试验工况切换对纯电动汽车续驶里程的影响及优化

肖舒颖，杨 博，宋桂晓，蔡正雷，管 炜，姚炎炎

试验工况切换对纯电动汽车续驶里程的影响及优化

肖舒颖，杨 博，宋桂晓，蔡正雷，管 炜，姚炎炎

（武汉菱电汽车电控系统股份有限公司，湖北 武汉 430048）

过去国家标准使用的新标欧洲循环测试（NEDC）循环工况存在与实际行驶条件不符、测试周期长、计算方式单一等问题。《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）中的工况切换（NEDC至中国轻型车测试周期（CLTC））和测试方法的更新大大推进了我国纯电动汽车续驶里程的测试和评价方法。文章基于缩短法，结合新能源汽车补贴政策，以纯电动汽车为研究对象，重点研究NEDC和CLTC工况下纯电动汽车续驶里程的差异，并分析其影响因素，提出优化策略。结果表明：在对20款纯电动车型的测试中，中国轻型车乘用车试验周期（CLTC-P）循环下测得的续驶里程平均略高于NEDC续驶里程，工况变更导致续驶里程平均增加2.2%。影响续驶里程的因素主要有滚动阻力、空气阻力和电机消耗。

纯电动汽车；补贴政策；续驶里程；行驶工况；缩短法

随着新能源汽车的不断发展，纯电动汽车的市场保有率日益提升。根据中国汽车工业协会的数据，2021年纯电动汽车产销量分别达到291.4万辆和288.2万辆，同比增长约179%和170%[1]。新能源汽车具有低能耗、零污染、低噪音、维护方便的特点，在缓解能源短缺压力、减少空气污染、促进替代能源快速进入交通系统等方面发挥着关键作用[2]。在诸多优点之下，纯电动汽车也面临着续航焦虑。新标欧洲循环测试（New European Driving Cycle, NEDC）作为90年代欧洲用理论炮制出来的数据，与事实相差甚远，在NEDC工况下测得的虚高的续航里程也一直被大众所诟病。在众多呼声下，2015年工信部下达更换续航工况的要求，2019年中国轻型车测试周期（China Light Vehicle Test Cycle, CLTC）正式发布，2021年10月1日替换NEDC，且到2025年前，新能源汽车测定续驶里程都将采用中国行驶工况。续驶里程作为纯电动车最为关键的指标，工况切换后测试方法的研究和优化尤为重要。本文对缩短法进行了循环分析，并研究了缩短法下续驶里程的计算方法，对工况切换后续驶里程的变化进行了对比，并提出了优化方案。

1 国内政策与法规现状

1.1 新能源汽车产业发展规划

《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》[3]提出，2030年新能源汽车的销售量占比要达到汽车总销量的20%；到2035年，纯电动汽车成为主流销售车辆，并且公共领域用车全面电动化。

1.2 双积分政策

2021年双积分政策基于标准《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》（GB 27999—2019）[4]，要求进行工况切换，即纯电动乘用车从NEDC工况切换到中国工况。

1.3 新能源汽车财政补贴政策

新能源补贴政策呈现逐年递减的趋势，根据财政部等四部门联合发布的《关于2022年新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》[5]，2023年开始将不再进行补贴。这意味着到2022年年底，正式完成将新能源汽车引入市场的工作。相较于2021年，公务车领域补贴额度下降20%，其他非公领域下降30%。

2022年购置补贴政策维持技术指标门槛不变，企业不需要做出相应调整。纯电乘用车具体技术要求为：30 min最高车速不低于100 km/h；工况法续驶里程不低于300 km；电池系统的质量能量密度不低于125 Wh/kg，如表1所示。

表1 里程补贴倍数

续驶里程/(R/km)300≤R＜400R≥400 补贴倍数0.911.26

1.4 政策分析

《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》（GB 27999）中燃料限值虽然没变，但工况切换后，同类车型续驶里程约增加5%，能量消耗量约减少5%，对于续驶里程在300 km左右的交叉型乘用车来说，工况切换和试验方法对续驶里程的影响直接决定着是否能拿到补贴。因此，对CLTC和缩短法进行分析并针对其特点做出优化，对交叉型乘用车来说十分关键。

2 试验工况及方法

2.1 试验循环分析

NEDC主要模拟工况为市区和郊区，包括四个市区循环和一个郊区循环，共1 180 s。NEDC循环总里程11.03 km，平均速度33.6 km/s，匀速占比高达37.5%。

CLTC为中国轻型汽车行驶工况，主要模拟市区和市郊工况，对于纯电乘用车，准确来说是中国轻型车乘用车试验周期（China Light-duty Vehicle Test Cycle-Passenger, CLTC-P），其循环工况包括低速、中速、高速3个部分，总里程14.48 km，最大速度114 km/h，平均车速28.96 km/h，匀速占比只有22.83%。具体参数对比如表2所示。

表2 工况特征参数对比

工况NEDCCLTC-P 工况时长/s1 1801 800 工况里程/km11.0314.48 平均速度/(km/h)33.628.96 平均运行速度/(km/h)43.5037.18 最高车速/(km/h)120114.00 平均减速度/(m/s2)-0.75-0.49 减速比例/%16.6026.44 平均加速度/(m/s2)0.530.45 加速比例/%23.2028.61 匀速比例/%37.5022.83 怠速比例/%22.622.11

由表2可以看出，NEDC是稳态工况，怠速比例较高，不适合我国市区行驶频繁加减速的情况；中国工况是瞬态工况，且具有平均速度低、怠速比例高、频繁加减速的特点，更能适应我国道路特征。随着测试理论的发展和测试技术的提升，在不断的探索与实践过程中，NEDC稳态工况逐渐被取代，CLTC更能支撑未来车型的开发以及更贴近实际驾驶的车型信息。NEDC与CLTC的循环速度曲线依次如图1、图2所示。

①—市区循环；②—市郊循环；③—基本的市区循环。

图2 CLTC-P循环速度曲线

2.2 试验方法

国家标准委员会发布的《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 18386.1—2021）[6]中，规定了适用于N1及最大设计总质量小于等于3 500 kg的纯电动汽车测能耗参数的试验方法，有常规法和缩短法两种，分别如图3和图4所示。

图3 常规法续驶里试流程示意图

图4 缩短法续驶里试流程示意图

由于常规法试验周期过长，效率过低，本文中将着重叙述缩短法下能耗和续驶里程的变化。缩短法包含2个试验循环段和2个恒速段，常温续驶里程超过8个中国工况里程[7]。如图5所示，第1个循环段（DS1）和第2个循环段（DS2）各包含2个 CLTC-P循环，CSSM和CSSE为恒速段，两个恒速段的车速设置最低为100 km/h。DS2完成后，REESS的剩余电量应不超过整个试验的10%。缩短法续驶里程试验构成如图5所示。

图5 缩短法速度片段构成（N1类车辆目标车速）

3 续驶里程的计算

3.1 续驶里程计算公式

根据《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 18386.1—2021），基于缩短法的续驶里程计算公式为

式中，REESS,STP为缩短法试验前后REESS的电能变化量，W·h；DC为循环能量消耗量，W·h/km；K为第个试验循环的权重系数。

REESS电量变化计算公式为

REESS,STP=∆REESS,DS1+∆REESS,CSSM+

∆REESS,DS2+∆REESS,CSSE（4）

式中，∆REESS,DS1为试验循环段DS1段所有REESS的电量变化，W·h；∆REESS,CSSM为恒速段CSSM段所有REESS的电量变化；W·h；∆REESS,DS2为试验循环段DS2段所有 REESS 的电量变化，W·h；∆REESS,CSSE为恒速段CSSE段所有REESS的电量变化，W·h[8]。

3.2 循环充放电特征

DS1：第一个CLTC-P循环起始电量状态为满电饱和状态，减速工况时产生的正向回收电流没有或极少。随着时间的推移和行驶距离的增加，电池放出一定的电量后，回收电流强度逐渐达到正常状态并保持稳定。因此，在工况相同的情况下，两个循环的输出电量应当相近，第二个CLTC-P循环回收电能应大于第一个CLTC-P循环。总的来说DS1的REESS电量变化由快到慢，权重系数K1>K2。

DS2：第2个循环段处于组合工况后期，能量回收系统处于正常平稳状态。两个CLTC-P循环工况输出电量相近，回收电量相近，总的来说DS2两个循环工况的REESS电量变化相近，权重系数K3>K4。

CSSM与CSSE：恒速段速度最低为100 km/h，车速过低，一方面不利于消耗电量，另一方面更容易满足速度公差带内的速度要求，这两个方面都会致使试验截止时间后移，造成REESS放电量的增加。由公式（1）可以得到，REESS放电量的增加会导致续驶里程的上升，降低缩短法的合理性。运行恒速工况时，车辆电池保持稳定放电状态，不需要松开加速踏板制动，基本无回收电流的产生。

由上述可知，两个循环段中的四个循环由于工况相同消耗的电能基本相同，两个恒速段的能量消耗维持在稳定状态。因此，续驶里程计算是否准确，难点在于权重系数的估算[9]。

4 试验结果及优化

4.1 试验结果对比

本文选取20个车型，续驶里程范围在150～410 km，对其在NEDC循环下和CLTC-P循环下测得的续驶里程做出对比，结果如图6所示。

图6 NEDC和CLTC-P续驶里程的对比

由图6可知，20款车型中有15款车型CLTC-P下测得的续驶里程高于NEDC，占比75%。变化范围在−7.4%～15.4%，续驶里程平均增加2.2%。续驶里程在250～350 km的车辆切换工况对续驶里程的影响不大，小续驶里程（<250 km）和大续驶里程（>350 km）的车辆切换工况影响较大，主要体现为小续驶里程车辆测试结果变高，大续驶里程变低。综合来看，CLTC-P所测续驶里程曲线比较平缓，工况组合情况更为合理。

图7 NEDC能量流分配比例图

图8 CLTC能量流分配比例图

由图7、图8所示，NEDC和CLTC循环下消耗能量前三的都是滚动阻力、空气阻力和电机消耗。相比于NEDC，CLTC克服空气阻力的能耗明显降低，而机械制动产生的能耗大幅增高[10]。

4.2 优化方案

续驶里程在270～300 km附近的车辆循环切换的影响总体来看有所降低，结合上述1.3纯电动汽车补贴政策来看，针对CLTC-P循环曲线特性优化整车续驶里程十分有必要。

4.2.1 整车优化

为降低滚动阻力和空气阻力，可使用低滚阻轮胎和实现整车轻量化。车身使用高强度钢，不仅可以减轻重量，也提高了车辆的安全性能，具有高强度、工艺成熟及经济性能良好等优点，目前被市面上广泛采用；也可使用复合材料，聚烯烃在车辆中的应用这几年来不断创新，使用率随之增加，其密度小、性能好且成本低廉，在整车的应用方面未来前景广阔。

4.2.2电池管理技术提升

电池容量无疑是决定续驶里程最重要的因素之一。综合车辆的成本、市场定位、安全性能等因素，电池容量的增加存在诸多约束。这就需要突破电池管理技术瓶颈，增强蓄电池充放电能力控制的能力，以及增加对蓄电池工作温度、工作过程的监控。

4.2.3制动能量回收

可逆电机在车辆行驶时表现为电动机，在减速或刹车时则表现为发电机。电动汽车的能量回收系统正是依赖可逆电机在驾驶员松开加速踏板并踩下制动踏板时利用电磁感应产生正向电流，将车辆动能转化为电能储存起来，实现能量回收的作用‎。市面上大多采用双踏板并联再生制动系统，即松开加速踏板并踩下制动踏板实现能量回收。使用制动踏板会有相当一部分动能转换为热能，造成能量损失，因此，尽可能只通过松开加速踏板进行减速，可以有效提高能量回收效率。

5 结论

本文基于《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），对不同工况下纯电动汽车的续驶里程展开了系统性的研究，通过试验标准的分析以及试验结果的对比，得到以下结论：

1）NEDC已经无法真实反映电动车的续驶里程，应逐渐发展CLTC循环工况，CLTC更能贴切中国道路路况以及中国消费者驾驶习惯。新能源补贴政策中，续驶里程达到300 km/h是拿到补贴的一个关键点。总的来说，工况的切换使平均测试续驶里程提升，有助于交叉型乘用车拿到补贴。

2）CLTC相对于NEDC更多变化工况，试验里20款车型中使用CLTC-P循环提升了续驶里程的达到75%，平均增加2.2%。小续驶里程车辆测试结果变高，大续驶里程变低。

3）续驶里程测试方法中缩短法科学性较好，在大幅提高了试验效率的情况下也体现了CLTC- P循环初期和循环末期的特征，初期能量回收较少，循环能量消耗量DC较大，在第二个CLTC-P循环正向回收电流趋于稳定正常。

4）CLTC循环下，能量消耗主要由滚动阻力、空气阻力和电机消耗为主，车辆企业可以通过整车轻量化、电池管理技术提升和能量回收等方案减少能量消耗，以增加续驶里程。

[1] 陈川,夏丽娜,康泽军,等.新能源汽车监控数据应用场景及展望[J].时代汽车,2022(6):108-110.

[2] 程浩.浅析新能源汽车的发展趋势[J].汽车实用技术, 2019,44(22):1-2.

[3] 国务院办公厅.关于印发新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）的通知[Z].2020-11-02.

[4] 中华人民共和国工业和信息化部.乘用车燃料消耗量评价方法及指标:GB 27999—2019[S].北京:中国标准出版社,2019.

[5] 财政部、工业和信息化部、科技部、发展改革委.关于2022年新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知[EB/OL]. (2021-12-31) [2022-10-20]. http://jjs. mof.gov.cn/zhengcefagui/202112/t20211231_3780322.htm.

[6] 全国汽车标准化技术委员会.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 18386.1—2021[S].北京:中国标准出版社,2021.

[7] 刘志超,郑天雷,龚慧明,等.基于中国工况的纯电动乘用车续驶里程评价方法研究[J].汽车工程,2021,43 (5):705-712.

[8] 姚勇,郭成胜,孙龙,等.基于缩短法的纯电动汽车续驶里程电能特征研究[J].小型内燃机与车辆技术, 2022,51(2):50-57.

[9] 陈燎,杨帆,盘朝奉.基于电池能量状态和车辆能耗的电动汽车续驶里程估算[J].汽车工程学报,2017(2): 113-122.

[10] 蓝国田.新能源汽车续航能力与电池安全管理初探[J].时代汽车,2022(7):131-133.

Influence and Optimization of Driving Range of Pure Electric Vehicle Based on Different Operating Conditions

XIAO Shuying, YANG Bo, SONG Guixiao, CAI Zhenglei, GUAN Wei, YAO Yanyan

( Wuhan Lincontrol Automotive Electronic Company Limited, Wuhan 430048, China )

The new European driving cycle (NEDC) conditions used in the past national standards are inconsistent with the actual driving conditions, long test cycle, single calculation method and other problems. The update of the test methods for condition switching(NEDC to China light vehicle test cycle (CLTC)) and testing in the:(GB/T 18386.1—2021)have significantly advanced the test and evaluation methods for the range of pure electric vehicles in China.Based on the shortening method and combined with the new energy vehicle subsidy policy, this paper takes pure electric vehicles as the research object, focuses on the difference of the driving range of pure electric vehicles under NEDC and CLTC conditions, analyzes its influencing factors, and proposes the optimization strategy. The results show that, in the test of 20 pure electric models, the average driving range measured under China light-duty vehicle test cycle-passenger(CLTC-P)cycle is slightly higher than that of NEDC, and the average driving range increased by 2.2% due to the change of working condition. The main factors affecting the driving range are rolling resistance, air resistance and motor consumption.

Pure electric vehicle; Subsidy policy; Driving mileage; Driving cycle;Shortening method

U467.1

A

1671-7988(2023)10-12-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.010.003

肖舒颖（1999—），女，工程师，研究方向为汽车节能减排，E-mail:xiaoshuying@lincontrol.com。