插电式混合动力乘用车主性能统计与分析评价

董学锋

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(中国第一汽车集团有限公司研发总院,长春 130011) 【摘要】对《免征车辆购置税的新能源汽车车型目录》(第一批到十五批)中的插电式混合动力乘用车相关数据进行统计,作出整车整备质量、纯电续驶里程、能量密度、燃料消耗量等相关趋势线,通过对主参数与主性能的梳理与总结,获得了插电式混合动力乘用车的主性能与主参数间的部分规律,并对插电式混合动力乘用车的评价方法进行了探讨。 主题词:插电式混合动力乘用车 主性能 统计评价U469.72 A 10.19620/j.cnki.1000-3703.20180244中图分类号: 文献标识码: DOI:

Main Performance Statistics, Analysis and Evaluation of Plug-in Hybrid Electric Passenger Car

Dong Xuefeng General R&D Institute of China FAW Group Co., Ltd., Changchun 130011) ( Statistics of relevant data in the New Energy Vehicle Catalogue For Exemption From Vehicle Purchase【Abstract】Tax" (The first to the fifteen batch of Plug- in Hybrid Electric Vehicles (PHEV)) was made, relevant trend lines including vehicle curb mass, electric drive range, energy density, fuel consumption etc., were established. By teasing out and summarizing main parameters and performance, some rules between main performance and parameters of PHEV obtained, evaluation method of PHEV was discussed.

Key words: PHEV for passenger car, Main performances, Statistical evaluations 1 前言

为了提升乘用车节能水平,缓解能源和环境压力,建立节能与新能源汽车管理长效机制,促进汽车产业健康发展,我国制定了《乘用车企业平均燃料消耗量与新,2018 4 1能源汽车积分并行管理办法》 年 月日起施行。中国在财政和政策上实施免税等一系列措施以示2017 12对新能源汽车发展的积极鼓励,截至 年 月,共发15布了批《免征车辆购置税的新能源汽车车型目录》(以下简称《目录》),对其中的插电式混合动力乘用车,列出了汽车生产企业名称、车辆型号、通用名称、纯电动续驶里程、燃料消耗量、发动机排量、整车整备质量、动力蓄电池组总质量和动力蓄电池组总能量等生产企业89信息和基本技术指标。本文针对《目录》中共 款插电6式混合动力乘用车的项主性能进行统计计算和性能分析,从而得出总体性能趋势、性能特征及水平。

2 动力电池主性能 2.1 动力电池的能量密度

动力蓄电池的能量密度即动力蓄电池组总能量与其总质量之比。目前,影响新能源汽车发展的瓶颈是电池,动力电池的能量密度尚不理想[1],体积、质量均较大。兼有内燃机动力和电池电机驱动的双系统插电式混合动力汽车,在充电设施还不完善的今天,虽然可消除用户的顾虑,但也大幅提高了汽车结构和性能的复杂程度,整车整备质量和成本也大幅增加。利用《目录》中插电式混合动力乘用车的相应数据,可得插电式混合动84.83 W·h/kg,力用动力电池的能量密度平均值是 明显107.45 W·h/kg低于纯电动乘用车的。以动力电池组总质量Ge为横坐标,对应的总能量Ee为纵坐标,形成散点1 Ee= 0.066 6Ge+2.787 8图及趋势线如图 所示,其中为趋势平均线,反映了插电式混合动力乘用车用动力电池的

平均性能,也代表总体的平均水平,以此线为基线,上、1下平移,得到不同截距的平行线,从图 可知,动力电池Ee= 0.066 6Ge+组总能量与其总质量之间的关系,基本在6 Ee= 0.066 6Ge- 2 3与 之间,高于此范围的样本有 个,低2于此范围的样本有 个。其中电池能量密度最高的一BMW i3款轿车为“纯电动 升级款增程型”,动力电池的256 kg, 33 kW·h总质量为 动力蓄电池总能量是 。

2.2 动力电池质量与整车整备质量

混合动力汽车是内燃机汽车和电动汽车的混合体,是燃油汽车时代向电动汽车时代转变时期的过渡方案之一[2],因为具有双系统,比同级传统内燃机汽车重100~200 kg;与纯电动车相比,其电池数量少、总能量低、纯电续驶里程短,所以动力电池质量占比低。同时,混合动力也在通过轻量化技术平衡动力电池带来的质量增加[3- 4]。分析《目录》中的混合动力乘用车数据,得到动力电池组质量与整车整备质量的占比平均值是8.97%;关联动力电池组总质量与整车整备质量,生成2 Ge= 0.024如图所示的散点图,总体的统计平均线为4Gz + 113.54 + 175~+ 75, Ge= 0.024。取不同的截距 形成4Gz+175 Ge= 0.024 4Gz+75与 之间的平行线族,可获得样本1 800 kg的分布情况。例如,整车整备质量为 的混合动力7%~12%乘用车,动力电池组的质量占比为 。

3 整车主性能 3.1 纯电续驶里程与整车能量密度

影响混合动力汽车纯电续驶里程的主要因素是汽车的总质量、动力电池组总能量及系统阻力(包括滚阻、 风阻和系统效率)等。混合动力乘用车的纯电续驶里程100 kg是在其整车整备质量基础上增加 作为试验质量, NEDC按标准的试验循环在底盘测功机上测得,称为工况法续驶里程[5]。将动力电池组总能量与整车整备质量之比定义为整车能量密度Eg,并以它为横坐标,以纯电续驶里程Se为纵坐标,得到图3所示的纯电续驶里程与整车能量密度的关系。两者之间的统计关系可用Se= 10.68Eg- Δ Se= 10.68Eg- 13.736的斜线族来描述,其中Δ=40 Δ=30 Δ=20为趋势平均线,图中分别给出了取 、、、Δ=10 Δ=0 Δ和 的斜线族。 反映的是当量的系统消耗里Δ程,越小,说明车辆系统内的能量消耗越小,也体现出越高的产品技术水平。从能量平衡的角度讲,插电式Se≤ 10.68Eg混合动力乘用车的纯电续驶里程 。

3.2 电池总能量与质量里程积

引入“质量里程积” [6]的概念,探讨电池的总能量Ee与质量里程积GzSe的关系,如图4 4所示。图中,趋势平Ee= 0.530 3( GzSe) R2= 0.73,均线为 0.676 8,相关性离差基本±4 kW·h ±2 kW·h在 范围内,主流数据点在范围内。同样,其离差可以理解为由滚动阻力、风阻、电转化效率及传动效率的不同所引起。在平均线下方的,能源利用率高,反之,能源利用率低。

3.3 广义耗电量

将电池的总能量与纯电续驶里程之比定义为广义纯电百公里耗电量[6]: Ye= 100Ee/ Se 1) (以《目录》中插电式混合动力乘用车的有关数据为样本,获得整车整备质量与广义百公里耗电量的关系如

5 Yp= 13.337lnGz- 79.121,图 所示,趋势平均线表达式为 0.8~1.2样本数据多聚集在趋势平均值的倍。即对于插电式混合动力乘用车,其纯电续驶里程Se、动力电池总能量Ee及整车整备质量Gz三者之间的关系可简单描述为: 100Ee/ Se=( 0.8~1.2)(13.337lnGz-79.121) 2) (

3.4 燃油消耗量与整车整备质量

发动机的燃油经济性直接影响混合动力汽车的整车经济性[7- 8],插电式混合动力汽车有时为电驱动,有时为油电混合驱动,如不考虑电耗,且电驱动行驶里程6计入燃油驱动里程,燃料消耗量必然较低。图所示为混合动力乘用车的燃料消耗量Qs与整车整备质量Gz Qs= 0.630 4Gz+0.760 3,的关系,其统计平均线可写成 仅Qs= 0.630 4Gz考虑燃料消耗量,较高技术水平的产品在Qs= 0.630 4Gz+1 Qs= 0.630 4Gz+2左右,若油耗在 和之间,在混合动力乘用车中油耗较高,即燃油经济性较差。

3.5 燃料消耗量与纯电续驶里程

混合动力汽车的电动续驶里程分担了燃料消耗量,因此,其纯电续驶里程越长,燃料消耗量也相应变小。燃料消耗量Qs与纯电动续驶里程Se的关系如图7所示,平Qsp= 50.369Se- 7 Qs= 0.8Qsp均趋势可写成0.798,图 给出了、Qs= 1.2Qsp Qs= 1.4Qsp 3和 的条曲线,表征着不同的燃油消0.8Qsp耗水准。显然,目前在 附近的,其燃油经济性好。

3.6 发动机排量与整车整备质量

插电式混合动力汽车的发动机排量随着整车整备2.0 L质量的增加而增加,目前,发动机排量主要集中在 、1.5 L 1.0 L, 1 836~2 515 kg、 对应的整车整备质量分别为 、1 510~2 170 kg 1 430~1 735 kg, 10、 如图 所示。排量最 BMW i3小的样本是“纯电动升级款增程型”,其发动机647 mL, 1 390~1 430 kg排量为 整车整备质量为 。

4 插电式混合动力乘用车评价 4.1 综合因数与评价

对于插电式混合动力汽车,我们对技术指标的愿景是:动力电池的能量密度大、纯电续驶里程长、整车整备质量小、燃料消耗量低,因此引入综合因数: Le = Se · Ee 3) ( GzQs Ge 3)从式( 可知,综合因数Le与电池的密度( Ee/Ge)、纯电续驶里程Se成正比,与整车整备质量Gz、燃料消耗量QS成反比。综合因数与整车整备质量的关系如图9所示,作趋势平均分析得知:两者呈线性关系,可表达为Le1=- 0.88Gz+ 3.336。以综合因数平均线作为评价基准线,定义某车型的综合因数与其之比为综合指数,即Qe=Le/Le1 1。除 个车型外, Qe都在0.2~2.5间。综合指数反映了某车型与平均水平相比较的高与低,其值越大越9 Qe= 2.5 Qe= 2 Qe= 1.5 Qe= 0.5 Qe= 0.2好。图 中给出了 、、 、、的曲线是综合指数由高到低的等级线或档次线。

4.2 动力功效与评价

对于混合动力汽车,定义纯电动模式行驶功效Lw=GzSe/Ee,表达动力电池总能量的作用发挥程度,其意1 kW·h 1t义在于动力电池的能量可将整车整备质量为的车辆在标准工况下驱动行驶的距离。功效值大,说明技术水平高,体现出车辆的风阻、滚阻较小、逆变传动效率较高等技术匹配优势。

10图所示为利用现有混合动力乘用车样本数据计算生成的功效散点图,以整车整备质量为横轴展开,作L1.0= 1.594 1Gz+ 5.951 1样本的趋势分析得其平均线为。以功效趋势平均线作为评价基准,某型插电混合动力乘Qw=Lw/L1.0,用车的功效与其之比称为功效指数,即图中Qw= 0.6 Qw= 0.8 Qw= 1.2 Qw= 1.4 4分别给出了 、 、 、 的 条曲线。10 1由图 可知,除个车型外,《目录》中车辆样本的功效指数Qw均在0.6~1.4之间。Qw越大,越具有比较优势。 10图插电式混合动力乘用车功效与整车整备质量的关系4.3混合动力乘用车的双积分根据新能源乘用车车型积分计算方法及其说明,插电式混合动力汽车纯电驱动模式续驶里程不50 km低于 是获得积分的必要条件。其标准车型积2 / 11分是 分 辆,车型积分分成两种情况,如图所示[9-10]。11 50 km≤ Se< 80 km由图 可知:满足的插电式混合动力汽车,积分依据是燃料消耗量,在燃料消耗限值70% 1 / 2 / Se≥ 80 km的 以上者,积 分 辆,以下者积分辆;的插电式混合动力汽车,则车型积分依据为电能消耗量,与电动乘用车的“条件一”相同,在“条件一线”以1 / 2 /上,其车型积分是 分 辆,在其之下是 分 辆。

5 结束语

为鼓励新能源汽车的发展,国家出台了相关政策,近年很多新能源汽车产品不断上市,标志着中国新能源汽车的快速发展,本文试图通过搜集当前的产品数据,进行主参数与主性能的梳理分析与总结,希望捕捉到主性能和主参数中一些规律,为未来新能源汽车的产品开发策划、制定政策等提供参考依据。 参考文献[1] 姜涛, 孙笑寒, 孙焕丽, 等.适用于280 W·h/kg能量密度锂离子电池正极材料的研究[J]. 汽车工艺与材料, 2017(10): 57-60+64. [2] , .何仁 杨祺 基于双转子电机的混合动力系统方案的研究[J]. , 2017(1): 12-19.进展 汽车技术[3] , , .王利刚 李军 李彤光 我国乘用车轻量化进展与发展思[J]. , 2017(9): 56-60.考 汽车工艺与材料[4] , , , .荣常如 韩金磊 陈书礼 等 活性炭在汽车上的应用及展[J]. , 2017(11): 55-59.望 汽车工艺与材料[5] . [J]. ,董学锋 车身材料与车身轻量化 汽车工艺与材料2017(7): 1-18. [6] . [J].董学锋 电动乘用车主性能统计与分析评价 汽车技, 2018(6): 1-4.术[7] , , , .李小静 邓涛 曹鹏 等 混合动力汽车瞬态燃油经济性评[J]. , 2017(11): 34-39.价建模仿真 汽车技术[8] , , .方海峰 刘金周 李鲁苗 推进插电式混合动力汽车纯电[J]. , 2017(12): 34行驶的激励措施研究及试验 汽车技术38. [9] ,中华人民共和国工业和信息化部 中华人民共和国财政, , .部 中华人民共和国商务部 等 乘用车企业平均燃料消[EB/OL].(2017-09耗量与新能源汽车积分并行管理办法27). http://www.miit.gov.cn/n1146290/n4388791/c5826378/ content.html. [10] .中华人民共和国工业和信息化部 乘用车燃料消耗量限: GB 19578—2014[S]. : , 2015.值 北京 中国标准出版社(责任编辑 斛畔)修改稿收到日期为 年 月 日。

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