劉 鵬， 李 成， 崔丁松， 劉榮先， 張 鈺

(1.北京理工大學(xué)重慶創(chuàng)新中心， 重慶 401120； 2.交通運輸部科學(xué)研究院， 北京 100029；3.北京理工大學(xué)， 北京 100081)

截至2020年底，我國純電動城市客車總量約38萬輛，在城市客車總量中占比約54%。純電動城市客車推廣應(yīng)用中車輛性能參差不齊等問題較為突出，公交企業(yè)僅依靠車輛產(chǎn)品公告中的能耗等關(guān)鍵參數(shù)選購車輛，經(jīng)常出現(xiàn)車輛投入使用后的實際表現(xiàn)與預(yù)期差異較大的現(xiàn)象。因此，迫切需要基于大量的實際運營數(shù)據(jù)，對純電動城市客車的真實能耗及影響因素進行分析，為公交企業(yè)選型購車提供參考。

1 樣本數(shù)據(jù)與能耗計算方法

本分析的原始數(shù)據(jù)來源于新能源汽車國家監(jiān)測與管理平臺(以下簡稱“平臺”)采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)。該平臺數(shù)據(jù)的采集標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 32960.3—2016。截至2020年9月底，該平臺已接入31個省、118家廠商、2 347種新能源客車車型，車輛數(shù)達(dá)到29萬輛，其中純電動客車273 717輛。本次分析涉及的樣本數(shù)據(jù)車輛超過20萬輛，覆蓋了宇通、中通、中車、福田歐輝、廈門金旅等主流純電動城市客車品牌，數(shù)據(jù)采集期為2019年和2020年。

本文第2部分中的實際能耗值根據(jù)該平臺監(jiān)測數(shù)據(jù)中的車輛行駛里程和充電量推算而來，百公里能耗計算方法見式(1)和式(2)，并利用3-方法剔除了異常數(shù)據(jù)。

(1)

式中：,是一種車型第輛車的第個SOC區(qū)間的百公里能耗,一種車型最大計算車輛數(shù)量為9 708輛，平均數(shù)量為127輛；表征不同起始SOC的充放電區(qū)間，例如SOC從50%至100%的充放電區(qū)間；、分別是統(tǒng)計時間段內(nèi)的充電次數(shù)和行駛次數(shù)；,是一種車型的第個SOC區(qū)間第次的充電能量；,是第個SOC區(qū)間第次的行駛距離。

(2)

式中：是一種車型共輛車的平均百公里能耗；是第輛車SOC的有效計算區(qū)間的頻數(shù)。

為體現(xiàn)不同時間段的車輛電耗的差異，本文引入百公里能耗標(biāo)準(zhǔn)差特征，計算公式見式(3)。

(3)

式中：百公里能耗標(biāo)準(zhǔn)差表征能耗在不同月份對均值的偏離程度；為一種車型在統(tǒng)計時間范圍內(nèi)的第月平均百公里能耗；為統(tǒng)計月份數(shù)，通常為12。

2 純電動城市客車實際能耗影響因素分析

本節(jié)利用上節(jié)介紹的樣本數(shù)據(jù)和能耗計算方法來計算純電動城市客車的百公里平均能耗，并分析其影響因素。

2.1 車輛質(zhì)量

能耗與車輛質(zhì)量成正相關(guān)關(guān)系。由于本文數(shù)據(jù)庫中無法獲取實時的車輛質(zhì)量數(shù)據(jù)，所以本文以對應(yīng)的車輛整備質(zhì)量來作為影響因素進行分析。而車輛的整備質(zhì)量和車輛的長度又有一定的正相關(guān)關(guān)系。根據(jù)平臺數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到的車輛整備質(zhì)量和長度關(guān)系如圖1所示。通過多項式擬合，兩個變量的關(guān)系為整備質(zhì)量=1 363.4 kg/m×車輛長度-3 534.9 kg。參照全國新能源公交車比賽對不同車長的分類方法，并依據(jù)圖1擬合曲線對能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到：

1) 6 m段(6～8 m)，其整備質(zhì)量在3 040～6 600 kg范圍內(nèi)，平均能耗約為39.5 kW·h/100 km。其中能耗在20～30 kW·h/100 km內(nèi)的占比為16.4%，30～40 kW·h/100 km內(nèi)的占比為36.5%，40～50 kW·h/100 km內(nèi)的占比為24.4%，50 kW·h/100 km以上的占比為21.5%。

2) 8 m段(8～10 m)，其整備質(zhì)量在6 090～9 800 kg范圍內(nèi)，平均能耗約為51.3 kW·h/100 km。其中能耗在30～40 kW·h/100 km內(nèi)的占比為13.7%，40～50 kW·h/100 km內(nèi)的占比為38.0%，50～60 kW·h/100 km內(nèi)的占比為23.7%，60 kW·h/100 km以上的占比為23.6%。

3) 10 m段(10～11 m)，其整備質(zhì)量在8 800～13 350 kg范圍內(nèi)，平均能耗約為75.7 kW·h/100 km。其中能耗在50～60 kW·h/100 km內(nèi)的占比為18.6%，60～70 kW·h/100 km內(nèi)的占比為25.4%，70～80 kW·h/100 km內(nèi)的占比為21.2%，80 kW·h/100 km 以上的占比為23.6%。

4) 12 m段(11～12 m)，其整備質(zhì)量在10 200～16 700 kg范圍內(nèi)，平均能耗約為93.5 kW·h/100 km。其中能耗在60～70 kW·h/100 km內(nèi)的占比為13.9%，70～80 kW·h/100 km內(nèi)的占比為20.9%，80～90 kW·h/100 km內(nèi)的占比為21.1%，90～100 kW·h/100 km內(nèi)的占比為14.2%，100 kW·h/100 km以上的占比為25.0%。

圖1 不同車輛長度與整備質(zhì)量關(guān)系圖

通過大數(shù)據(jù)統(tǒng)計可知，車輛長度每增加 1 m，車輛整備質(zhì)量增加約1.5 t，車輛能耗平均增加約6.4 kW·h/100 km。由于車輛的整備質(zhì)量及長度是靜態(tài)定參數(shù)，不隨時間發(fā)生變化，因此未計算。

2.2 交通擁堵程度

如圖2所示，6 m段(A車型)覆蓋170多個一線至五線的城市，其在一線城市的百公里能耗比五線城市的高出約13%；10 m段(B車型)覆蓋15個一線至五線的城市，一線城市的百公里能耗比五線城市的高出約17%。大型城市的城市客車載客量更多、道路擁堵更嚴(yán)重是導(dǎo)致其能耗更大的主要原因。由于每個月份的交通擁堵情況相差不大，因此未在該節(jié)計算。

圖2 交通擁堵程度對能耗的影響

2.3 氣候條件

1) 環(huán)境溫度因素。如圖3所示，4個米段的車型均在18 ℃前后時能耗最低，低溫和高溫時能耗明顯增加，且低溫對能耗的影響更大。圖中，為擬合曲線的擬合度，該數(shù)值介于0～1之間，越接近1代表曲線的擬合度越高。由于6 m段車輛在-20 ℃附近的采樣數(shù)據(jù)樣本較少，導(dǎo)致圖中出現(xiàn)了在低溫條件下百公里能耗先上升后下降的情況。能耗與環(huán)境溫度的關(guān)系與時間段無關(guān)，因此未計算。

(a) 6 m段某車型

2) 季節(jié)因素。圖4利用箱形圖描述了不同季節(jié)不同長度車型的百公里能耗分布情況。圖中箱體長度越長說明該車型不同車輛的百公里能耗差異性越大，車輛的季節(jié)適應(yīng)性越差，即能耗的穩(wěn)定性越差；矩形框中虛直線箱體為中位數(shù)，反映了在消除異常值后的百公里能耗的平均水平，該數(shù)值越大說明該車型的整體能耗值較高。

圖4 各米段車輛不同季節(jié)的能耗分布及標(biāo)準(zhǔn)差

從圖中可以看出，夏冬兩季的百公里能耗中位數(shù)明顯高于春秋兩季；夏冬兩季百公里能耗的上限與下限差值也大于春秋兩季?？梢娷囕v在低溫、高溫環(huán)境下的百公里能耗分布更加離散。一方面可能是使用空調(diào)制冷或制熱導(dǎo)致了夏冬兩季能耗整體趨勢的上升，另一方面可能是動力電池低溫性能較差。

不同長度車輛的分別為9.7、12.4、18.9和24.1。盡管標(biāo)準(zhǔn)差結(jié)果不能直接反映車輛性能的好壞，但可以反映對環(huán)境季節(jié)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。6 m段的最小，表明其能耗的季節(jié)波動性較低，環(huán)境適應(yīng)能力較強。隨著車輛長度增加，不同季節(jié)間的能耗差異也更大，車輛能耗水平的穩(wěn)定性也越差。

3) 地域類型因素。如圖5所示，以8 m段車輛為樣本，統(tǒng)計在不同地理區(qū)域百公里能耗分布情況，結(jié)果分布形態(tài)差別較大：夏季，華北和東北地區(qū)的車輛百公里能耗分布明顯低于華南和華東地區(qū)；冬季，東北地區(qū)的車輛百公里能耗分布明顯高于其他地區(qū)。原因在于冬季南北方溫度差異較大，低溫導(dǎo)致電池的活性降低增加了能耗。此外，用戶的空調(diào)制冷、暖風(fēng)等操作也增加了華南地區(qū)高溫條件下和東北地區(qū)低溫條件下的能耗。本節(jié)主要考慮相同時段內(nèi)不同地域類型因素下能耗的差異性，因此未計算。

圖5 地域類型因素對8 m段車輛的能耗影響

3 結(jié)束語

基于20余萬輛純電動城市客車的日常運營監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了純電動城市客車能耗的實際水平和主要影響因素及其影響程度，有助于行業(yè)管理部門和公交企業(yè)客觀了解純電動城市客車實際能耗水平，為其合理選購車輛提供幫助。