关于混合动力电动摩托车能量消耗量试验方法的介绍

路 林 曹 洋 任 园 陈 辰

（天津内燃机研究所（天津摩托车技术中心）天津 300072）

引言

为应对气候变化，在《巴黎协定》签署5 周年之际，中国向世界宣示了碳达峰和碳中和的国家目标，努力实现向低碳氢能源和非碳氢能源转型。必须承认，消耗碳氢能源，则必有二氧化碳排放。在以化石能源为主的今天，降碳的首要措施应是“提能效、降能耗”。

传统内燃机仍将在相当长的时间里，承担着自走式移动装备主导动力的重担，这个事实不会改变。“提能效、降能耗”的要求，需要内燃机产业推广动力多元化应用。内燃机可以做驱动动力，也可以做混合动力系统的基础动力，还可以做电动汽车的增程发电动力。几种不同的动力方式，可以循序渐进地为减碳作贡献。

混合动力系统将内燃机与储能装置结合，通过先进的电子控制系统组成电机驱动系统，三者最佳匹配将大幅提高能效、降低能量消耗[1]。本文以混合动力电动摩托车为对象，基于欧盟（EU）No 168 和No 134 法规[2-3]的要求，介绍了一种混合动力电动摩托车能量消耗量的测量方法。以期为混合动力电动摩托车能量消耗量进行规范评价提供测试依据，并为我国标准的制定提供参考。

1 车辆分类及行驶模式选择

对于混合动力电动摩托车，按充电方式可分为可外接充电和不可外接充电两种，按行驶模式可分为有手动行驶模式选择功能和无手动行驶模式选择功能两种，本文按照是否可以外接充电，车辆是否具有手动行驶模式选择功能，将混合动力电动摩托车分为四类，具体分类如表1 所示。

表1 混合动力电动摩托车分类

混合动力电动摩托车若具备手动行驶模式选择功能，针对不同的行驶模式需要在试验中按要求进行选择，具体模式选择要求见表2。

表2 行驶模式的选择

2 试验方法说明

对于混合动力电动摩托车，需要测量的项目包括燃油消耗量和电能消耗量两部分。主要的试验内容包括以下几部分：

1）车辆预处理：行驶两个完整的试验循环；

2）预置：车辆置于温度保持为20～30 ℃的室内至少6 h，直到发动机的润滑油和冷却液温度达到室温的±2 ℃范围内；

3）储能装置充电：车辆预置期间，对储能装置充电，达到最高荷电状态；

4）储能装置放电：在试验跑道或底盘测功机上行驶，储能装置放电，直到满足放电终止条件，达到最低荷电状态；

5）测试：根据混合动力车辆的工作原理，可以选择单次循环或多次循环两种测试方法。其中，单次循环在车辆起动前或起动的同时开始取样，并在试验循环的最后一个怠速工况结束后停止取样。多次循环在车辆起动前或起动的同时开始取样，并连续运行一定数量（N 次）的试验循环。在储能装置达到最低荷电状态时的第一个循环的最后一个怠速工况结束后停止取样；

6）测试结果计算：根据测试过程中得到的燃油消耗、电能消耗、行驶里程经过加权计算后分别得到燃料消耗量和电能消耗量。

2.1 A 类和B 类车辆的试验方法

这两类车辆需分别在最高荷电状态和最低荷电状态两种条件下进行试验，试验顺序和项目如表3所示。其中，在最高荷电状态条件下进行测试时，根据混合动力车辆的工作原理，可以选择单次循环或多次循环。在最低荷电状态条件下进行测试时，只能选择单次循环进行测试。

表3 试验顺序和试验项目

两种试验条件下，储能装置荷电状态变化趋势如图1、2 所示。最高荷电状态条件中，电能消耗为e1；最低荷电状态条件中，电能消耗e4=e3-e2。两种试验条件的燃油消耗在测试过程中取得，利用CO2、CO 和HC 排放量，以碳平衡法计算燃油消耗。

图1 最高荷电状态条件试验流程及储能装置荷电状态示意图

图2 最低荷电状态条件试验流程及储能装置荷电状态示意图

2.2 C 类和D 类车辆的试验方法

这两类车辆在进行试验时，如果车辆有行驶模式手动选择功能，需选择车辆的缺省行驶模式进行试验，试验顺序和试验项目如表4 所示。燃油消耗在测试过程中取得，利用CO2、CO 和HC 排放量，以碳平衡法计算燃油消耗。一般情况下，该类车辆的储能装置为化学蓄电池，其电能消耗需通过电量平衡值来获得，并根据燃油消耗量修正系数计算最终燃料消耗量。

表4 试验顺序和试验项目

3 结果计算

对于A 类和B 类混合动力电动摩托车，需要分别计算燃油消耗量和电能消耗量，其计算公式见公式（1）～（4）。

可外接充电类混合动力电动摩托车燃油消耗量计算公式：

式中：C 为燃油消耗量，单位为L/100 km；c1为最高荷电状态条件试验中所得的燃油消耗，单位为L/100 km；c2为最低荷电状态条件试验中所得的燃油消耗，单位为L/100 km；De为单次循环测得的行驶里程，单位为km；DOVC为多次循环测得的行驶里程，单位为km；Dav为假设的储能装置两次充电之间的平均行驶里程：发动机排量＜150 mL 的车辆为4 km；发动机排量≥150 mL，最高车速＜130 km/h 的车辆为6 km；发动机排量≥150 mL，最大速度≥130 km/h 的车辆为10 km。

可外接充电类混合动力电动摩托车电能消耗量计算公式：

式中：E 为电能消耗量，单位为W·h/km；E1为最高荷电状态条件试验所测得的电能消耗量，单位为W·h/km；E2为最低荷电状态条件试验所测得的电能消耗量，，单位为W·h/km；Dtest1为最高荷电状态条件试验中车辆实际行驶的距离，单位为km；Dtest2为最低荷电状态条件试验中车辆实际行驶的距离，单位为km。

对于C 类和D 类混合动力电动摩托车，需要计算燃油消耗量，计算公式见公式（5）：

式中：C 为试验测得的燃油消耗，单位为L/100 km；Q为试验测得的电量平衡值，单位为A·h；Kfuel为燃油消耗量修正系数，单位为（L/100 km）·（A·h）-1。

燃油消耗量修正系数Kfuel的计算公式见公式（6）：

式中：Ci为制造厂第i 次试验测得的燃油消耗，单位为L/100 km；Qi为制造厂第i 次试验测得的电量平衡值，单位为A·h；n为数据个数，不少于6 次。

4 结论

混合动力电动摩托车的能量消耗量包括燃油消耗量和电能消耗量两部分，其测试方法和结果计算方法与传统燃油车或电动车区别明显。本文基于EU法规的要求，根据车辆类型和选择的试验循环，加权计算后得到混合动力电动摩托车的燃油消耗量和电能消耗量，从而体现其整体能量消耗量水平。