PHEV 研究周报

研究周报｜国6排放标准来了，插电式混合动力越来越难做

第一电动大牛作者朱玉龙 2018-07-23 07:00

6月，国务院关于印发打赢蓝天保卫战三年行动计划的通知，基本定下了一个调子，2019年7月1日起，重点区域、珠三角地区、成渝地区提前实施国六排放标准，推广使用达到国六排放标准的燃气车辆。对于混合动力（HEV）和插电式混合动力(PHEV)的实际运行工况中的不同状态，内燃机部分的要求也被摆在了前台。

图1 国六在重点区域的实施代表这些地区轻型车排放的要求进入新阶段

备注：2016年12 月，中国环保部发布了《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第6阶段）》（GB18352.6- 2006），该标准分6a和6b两个阶段。从2020年7月1 日实施的6a阶段为过渡阶段，最终将于2023年7月1日全面实施 6b 标准。国6a汽油车CO排放限值加严了30 %，从1000 mg/km降低至700 mg/km；国6bTHC和NMHC 分别加严约50%，从100 mg/km和68mg/km降低到50mg/km和35mg/km；NOx加严了41.7%，达到 35 mg/km。

1、做好PHEV的难度提升

插电式混合动力目前已经成为国内车企很难进行技术提升的一个课题，由于包含两种动力行驶模式，整个系统要做的检测内容也比较多。之前主要做的包含纯电里程校核、综合电耗，以及纯电能耗和常温HEV模式油耗的确认；排放这块按照国5混合动力汽车的排放标准（GB19755-2016 的方法）测量NEDC整车排放。

图2 PHEV对于排放的新要求

研究者对于国内车辆的NEDC排放和RDE测试进行了仔细的对比。在偏向更严格的排放测试的时候，PHEV在混动模式下，需要满足法规的限制，在实际行驶（RDE）中完全和传统内燃机遇到的情况相似，标定的策略使得驾驶体验、油耗和排放强耦合。要把PHEV做好的难度，进一步提升了。

图3 RDE对于排放要求更提高了

在诊断OBD方面，对PHEV增加了八个监测要求，包括能量存储系统、热管理系统、制动再生、驱动电机、发电机、插电式电池系统ESS、其它输入或输出模块和插电式部分部件豁免要求。

以电池为例，需要细致判断电池系统系统的正常运行，影响排放控制策略、达到或超过最小IUPR率，以及其他影响电池系统的因素都要进行诊断。类似可能发生充电故障之类的问题，都得按照OBD的规矩来做。

2、PHEV排放合规成本增加

今年的一则新闻对于插电式混合动力汽车的发展有很大触动，德国宝马所有的汽油和插电式混合动力车型都将标配汽油微粒过滤器（GPF），以符合欧洲6d-TEMP排放标准。

国6 标准中虽未明确要求汽油车必须安装 GPF后处理装置，未安装GPF的汽油机PN排放水平很难达到6×1011 /km的限值要求。直喷汽油车尾气颗粒物排放水平明显高于PFI汽车，GDI和PFI汽车尾气 PM 排放水平很容易满足4.5 mg/km的限值要求，但其PN排放显著高于 6×1011 /km。

图4 不同工作模式下GPF对PN排放的减少

未来随着内燃机往国6a往国6b的发展，插电式混合动力技术也要迅速在发动机、标定方面去不停改进，加入汽油微粒过滤器（GPF）也会是常规选项。因此，快速变化的排放标准，对于现有PHEV的不停升级和标定是一项很大的挑战。

如果做细分，PHEV在原有燃油车发动机平台演进带来的成本增加有限，但还要尽可能在纯电动汽车（BEV）不断上规模的条件下，进行电池和充电系统的成本下降。

充电系统：PHEV可能需要与BEV慢充系统进行模块化，提高充电速率，有利于整车保持更多有电状态，从而提高纯电工况的比例。
电池系统：由于电芯的放电倍率诉求并不相同，只能是电芯材料的价格下降，而不是单个电芯的复用。这里有很多艰难的决定要做，电池的缓冲SOC区可能比之前来的更大。这个表格是指实验的测试条件，要关注的不同状态的排布。

表1 PHEV的各种电池状态和整车操控模式

SOC	Electric	Hybrid	Charge	Sport
100%
85%
55%
25%

系统标定：在油耗、排放和动力性方面，甚至电池耗尽模式下的功率诉求，使得工程师在标定层面要做的事情多了不少。在PHEV里面，单个对电机管理、电池管理和整车管理，都需要落在实际的特性输出上面，考验企业的能力也放在了台面上。如上表所示，在不同模式下（纯电、混动【电池Hold和耗尽状态】、充电和运动模式），各种条件使得未来控制器可能基于人的消费习惯做一些动态的调整。针对RDE的标定需要更加深入、细致，类似怠速启停和高速充电等工况下的难度不小。