某增程式电动汽车北方冬季工况下能耗测试与分析

刘成祺解来卿樊月珍陈龙罗禹贡

（1.北京林业大学，北京100083；2.清华大学汽车安全与节能国家重点试验室，北京100084）



某增程式电动汽车北方冬季工况下能耗测试与分析

刘成祺1，2解来卿2樊月珍1陈龙2罗禹贡2

（1.北京林业大学，北京100083；2.清华大学汽车安全与节能国家重点试验室，北京100084）

【摘要】针对典型北方城市的拥堵道路工况、快速道路工况、高速公路工况、郊区道路工况和山区道路工况，测试了深冬季节某增程式电动汽车在实际道路下的电耗和油耗数据，并对测试数据进行了统计分析。在此基础上，研究了该地区实际道路下导致该车电耗和油耗存在差异的原因，并与丰田Prius在相同条件下的平均油耗进行了对比分析，指出了该车在城市路况下的优势。

1　前言

随着能源与环境问题越来越突出，新能源汽车尤其是增程式电动汽车成为世界各大汽车企业研发的热点[1～3]，各汽车公司相继推出了增程式电动汽车车型，如通用公司的雪佛兰Volt和宝马公司的宝马i3增程版等。目前，我国对于增程式电动汽车的测试主要包括车辆油耗特性、排放性能、空气动力学性能、碰撞性能、操纵稳定性、制动性等方面[1～10]，没有只针对增程式电动汽车在北方典型城市工况下的能耗测试。为此，本文以某增程式电动汽车作为试验对象，根据北京市道路特点制定试验方案，测试深冬季节该车在北京市实际道路上的运行状况，并对测试的电耗和油耗数据进行统计分析，以探讨导致该车电耗和油耗较高的原因。

2　试验方案设计

2.1试验对象

试验车辆为某增程式电动汽车，该车主要性能参数如表1所列。

2.2试验路线

为验证该增程式电动汽车在不同实际道路下的特性，选择5种典型的道路进行试验，包括拥堵的市区道路、相对拥堵的市区快速道路、高速公路、代表郊区工况的郊区道路和山区道路等，并分别命名为模式1～模式5。

表1　某增程式电动汽车主要性能参数

通过对北京交通情况的调研与分析，选定路段如下：

模式1为中关村路段，该路段为双向六车道，总长15 km，每300～400 m设有交通灯，人流量和车流量非常大，属于交通拥堵路段。

模式2为北四环主路和北五环主路，该路段为双向八车道，总长20.2 km，无交通灯，限速为80 km/h，车辆通行速度较快，属于交通相对拥堵路段。

模式3为京新高速路段，该路段为双向六车道，总长26.5 km，限速为100 km/h，该路段人流量和车流量比较大。

模式4为城市高速路与山区道路的中间过渡路段，该路段总长仅为8.7 km，人流量和车流量较少，没有拥堵情况。

模式5为怀长路山路路段，该路段为双向双车道，总长15.6 km，限速为60 km/h。该山路的坡度较大，路段相对拥堵，该模式的测试包括上山和下山两种工况。

2.3试验时间

针对北京市1周内交通拥堵情况，试验分别在3个具有代表性的不同时间段进行，包括周一早上、周二晚上以及周四早上。周一和周四早上的测试包括所有模式，周二晚上的测试只包括模式1和模式2。其中周一早上的交通情况可以反映出节假日后上班高峰时的交通情况，周四早晨可以反映出平时上班高峰时的交通情况，周二晚上可以反映平时下班高峰时的交通情况。

该增程式电动汽车的工作模式包括纯电动模式和增程模式，当电量充足时车辆以纯电动模式行驶，而当电量不足时车辆才进入增程模式，因此需要对车辆分别进行电耗测试和油耗测试。每天在电耗试验完成后，将车辆充满电以备第2天试验；在进行油耗试验前，需要使车辆保持在馈电状态。电耗试验和油耗试验各持续2周，每个时间段对应的测试模式如表2和表3所列。

表2　电耗试验次数

表3　油耗试验次数

2.4试验人员

为避免不同驾驶员的驾驶习惯对试验的影响，整个试验均由1名具有30年驾驶经验的男性驾驶员完成，并以平时的驾驶方式按既定路线进行试验。

2.5试验设备

在试验车内加装油耗仪、RT3000/GPS惯导组合系统和摄像机等设备进行电耗和油耗的测试分析。其中，油耗仪（图1）可测量瞬时油耗；摄像机用来监控车内仪表盘上的电耗值；RT3000（图2）能够实时地对车辆的运动做高精度的测量，该设备可以测试的参数包括GPS数据、加速度、角速度、航向、俯仰角和侧倾角等。

图1　油耗仪

2.6试验条件

试验在良好的天气下完成，因为北京冬季天气较冷，行车过程中需要开启空调，为了避免空调系统对试验的影响，在整个试验过程中空调始终维持在22℃。

图2　RT3000/GPS惯导组合系统

3　试验结果

3.1北京道路电耗试验结果

车辆在各模式下的电耗平均值、制动回收的电能平均值以及实际电耗平均值（车辆电耗平均值与制动回收的电能平均值的差值）的统计结果如图3所示，各模式下的平均电耗如表4所列。

图3　各模式下的电量消耗曲线

3.2油耗试验结果

车辆在各模式下的油耗试验结果如图4所示。模式1～模式5的平均油耗分别为8.48 L/100 km、

表4　各模式下的电耗　kW·h/100 km

图4　各模式下的油耗试验结果

5.87 L/100 km、7.01 L/100 km、8.12 L/100 km和6.54 L/

100km。

4　能耗的影响因素分析

4.1电耗影响因素分析

通过对电耗统计结果的分析可知，各模式下车辆电耗的相互关系如表5所列。

表5　各模式下的车辆电耗对比

由表5可知，由于模式1工况下道路拥堵情况严重，车辆频繁制动，车辆制动能量回收量大。但在模式1时的电耗平均值比模式4时大的情况下，模式1的实际电耗平均值却比模式4的小，这说明该车在拥堵路况下具有很强的制动能量回收能力，导致能耗较少。在驾驶员驾驶该车的过程中也可以发现，除紧急情况外，车辆在需要制动时只需抬起油门踏板就可以很快制动，实现了真正意义上的车辆单踏板行驶。

根据表4可知，模式3工况下车辆的实际电耗是最大的，因此需要对该模式下电耗偏高的原因进行分析。图5为模式3工况下车辆的速度曲线和加速度曲线。

图5　模式3工况下车辆的速度和加速度曲线

由图5a可看出，在模式3工况下车辆速度基本维持在26～27 m/s，此时车辆速度偏高，导致模式3时车辆空气阻力较大；由图5b可看出，车辆大的加速与大的减速情况较多而且很频繁；由表5可知，在模式3时车辆制动能量回收在各模式中是最少的。由此可知，在模式3工况下车辆需要提供更大的功率和扭矩，电耗较大，所以模式3工况下车辆实际电耗高于其它模式。

4.2油耗影响因素分析

由油耗试验结果可知，模式1工况下的各次试验结果差异较大，最低油耗为7.35 L/100 km，最高油耗为9.61 L/100 km，差值达2.26 L/100 km，其它模式下油耗差异较小。因此需要对引起模式1油耗较高的原因进行分析。

4.2.1制动能量回收对油耗的影响

增程式电动汽车在制动加速过程中产生制动能量回收，从而导致能耗减少，制动能量回收占总能量比例越大，能耗也越低。制动能量回收占总能量比例与油耗关系如图6所示。

图6　油耗与制动能量回收比例关系

4.2.2怠速不停机对油耗的影响

增程式电动汽车在怠速行驶或停车时，发动机应处于停机状态，以起到怠速节油的目的。然而该车在拥堵的模式1工况下，由于车流量较大以及交通灯较多，车辆起停过于频繁，当车速降为零且加速度趋于零时，出现发动机怠速不停机现象，从而导致油耗偏高。图7为怠速不停机对油耗的影响曲线。

4.2.3制动不停机对油耗的影响

增程式电动汽车在紧急制动或滑行制动时，工作在制动能量回收状态，此时发动机应处于停机状态，电机回收制动能量，起到节油的目的。然而如图8所示，当该车制动时发动机并没有停机，而是继续处于工作状态，从而导致油耗偏高。

由上述可知，因模式1工况下存在制动能量回收、发动机怠速不停机和发动机制动不停机等影响因素，从而导致模式1工况下的油耗相对较高。

图8　制动不停机对油耗的影响

5　试验车辆油耗与丰田Prius油耗对比

在北京深冬季节，分别在模式1、模式2和模式3工况下对该增程式电动汽车与丰田混合动力汽车Prius[4]进行油耗对比试验，结果如表6所列。

表6　各模式下车辆油耗平均值对比结果　L/100 km

由表6可知，在模式1工况下，该增程式电动汽车的油耗比丰田Prius低1.412 L/100 km,而在模式2和模式3工况下，该车的油耗分别比丰田Prius高0.5 L/100 km和2.063 L/100 km。由此可知，与丰田Prius相比，该增程式电动汽车在拥堵路况的油耗较低，较适合北京拥堵路况。

6　结束语

以某增程式电动汽车为试验车辆，测试了在北方冬季典型实际道路上的电耗和油耗，得到以下结论：

a.试验车辆在高速公路路况下的电耗最高，而在城市快速路况下的电耗最低；在城市拥堵路况下油耗最高，而在城市快速路况下油耗最低。

b.试验车辆的电耗和油耗在各模式下差异较大，其中空气阻力以及大的加速和大的减速等情况是引起电耗差异的主要原因；而车辆制动能量回收情况、发动机怠速不停机和发动机制动不停机等是引起油耗差异的主要原因。

c.相对于丰田混合动力汽车Prius，该增程式电动汽车在拥堵路况的油耗较低，较适合北京拥堵路况。

参考文献

1陈清泉,孙逢春,祝嘉光.现代电动汽车技术.北京:北京理工大学出版社,2002.

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5李深,赵峰,付晓丹,等.混合动力轿车非平原地区工况燃油消耗试验研究.汽车技术, 20101（7）:47～50.

6宋国华,于雷,莫飞,等.混合动力车与传统汽油车的排放对比试验研究.汽车工程,2007.

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9崔成.评测宝马i3增程版提速快/续航里程是短板.http:// news. bitauto. com/ test/ 20140714/ 0306467131_all. html, 2014-07-14.

10李博旭.碳纤维车身是焦点解析宝马i3碰撞测试.http:// www. autohome. com. cn/tech/201312/673636.html, 2013-12-03.

（责任编辑文楫）

修改稿收到日期为2015年7月6日。

Test and Analysis on Energy Consumption of A Rang Extended Electric Vehicle in Winter of Northern China

Liu Chengqi1,2, Xie Laiqing2, Fan Yuezhen1, Chen Long2, Luo Yugong2
（1.Beijing Forestry University, Beijing 100083; 2. State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy, Tsinghua University, Beijing 100084）

【Abstract】For the typical conditions in the northern cities of China, such as city congestion, expressway conditions, highway conditions, suburban conditions and mountain road conditions, electricity consumption and fuel consumption of a range extended electric vehicle are tested in the late winter. Statistics analysis is made to test results. Based on this analysis, the cause of electricity consumption and fuel consumption differences in this area on real road is studied. Finally, average fuel consumption of the vehicle is compared with that of Toyota Prius under the same condition, and advantages of the vehicle in urban road conditions are stated.

Key words:Rang Extended Electric Vehicle，Road Test，Electricity Consumption，Fuel Consumption

中图分类号:U467.1+1

文献标识码:A

文章编号:1000-3703（2016）02-0045-05

通讯作者：罗禹贡，男，副研究员，lyg@tsinghua.edu.cn.

主题词:增程式电动汽车道路试验电能消耗燃油消耗