蔡正雷,管煒,彭紀(jì)杰,舒子杭
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關(guān)于輕型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車I型試驗(yàn)的解讀
蔡正雷,管煒,彭紀(jì)杰,舒子杭
(武漢菱電汽車電控系統(tǒng)股份有限公司,湖北 武漢 430048)
I型試驗(yàn)是輕型汽車在常溫下冷啟動(dòng)后排氣污染物的排放試驗(yàn),用于檢測(cè)輕型汽車在冷啟動(dòng)時(shí)排放污染物是否滿足國(guó)家限定標(biāo)準(zhǔn)的一種必要手段。而“輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法(中國(guó)第六階段)”也即國(guó)六的發(fā)布,相較與之前國(guó)五的I型試驗(yàn)的試驗(yàn)方法及排放限值標(biāo)準(zhǔn)均有很大不同。為響應(yīng)國(guó)家發(fā)布的國(guó)六標(biāo)準(zhǔn),全面落實(shí)國(guó)六排放限值標(biāo)準(zhǔn),保證車輛在開發(fā)階段污染物滿足排放限值,針對(duì)輕型汽車中混合動(dòng)力汽車的I型試驗(yàn)做了詳盡剖析,并分析解讀混合動(dòng)力電動(dòng)汽車國(guó)六I型試驗(yàn)的的試驗(yàn)內(nèi)容相較國(guó)五I型試驗(yàn)的差異點(diǎn)及其污染物排放量如何計(jì)算。
混合動(dòng)力;國(guó)六;I型試驗(yàn);排放標(biāo)準(zhǔn)
隨著“輕型汽車污染物排放限制及測(cè)量方法(中國(guó)第六階段)”的發(fā)布,距離2020-7-1國(guó)6a及2023-7-1國(guó)6b的排放限值標(biāo)準(zhǔn)的全面實(shí)施近在咫尺。國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)整體較之前第五階段標(biāo)準(zhǔn)有多方調(diào)整,國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)不僅在排放物種類、排放限值方面有所改變,在測(cè)量排放物的試驗(yàn)方式上也發(fā)生了較大變化。因常溫下冷啟動(dòng)后排氣污染物排放試驗(yàn)(I型試驗(yàn))是檢測(cè)所有輕型汽車排放物是否滿足限值標(biāo)準(zhǔn)的必要手段,故I型試驗(yàn)在整個(gè)排放標(biāo)準(zhǔn)中尤為重要。同時(shí),隨著國(guó)家政府大力推行新能源汽車的相關(guān)政策,混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的前景也日益遼闊。因此,橫向比較混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的國(guó)六I型試驗(yàn)與第五階段試驗(yàn)存在哪些差異之處,直觀解讀國(guó)六階段混合動(dòng)力車輛的試驗(yàn)如何高效完成以及其污染物排放量如何計(jì)算,都對(duì)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的開發(fā)、推廣有重要意義。
混合動(dòng)力電動(dòng)汽車常分為可外部充電的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(off-vehicle charging hybrid electric vehicle)即OVC-HEV和不可外部充電的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(not off-vehicle charg -ing hybrid electric vehicle)即NOVC-HEV兩大類,而這兩類混合動(dòng)力汽車均以兩種動(dòng)力源在汽車不同的行駛狀態(tài)(如起步、低中速、勻速,加速,高速,減速或者剎車等)下分別工作或者一起工作,通過這種動(dòng)力組合來達(dá)到最少的燃油消耗和尾氣排放,從而實(shí)現(xiàn)省油和環(huán)保的目的[1]。
國(guó)六階段混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的I型試驗(yàn)區(qū)別于國(guó)五混合動(dòng)力的試驗(yàn)方法,國(guó)六階段標(biāo)準(zhǔn)是將試驗(yàn)在電量消耗模式(CD)和電量保持模式(CS)兩種工況下分別進(jìn)行測(cè)試,從而在技術(shù)層面上達(dá)到更準(zhǔn)確、更嚴(yán)格的限制汽車尾氣排放值的目的。
對(duì)于OVC-HEV車輛,I型試驗(yàn)需要分別完成車輛在電量保持模式和電量消耗模式下的兩次測(cè)試,且其最終污染物排放值是兩次試驗(yàn)的污染物排放值綜合計(jì)算的結(jié)果。
2.1.1 OVC-HEV的電量消耗模式I型試驗(yàn)
電量消耗模式也即是車輛行駛過程中,REESS系統(tǒng)中能量是平均減少的過程。而整個(gè)電量消耗模式測(cè)試的試驗(yàn)流程也基本固化為預(yù)處理階段、浸車充電階段、電量消耗I型試驗(yàn)階段、再次充電階段等四個(gè)階段。
在電量消耗模式I型試驗(yàn)之前,需要對(duì)測(cè)試車輛進(jìn)行有效的預(yù)處理以及充電浸車,從而保證在正式試驗(yàn)過程中各類排放物的準(zhǔn)確性。相較國(guó)五混動(dòng)車輛試驗(yàn)的預(yù)處理過程中測(cè)試車輛需行駛至發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)[2]的判定條件不同,國(guó)六中預(yù)處理階段完成的終止判決條件更改為相對(duì)電量變化REECi< 0.04。其中REECi為電量消耗模式在測(cè)試循環(huán)i中的相對(duì)變化量,其計(jì)算公式為:
REECi=3600×|?EREESS,i|/Ecycle
這也意味著國(guó)六試驗(yàn)階段的預(yù)處理過程會(huì)包含更多的WLTC循環(huán),預(yù)處理持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)、預(yù)處理終止條件更為苛刻。同時(shí),在之后的充浸車過程,相較之前規(guī)定不同,國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)也是明確指出在電量消耗模式中不許對(duì)測(cè)試車輛采取強(qiáng)制冷卻手段。所以,在正式的I型試驗(yàn)之前,國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)中需要更充分細(xì)致的前期準(zhǔn)備工作。而正式開始I型試驗(yàn)時(shí),同樣會(huì)進(jìn)行在預(yù)處理過程中關(guān)于相對(duì)電量變化的判定,也即是若在第n+1個(gè)WLTC循環(huán)完成時(shí),該循環(huán)發(fā)生的相對(duì)電量變化滿足判定條件REECi<0.04時(shí),則電量消耗模式I型試驗(yàn)需共經(jīng)歷n+1個(gè)WLTC循環(huán)后關(guān)閉試驗(yàn)車輛動(dòng)力系統(tǒng)且試驗(yàn)結(jié)束。試驗(yàn)結(jié)束120min內(nèi)需對(duì)測(cè)試車輛的REESS系統(tǒng)進(jìn)行充電并且測(cè)量車輛充至滿電狀態(tài)的充電電量E以及持續(xù)時(shí)間t。
圖1 電量消耗模式電量變化示意圖
圖1所展示的是電量消耗模式下REESS系統(tǒng)的變化曲線,能直觀看到各個(gè)階段試驗(yàn)車輛動(dòng)力系統(tǒng)所處狀態(tài),并記錄終止試驗(yàn)判定條件生效的所在的WLTC循環(huán)。
2.1.2 OVC-HEV的電量保持模式I型試驗(yàn)
電量保持模式也即是車輛行駛過程中,REESS系統(tǒng)能量保持在平衡狀態(tài)下。而整個(gè)電量保持模式測(cè)試的試驗(yàn)流程同樣劃分為車輛放電階段、預(yù)處理階段、浸車階段、電量保持I型試驗(yàn)階段、充電階段等五個(gè)階段。該模式相較電量消耗模式不同的是,此模式試驗(yàn)周期更短,但污染物排放值相較更大。
同樣,在進(jìn)行正式I型試驗(yàn)之前,也需要進(jìn)行相應(yīng)準(zhǔn)備工作。不同于電量消耗模式的是測(cè)試車輛需先放電至REESS的電平衡狀態(tài)再進(jìn)行車輛的預(yù)處理過程,而與電量消耗模式相同的是預(yù)處理是否完成的終止判定條件都為相對(duì)電量變化REECi<0.04。而值得一提的另一點(diǎn)在于在電量保持模式下的浸車過程能采取強(qiáng)制冷卻措施。
在正式進(jìn)行電量保持模式I型試驗(yàn)時(shí),因存在REESS電量變化影響整車污染物排放值的可能,所以在測(cè)試循環(huán)完成后需對(duì)整個(gè)試驗(yàn)的有效性進(jìn)行判斷,也即是判定REESS系統(tǒng)是否處于放電狀態(tài)且修正標(biāo)準(zhǔn)c>0.01,若兩者同時(shí)滿足則判定此次試驗(yàn)無(wú)效,反之試驗(yàn)有效。其中修正標(biāo)準(zhǔn)c【3】為REESS電量變化?EREESS,CS的絕對(duì)值和燃料能量當(dāng)量之比,其計(jì)算公式為:
c=|?EREESS,CS|/Efuel,
當(dāng)判定試驗(yàn)有效時(shí),試驗(yàn)結(jié)束,且需在試驗(yàn)結(jié)束120min內(nèi)對(duì)測(cè)試車輛的REESS系統(tǒng)進(jìn)行充電并且測(cè)量車輛充至滿電的充電電量E以及持續(xù)時(shí)間t。
圖2所展示的電量保持模式下REESS系統(tǒng)的變化曲線,能直觀看到各個(gè)階段試驗(yàn)車輛動(dòng)力系統(tǒng)所處狀態(tài)。
2.1.3 OVC-HEV的污染物排放計(jì)算
OVC-HEV需完成兩種模式下的I型試驗(yàn),故其污染物排放值也由上述兩個(gè)模式下分別所測(cè)的污染物排放值綜合計(jì)算而來。
在電量消耗模式下,因整個(gè)試驗(yàn)過程涉及多個(gè)WLTC循環(huán),故其污染物排放結(jié)果為多個(gè)循環(huán)的合結(jié)果,其計(jì)算公式為:
由公式可以看出,電量消耗模式下污染物排放量由各個(gè)WLTC循環(huán)污染物排放量用純電利用系數(shù)UFj加權(quán)計(jì)算而來。
在電量保持模式下,因整個(gè)試驗(yàn)過程相似于汽油車的I型試驗(yàn),故其污染物排放值近似于設(shè)備實(shí)測(cè)污染物排放值。不同點(diǎn)在于因REESS系統(tǒng)存在放電可能,會(huì)減小實(shí)際污染物排放值,故需根據(jù)電量保持模式I型試驗(yàn)中計(jì)算而來的修正標(biāo)準(zhǔn)c的值來判斷是否需要對(duì)此模式下的CO2排放值進(jìn)行補(bǔ)償修正。當(dāng)在試驗(yàn)有效的情況下,若REESS處于放電狀態(tài)且c值大于0.005時(shí),則此模式下CO2排放值便需修正,從而達(dá)到讓污染物排放值的最終輸出值更為準(zhǔn)確的目的。
在得到兩種模式下污染物排放量時(shí),只需將其結(jié)果再次利用純電利用系數(shù)UFj加權(quán)處理,便可計(jì)算得到OVC-HEV車輛的綜合污染物排放值,其計(jì)算公式為:
式中,可看出OVC-HEV的排放值由兩種模式下排放值相應(yīng)修正后的值相加而來。
對(duì)于NOVC-HEV車輛,I型試驗(yàn)僅需完成車輛電量保持模式的一次試驗(yàn),其最終污染物排放值則需根據(jù)修正標(biāo)準(zhǔn)c數(shù)值進(jìn)行相應(yīng)修正處理。
因NOVC-HEV車輛僅需完成電量保持模式的I型試驗(yàn),故其試驗(yàn)過程及污染物排放值修正計(jì)算均與2.1.2中 OVC- HEV的電量保持模式I型試驗(yàn)保持一致。其最終污染物排放結(jié)果也僅需按修正標(biāo)準(zhǔn)c的值修正即可。
綜上,混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的兩大類別車型在車輛開發(fā)階段調(diào)試污染物排放值時(shí),所需檢測(cè)的試驗(yàn)類型、數(shù)量都不盡相同。對(duì)于OVC-HEV,I型試驗(yàn)需分兩種模式分別完成,導(dǎo)致試驗(yàn)整體周期長(zhǎng)、試驗(yàn)項(xiàng)目過程冗雜、試驗(yàn)判定條件苛刻以及最終污染物排放值計(jì)算困難。因此,檢測(cè)該類型車輛污染物排放量時(shí),所投入的時(shí)間、成本均相對(duì)較高。對(duì)于NOVC-HEV車輛,I型試驗(yàn)僅需完成一種模式下的試驗(yàn),且該模式相對(duì)簡(jiǎn)單,故試驗(yàn)整體過程容易把控。但因市場(chǎng)需求,OVC-HEV相較NOVE-HEV的發(fā)展趨勢(shì)更為猛烈,故如何提高OVC-HEV車輛I型試驗(yàn)的效率及其準(zhǔn)確性值得進(jìn)一步深究。
[1] 田光宇.混合動(dòng)力電動(dòng)汽車技術(shù)[J].汽車技術(shù),2002/01.
[2] GBT19753-2013,輕型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能量消耗量試驗(yàn)方法[S].
[3] GB18352.6.-2016,輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法(中國(guó)第六階段)[S].
Interpretation of type I test of light hybrid electric vehicle
Cai Zhenglei, Guan Wei, Peng Jijie, Shu Zihang
(Lincontrol Automotive Electronic CO., Ltd., Hubei Wuhan 430048 )
Type I test is the emission test of exhaust pollutants of light-duty vehicles after cold start at room temperature. It is a necessary method to detect whether the pollutants of light-duty vehicles after cold start meet the national standard.However, with the "light-duty vehicle pollutant emission limits and measurement methods (China's sixth phase)" which named the sixth phase standards released, it is quite different from the test methods and emission limits of the previous type I test in the fifth phase standards.In response to the country's sixth phase standards and implement the sixth phase of emission limit value standard completely, and ensure vehicle meet the pollutant emissions limits at development phase. This paper do a detailed analysis and the differences to the fifth phase standards of type I test of hybrid light-duty vehicles. It also describe the methods how to calculate pollutant emissions.
HEV; Type I test; Sixth phase; Emission standard
U469.7
A
1671-7988(2019)07-03-03
蔡正雷,就職于武漢菱電汽車電控系統(tǒng)股份有限公司。
U469.7
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1671-7988(2019)07-03-03
10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.07.001