No.22011
BUS TECHNOLOGY AND RESEARCH
客车技术与研究
回收对燃油经济贡献率的研究
叶磊，游国平
(重庆车辆检测研究院国家客车质量监督检验中心，重庆401122)
摘要：建立再生制动能量回收的数学模型和试验评价方法，并针对某一并联混合动力城市客车，选择四种典型城市循环工况进行试验分析，得到不同行驶工况下混合动力客车的制动能量回收对整车燃油经济性的贡献率，对混合动力汽车的前期开发具有参考作用。
关键词：多种循环工况；混合动力客车；再生制动；燃油经济性；贡献率
中图分类号：U469.72；TK411+.7文献标志码：A文章编号：1006-3331（2011）02-0013-03 Research
of Contribution Ratio of Regenerative Brake to Fuel Economy
Based on Multi-cycles of Hybrid Electric Bus
YE Lei,YOU Guo-ping
（Chongqing Vehicle Test&Research Inst.,National Coach Quality Supervision and Testing Center,
Chongqing401122,China）
Abstract：The authors establishe the mathematical model and experimental evaluation method of regenerative brake recovery and get the contribution ratio of regenerative brake to fuel economy to a parallel hybrid city bus based on four typical urban driving cycles.The results have reference progress in the early development of hybrid electric buses. Key words：multi-cycles;hybrid electric bus;regenerative brake;fuel economy;contribution ratio 第2期
在人口和车辆集中的城市，汽车制动频繁，动能会转换为大量的热能损失掉；而起动时又因需要较浓的混合气而使燃油经济性下降，排出的废气也使环境污染加重。研究表明，在城市公交行驶工况下，汽车在频繁加速、制动和怠速停车之间反复切换，大约有1/3到1/2的能量被消耗在制动过程中[1]。如果将车辆在制动减速过程中的动能进行回收并储存，而在车辆起步加速时再把储存的能量释放出来作
为驱动车辆行驶的动力，则不仅能有效降低汽车油耗、减少尾气排放，还可延长制动器的使用寿命。笔者针对混合动力客车在几种特殊的循环工况下，建立数学模型并计算再生制动对在几种典型循环工况下混合动力客车燃油经济性的贡献率，为混合动力汽车的前期开发提供参考。
1行驶工况介绍
针对某一混合动力城市客车，选择目前世界上具有代表性的四种典型城市循环工况进行研究，如图1-图4。这四种典型工况的特征见表1[2]。
速
度
/
（
九代雅阁图片k
m
/
h
）
图1ECE城市循环工况
速
度
客车票提前几天买/
（
k
m
/
h
）
图2纽约公交工况
13
作者简介：叶磊（1981-），男，工学硕士；助理研究员；主要从事新能源汽车整车试验及研究。
客车技术与研究2011年4月
工况
时间/s 距离/km 平均车速/(km/h)
最大加速度/(m/s 2)
最高车速/(km/h)
平均减速度/(m/s 2)
制动次数/次
ECE 工况780 4.0518.70.8450.000.7016纽约公交工况598 1.9011.43 2.6844.580.6118日本10.15工况660 4.1622.680.7969.970.6512中国典型城市公交工况
1314
5.83
22.50
0.91
60.00
0.53
19
表1各种典型工况部分特征值
速度/（k m /h ）
图3日本10.15工况
速度/（k m /h ）
图4中国典型城市公交工况
2建立数学模型
2.1发动机自身燃油消耗量的测量
在一个给定的工况循环中，驾驶员对目标行驶工况进行跟踪，采用称重法或车载燃油流量计进行整个循环工况的燃油消耗量测量，在试验结束后，记录整个循环过程中发动机自身消耗的燃油量V eng-fuel ，L 。2.2动力蓄电池净能量测量
在一个循环周期结束后，如果动力蓄电池的电能平衡值不为零，则需要对蓄电池组电能平衡值进行等效折算，得到相当于电能平衡值为零时的燃油消耗量。其中，车辆行驶中动力蓄电池的净能量变化量E k 的计算，是对车辆在整个循环过程中蓄电池充放电的电压、电流按照下式进行积分运算，即：
E k =乙
I ×Udt
3600×1000
，kW ·h
（1）
式中
I 为动力蓄电池输入或输出总线的电流，A ；
U 为动力蓄电池两端的电压，V ；t 为车辆循环时间，s 。
将E k 等效转化为动力电池的燃油消耗量V batt-fuel ，即：
V batt-fuel =E k ×3.6×106
Q fuel ×ηeng ×ηgen ×ρfuel ×ηbatt
新速腾和新朗逸对比，L
（2）
式中
凯翼炫界
Q fuel 为燃油的低热值，柴油为4.3×107J/kg ；
ρfuel 为燃油密度，柴油为0.832kg/L ；ηeng 为内燃机的平均工作效率，取35%[3]；ηgen 为发电工况下，发电机的平均工作效率，取85%[4]；ηbatt 为动力蓄电池效率，锂电池取96%[5]。
2.3总燃油消耗量的计算
燃油发动机总燃油消耗量V 总-fuel =V eng-fuel +V batt-fuel ，L
（3）
则车辆的百公里燃油消耗量可以表示成V 百公里油耗=V 总-fuel /S ×100，L/100km （4）式中
S 为整个循环过程中车辆的行驶距离，km 。
2.4再生制动回收能量的计算
车辆在整个试验循环过程中，电动机发出电流、电压，再生制动系统回收的电能
E reg
=
乙I
m o tor
×U m otor dt
1000×3600
，kW ·h （5）
式中
I m oto r 为电机驱动系统发出的电流，A ；U m oto r 为
电机驱动系统发出的电压，V 。
问界m7汽车多少钱则再生制动系统回收的电能等效转化为燃油消耗量
V reg -fuel =
E reg ×3.6×106
Q fuel ×ηeng ×ηgen ×ρfuel ×ηbatt
，L
（6）
从而制动回收能量等效的百公里燃油消耗量V 百公里回收燃油=V reg-fuel /S ×100，L/100km （7）
所以，制动能量回收能量的燃油贡献率ηreg =
V 百公里回收燃油
V 百公里回收燃油+V 百公里油耗
×100%
（8）3制动能量回收贡献率道路试验
3.1道路试验条件和方法
为了准确测量和分析制动能量回收对汽车燃油经济性的贡献率，需要在汽车动力蓄电池和驱动电机的
14
第2期叶磊，等：基于多种循环工况的混合动力客车制动能量回收对燃油经济贡献率的研究
高压电线上分别安装电能耗测量装置。同时，为了完
成循环工况试验，还需为驾驶员提供用于实时显示试
验循环理论车速和实际车速的显示装置，以帮助驾驶
员及时调整车辆行驶速度。在完成一个循环工况后，
利用采集仪得到的电机和动力电池高压电线上的电流和电压信号以及燃油流量计测量得到的发动机的燃油量，通过相应计算可以得到该车的制动能量回收对该车燃油经济性的贡献率。针对某一款并联式混合动力城市客车进行试验分析，其整车主要参数如下：整备质量m
1
=11300kg，满载质量m2=17500kg，
迎风面积A=7.5m2，空气阻力系数C
D
=0.75，发动机功率147kW，电动机功率26kW，电池容量5.5A·h。3.2再生制动对燃油经济贡献率
本文选取了具有代表性的四种典型城市行驶工况进行道路试验，分别采集并得到动力电池两端的充放电电流和电压信号，以及电机再生制动时的发电电流和电压信号。图5-图8是四种典型工况的电机电压信号示意图。
图5中国典型城市公交工况
图6日本10.15行驶工况
图7ECE市区行驶工况
图8纽约公交行驶工况
记录车载燃油流量计测得的发动机的燃油消耗量，利用自编软件按照公式（1）-（4）计算，得到动力蓄电池的净能量变化量E
k
及其等效的燃油消耗量V
batt-fuel
；同样，按照公式（5）-（8）计算，得到再生制动系统回收的
电能E
reg
及其等效的燃油消耗量，以及该车制动回收能
量等效的百公里燃油消耗量V
百公里回收燃油。最后，该车的制动能量回收对该车燃油经济贡献率及其相关数据见表2所示。
表2不同循环工况下的试验结果
循环工况
项目
中国典型城市公交工况ECE城市工况日本10.15工况纽约城市工况
发动机自身燃油消耗量V
eng-fuel
/L 1.655 1.051 1.2400.655
蓄电池净能量变化量E
k
/kW·h0.1750.0740.0750.062
等效的燃油消耗量V
batt-fuel
/L0.0560.0240.0240.020
等效的总的燃油消耗量V总-fuel/L 1.711 1.074 1.2640.675
再生制动系统回收的电能E
reg
/kW·h 1.7880.9650.8970.460
再生制动等效的燃油量V
reg-fuel
/L0.5680.3070.2850.146卡罗拉2014款报价
制动能量回收对燃油经济性的贡献率η
reg
/%24.922.218.417.8
4结论
1）通过道路试验并对试验数据进行分析，得知在不同的城市循环工况下，制动能量回馈技术都能够
显著降低汽车油耗，并对定量计算混合动力汽车在不同循环工况下制动能量回收对燃油经济贡献率提出了解决方案。
2）制动能量回收对燃油经济性的贡献率会随着制动频率和平均制动减速度的提高而提高，平均行驶车速越高则制动能量回收对燃油经济性的贡献率越高。
3）在四种典型的城市循环工况中，汽车在中国典型城市循环工况中，由于制动的频率较高，所以制动能量回收对燃油经济性的贡献率是最高的。这也说
（下转第25页）
15
第2期杨杰，等：电动汽车动力电池公告检测中存在的问题及建议
明装配再生制动系统的混合动力汽车更适合在中国典型城市公交工况下运行[6-7]。
参考文献：
[1]安敏，郭京波，张银彩，等.并联混合动力汽车再生制动
研究[J].应用能源技术，2008，（12）：21-25.
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学，2005.3.
[3]叶磊.基于再生制动的燃油经济性贡献率的研究[C].2009
中国汽车工程学会年会论文集，SAE-C2009P142：185-188.[4]GB/T19754-2005，重型混合动力电动汽车能量消耗量试
验方法[S].北京：中国标准出版社，2006.
[5]魏跃远，林逸，林程，等.车用锂离子电池充放电性能及
应用研究[J].车辆与动力技术，2005，（2）：28-31.
[6]薛轶，张向军，卢世刚.我国电动车用动力电池的工程科
技中长期发展战略研究[J].新材料产业，2011，（1）
[7]吴晓栋，陈礼璠，杜爱民，等．基于上海市道路工况的混
合动力汽车制动能回收研究初探［Ｊ］．上海汽车，２００３，（３）
修改稿日期：2011-02-22
电池，要求循环次数不低于500次即可。在实际检测中，这一指标很容易达到（目前单体电池循环次数一般在1500次左右）。但对于模块电池，“标准”没有考核其循环寿命，这也是造成目前单体电池组成电池包装车后使用寿命和可靠性不理想的主要原因之一[9-10]。
2有关建议
1）电池标准方面。对于现行标准QC/T743-2006，其适用范围为标称电压单体3.6V和模块n×3.6V（n 为蓄电池数量）的锂离子蓄电池。而目前市场上普遍使用的磷酸铁锂电池，其标称电压一般为单体3.2V和模块n×3.2V。即QC/T743-2006中的充放电参数等试验条件并不完全适用于单体3.2V和模块n×3.2V的锂电池。因此，建议“标准”有针对性地增加或修改适用于单体3.2V和模块n×3.2V锂电池的技术条件和试验方法。同时，适时增加对于单体及模块电池一致性、模块电池循环寿命以及电池包的考核内容。
2）电池管理系统方面。现有电池管理系统（BM S）的功能主要是采集电池的电压、电流、温度、荷电状态（SOC）等参数，即监测电池的工作状况，还不具备使电池包中各单体电池都达到均衡一致状
态的管理功能。因此，建议根据车辆的使用条件，开发出具备实际管理功能的电池管理系统，实现对电池包内各单体电池在各种使用条件下的均衡充放电，从而提高电池的使用寿命和可靠性。
3）电池关键材料方面。目前，我国动力锂电池的关键材料主要依赖于进口，这是造成电池成本居高不下的重要原因，而过高的电池成本也直接导致了整车成本的大幅增加，这种尴尬的局面明显不利于动力电池的持续发展和进步，也阻碍了电动汽车的推广普及。因此，建议相关部门和企业在电极、隔膜、电解质六氟磷酸锂等关键材料方面加大投入，尽快解决电池关键材料的技术难题，从而突破电池材料成本过高的难关。
3结束语
随着国家及地方政府对电动汽车产业扶持力度的持续加大，动力电池的标准体系势必会更加完善，其试验检测技术也会有相应的发展和进步。国内相关企业应继续加大研发力度，不断提高产品质量，增强产品的市场竞争力。重庆车辆检测研究院国家客车质量监督检验中心具备良好的试验检测条件和专职的试验研究人员，愿意为电动汽车整车及零部件相关企业提供试验检测服务和技术交流，以共同促进我国电动汽车产业的长足发展。
参考文献：
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[9]Andrew Ritchie，Wilmont Howard，Recent Developments
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[10]Spotnitz，R.，Advanced EV and HEV Batteries[J].Vehicle
Power and Propulsion，2005IEEE Conference，2005.
修改稿日期：2011-02-15
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