的CLTC-C工况，由1个低速段、1个中速段和1个高速段组成，有效行驶时间为30 min[6]，其速度与时间分布如图1和图2所示。

图1 CLTC-P试验循环工况

图2 CLTC-C试验循环工况

图3 CLTC-P与NEDC循环工况对比

表2 CLTC-P与NEDC循环工况技术指标对比

序号项目NEDC工况CLTC-P工况 1循环工况构成4个市区循环+1个郊区循环1个低速段+1个中速段+1个高速段 2工况特征稳态工况瞬态工况 3有效行驶时间/s1 1801 800 4理论行驶距离/km11.014.5 5平均车速/(km/h)33.629.0 6最高车速/(km/h)120114 7加速比例/%23.228.6 8怠速比例/%22.622.1 9减速比例/%16.626.4 10匀速比例/%37.522.8

NEDC作为一种稳态行驶工况，从近二十年来的应用情况来看，无法体现我国实际道路交通状况和司机驾驶习惯，已经被国六排放试验及传统燃料汽车油耗试验所抛弃，而CLTC行驶工况是专门针对中国驾驶员的驾驶习惯和交通状况，能够较好地与实际情况相吻合。以CTLC-P为例，两者差异及主要技术指标如下图3及表2所示。

3.2 测试流程

3.2.1常规工况法

在底盘测功机上按照CLTC循环工况连续进行试验，直到达到试验终止条件，测试流程见图4所示。期间每4个试验循环允许浸车一次，浸车时间不超过10 min。浸车期间，车辆启动开关必须处于“OFF”状态，关闭引擎盖，关闭试验台风扇，释放制动踏板，不能使用外接电源充电。由于单个CLTC循环行驶距离约14.5 km，近年来上市的电动汽车续驶里程均达到500～600 km，因此完成试验需要行驶34～41个循环，总耗时长达17～21 min。

图4 常规工况法测试流程

3.2.2缩短法

基于CLTC试验循环的常规工况法，长达20 h左右试验时间是无法满足电动汽车的试验需求，所以在此基础上引入了缩短法。该方法规定了车辆运行一个缩短法组合工况,工况运行结束后计算各行驶工况的权重分配系数,通过能耗加权计算出车辆的续驶里程。

对于续驶里程超过8个CLTC循环里程的电动汽车，按照缩短法进行试验。缩短法速度片段由2个试验循环段和2个恒速段组成，其中1和2为试验循环段，分别由2个CLTC循环构成；CSS和CSS为恒速段，由较高的恒定车速构成，用以尽快放电，减少测试时间。测试流程见图5所示。

图5 缩短法测试流程

在测试中，需要确定CSS和CSS两个恒速段的速度和里程。对于M1类乘用车，恒速段的车速推荐设定为100 km/h；对于N1类和最大设计总质量不超过3 500 km的M2类车辆，恒速段的车速推荐设定为70 km/h；也可以根据制造商的要求设定更高的恒速段的车速。按照试验循环2之后的REESS剩余电量不超过总能量消耗量的10%，在此基础上预估出CSS恒速段的行驶里程，而1和2试验循环段的里程是确定的，这样就可以根据总预估里程来计算出CSS恒速段的里程，见公式（1）：

式中：为续驶里程，km；d为CSS恒速段里程，km。

3.3 能量消耗量和续驶里程的结果计算

3.3.1能量消耗量的结果计算

在新版标准中，对能量消耗量的概念进行了拓展，延伸为基于从外部获取电能的能量消耗量（记为）和基于REESS电能变化量的能量消耗量（记为EC），虽然都以整车作为评价基准，但是前者充分考虑了包括整车充电系统、储能系统及动力系统等完整高压系统的能量使用效率，因此适用于表征整车特性的能量消耗量，计算方式见式（2）所示。

式中：为整车能量消耗量，Wh/km；E为测量来自电网的电能，Wh。

而基于REESS电能变化量的能量消耗量EC，主要考虑车辆在运行过程中，储能系统的能量输出以及能量回收系统的电能回馈对整车能耗的影响，排除了充电效率以及储能系统内部的能量消耗，更多的表征整车高压动力系统的能量转化及通过传动系统传递到车轮等最终驱动车辆行驶的机械效率，因此更能准确的模拟车辆在实际行驶过程中的瞬态能量消耗量[7]。通过评估其能量传递效率，实现从整车级、系统级等方面全面评价测试车辆的能耗特性，同时也为续驶里程计算提供了基础数据。计算方法见下式（3）和（4）所示。

式中：EC为基于REESS 电能变化量的第个速度区间的能量消耗量，Wh/km；∆E为测量得到的第个速度区间的REESS的电能变化量，Wh；为速度区间序号，对于完整试验循环，记为；()为在第个速度区间内，测量的输出或输入到REESS在时刻的电压值，V；()为在第个速度区间内，测量的输出或输入到REESS在时刻的电流值，A。

3.3.2续驶里程的结果计算

在2017版标准中，车辆冷启动后在底盘测功机上按照NEDC循环工况持续进行试验，直至达到试验终止条件，其行驶里程即为续驶里程的试验结果。其试验结果的获得虽然简单明了，但是一方面不能体现基于整车行驶能量消耗量特性的纯电续驶能力，另外也不能反映车辆行驶过程中机械能与电能的流动方向及相互转换的瞬时特性，也就无法从整车级、系统级等方面全面评价测试和改进车辆能耗特性和续驶里程[8]。因此，在2021版标准中摒弃了直接测量法，而是采用了加权计算法来获得续驶里程的试验结果。

基于REESS电能变化量的能量消耗量的思路，在试验中通过实时测量储能系统的电流输出和能量回收系统的电流反馈，从而能够计算出在不同行驶工况或速度区间下的整车能量消耗瞬时值与累计值。在此基础上统计并计算出完整循环的平均能量消耗量。此外，大量的试验结果表明，电能汽车冷启动后第一个循环的能量消耗量最高，随着车辆各运行系统达到稳定状态，自第三个循环开始，其每个循环的能量消耗量基本保持一致，因此引入了循环权重的概念，试验过程中记录计算每个循环的能量消耗，并通过计算各个循环的能量消耗量并进行加权计算，获得完整试验周期内的加权平均能量消耗量，从而最终计算出续驶里程的最终试验结果。

（1）常规工况法的续驶里程计算：

式中：E为常规工况法试验前后，REESS的电能变化量，Wh；为试验循环的序号；EC为基于REESS电能变化量第个循环的能量消耗量，Wh/km；为常规工况法试验结束后，车辆所行驶的完整的试验循环数量；K为第个试验循环的权重系数；∆E为第个试验循环的REESS电能变化量，Wh。

（2）缩短法的续驶里程计算：

式中：E为缩短法试验前后，REESS 的电能变化量，Wh；C为试验循环的序号，即两个试验循环段1和2共计4个试验循环。

3.3.3续驶里程的试验结果比较

缩短法由2个试验循环段和2个较高车速的恒速段组成，而常规工况法按照CLTC循环工况连续进行试验，直到达到试验终止条件。计算表明，这两种试验方法具有基本相同的试验结果。在常规工况法和缩短法试验的前后，REESS的电能变化量基本一致，根据前式（5）和（8）可知，因此续驶里程的结果取决于完整试验周期内的加权平均能量消耗量即EC值。

根据前式（7）可知，自第二个试验循环后的循环权重系数是一样的，且由大量试验证明，自第二个试验循环后的每个循环能量消耗量基本是相同的，即可推导出下列结果。

结合上式（11）和式（13）可知，完整试验周期内的加权平均能量消耗量即EC值取决于前三个循环的能量消耗率和其对应的权重系数，与试验循环的数量无关，与恒速段采用的速度和里程无关，这也说明了基于试验循环能量消耗量的计算方法的合理性及其灵活性。

通过对某电动汽车用两种方法进行了实际测试，其结果也证明了常规试验法和缩短法的试验结果的一致性。基于常规工况法的原始试验数据记录如下表3所示。

表3 基于常规工况法的试验结果记录

循环里程/km电能变化量/kWh循环里程/km电能变化量/kWh 114.50−2.4021114.50−2.113 214.50−2.2851214.51−2.120 314.51−2.1251314.50−2.112 414.51−2.1291414.51−2.122 514.50−2.1181514.50−2.121 614.49−2.1101614.51−2.114 714.51−2.1241714.51−2.112 814.50−2.1261814.51−2.120 914.51−2.125196.30−0.835 1014.48−2.121Sum267.36−39.434

对上述测量值，分别计算每个循环的能量消耗量及其对应的权重系数，由此可以得到如下表4所示。

表4 基于常规工况法的试验结果计算

循环能量消耗量/ECDC,C权重系数/KC循环能量消耗量/ECDC,C权重系数/KC 1165.666.09%11145.725.51% 2157.595.79%12146.115.51% 3146.455.51%13145.665.51% 4146.735.51%14146.245.51% 5146.075.51%15146.285.51% 6145.625.51%16145.695.51% 7146.385.51%17145.555.51% 8146.625.51%18146.115.51% 9146.455.51%19132.54 10146.485.51%

依据上式（6）和式（5），可得：

通过对与上述相同的车辆采用缩短法进行试验，从而可以得到的原始试验数据记录如下表5所示。

表5 基于缩短法的试验结果记录

循环里程/km电能变化量/kWh循环里程/km电能变化量/kWh 114.50−2.401314.52−2.110 214.51−2.286414.51−2.118 CSSM150.0−27.755CSSE14.1−2.662 Sum222.14−39.332

对上述测量值，可以分别计算出每个循环的能量消耗量及其对应的权重系数，由此可以得到如下表6所示。

表6 基于缩短法的试验结果计算

循环能量消耗量/ECDC,C权重系数/KC循环能量消耗量/ECDC,C权重系数/KC 1165.596.10%3145.3244.04% 2157.555.81%4145.9744.04% CSSM CSSE

依据上式（9）和式（8），可得：

从同一个车型采用两种不同的试验方法，从最终结果来看基本一致的，但是采用常规工况法，需要在底盘测功机上完成19个循环，总耗时接近10 h；采用缩短法进行试验，不到4 h即可完成试验，在保证试验结果可靠性的基础上极大地提高了试验效率。

4 结语

新标准将与乘用车第五阶段燃料消耗量形成配套，共同支撑“双积分”政策的顺利实施。新标准进一步完善了轻型电动乘用车能量消耗量和续驶里程试验规程，建立起以常规试验方法为主，低温、高温等特殊环境条件试验方法为辅的综合评价体系，为我国汽车节能管理提供了有效支撑。标准实施后将在推动电汽车产品节能降耗、提升车辆全气候适应能力，促进汽车产业健康可持续发展，发挥重要作用。

[1] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法:GB/T 18386—2005[S].北京:中国标准出版社, 2005.

[2] 中华人民共和国工业和信息化部.电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法:GB/T18386—2017[S].北京:中国标准出版社,2017.

[3] 中华人民共和国工业和信息化部.电动汽车能量消耗量和续驶里程试验方法第1部分:轻型汽车:GB/T 18386.1—2021 [S].北京:中国标准出版社,2021.

[4] UNITED NATIONS. United Nations Global Technical Regulation on Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures (WLTP): UN GTR No. 15[S]. Europe: Global Registry,2017.

[5] 中华人民共和国工业和信息化部.中国汽车行驶工况第1部分:轻型汽车:GB/T 38146.1—2019 [S].北京:中国标准出版社,2019.

[6] 孙龙,周博雅,孙颖,等.电动汽车不同工况制动能量回收特征研究分析[C].2020中国汽车工程学会年会论文集(4):中国汽车工程学会,2020:4.

[7] 魏军克.电动汽车整车运行性能检测试验技术研究[J].时代汽车. 2021(8):76-77.

[8] 张永,龚春忠,王可峰,等.电动汽车能量消耗量与续驶里程试验数据处理研究[J].汽车实用技术.2020(21):1-4.

Analysis of Test Standard of Methods for Energy Consumption and Range of Electric Vehicles

LIU Wei1, WANG Jugang2

( 1.China Quality Certification Center, Beijing 100070; 2.SAIC Volkswagen Automotive Co., Ltd., Shanghai 201805 )

Energy consumption and range are key performance indicators of electric vehicle, and the state has released the 2021 version of test standard for energy consumption and range of electric vehicles. In order to promote automakers to understand and implement the new standard, the article describe the evolution history of the standard and analysis the main ideas for the revision of the new standard and the main differences between the old and the new standard. Furthermore, in the new standard the driving cycle, test procedures, test results calculation methods are mainly introduced and analyzed, which supply guidance and reference for automakers to implement the new standard.

Electric vehicle;Energy consumption;Driving range;CLTC

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.021.052

T-652

B

1671-7988(2021)21-194-06

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1671-7988(2021)21-194-06

刘伟，工学学士、工程师，就职于中国质量认证中心，研究方向：汽车CCC认证。