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电动汽车整车能量消耗量是重要的节能技术指标。为了降低能量消耗量和提升续驶里程，我国出台了一系列政策法规，包括新能源汽车补贴政策、电动汽车能量消耗量限值等。随着中国工况被导入到纯电动汽车能量消耗量与续驶里程试验方法中，新的能量消耗量限值及双积分政策也将随之变更。随着技术水平的逐渐提升，限值将越来越严格。由于当前并没有大规模普及新试验标准，未能获得大量当前车辆技术水平的数据，因此政策制定将会出现一定的滞后性。
能量流试验数据处理技术主要应对标准GB/T 18386.1—2021的缩短法，能量消耗量与续驶里程测试工程师应重点关注。新标准数据处理工作量极大，涉及的一些技术细节各相关部门均需了解，包括电机效率评价、电压变更、制动能量回收开启权重和电池截止放电条件等，上述内容将在各节中做深入细致的分析。基于GB/T 18386.1—2021的缩短法原理，提出更合理的设计企业标准的缩短法。
能耗估算算法设计的工作原本属于控制器开发部门，但由于用户反馈仪表能耗显示不准，能耗估算算法的优化工作被转交给动力性经济性开发工程师。车载传感器的精度已经足够支持高精度能耗计算，优化的方向主要是如何估算和显示。由于车辆具备制动能量回收功能，且工况变化不确定，能耗估算算法需要引入势能修正。
电动汽车的动力系统拓扑结构与电网很相似，以高压直流母线为能量交换关键通道，连接快充接口、车载充电机、动力蓄电池和驱动电机等电器部件，如图3-1所示。
快充接口：快充接口与直流母线直连，用于使用外部直流快速充电桩从电网中获取能源。
慢充接口与车载充电机：用于从220V电网中获取能源，车载充电机是一种AC/DC转换器，当车辆具有对外放电功能时，车载充电机可双向工作。
太阳能电池板：特点是功率持续，但功率较小。受限于发电能效低，性价比不高等因素暂未能大规模推广。部分车型配置了太阳能天窗，理想状态下一年可增加车辆续驶里程1000km以上。
超级电容：特点是充放电寿命长，充放电倍率大。但是单价较高，体积能量密度较低。通常与氢燃料电池一起使用。
内燃机增程器：包括燃油加注口、油箱、内燃机和发电机等部件，最大的优点是燃油加注便捷。
氢燃料电池增程器：包括储氢罐和氢氧燃料电池反应堆等。氢能的能量密度高，被列为国家重点发展方向之一。目前受限于储氢安全性、质子交换膜寿命和燃料电池对贵金属铂的依赖等因素，尚未普及。
电驱动系统：包括驱动电机和车辆传动系统等。电机逆变器也是一类AC/DC转换器，因车辆具有制动能量回收功能，该转换器也是双向的。
主电池包系统：电池包由电芯串并联而成，其输出端与直流母线直连，直流母线的电压状态由其决定。某些具有主动均衡功能的动力蓄电池包，电芯可以通过逆变器向直流母线中放电。
其他：车身电器、风力发电机和低压锂离子电池组等，均可扩展。
该拓扑结构同时兼容各类增程式电动汽车结构。
图3-1 电动汽车的电气结构
国内电动汽车在标准工况下的百公里平均耗电量大概为14.8kW·h/100km，按整车质量计算的平均单位质量耗电量大约是9.0W·h/（100km·kg）。
整车能耗分解可根据电气结构拓扑图建能量流图来表达。以某款纯电动汽车为例，其能量流如图3-2所示（单位均为kW·h/100km）。从图中可见，整车能耗13.8kW·h/100km分别消耗在车载充电机、电池包、MCU、车身电器、电机、减速器、传动轴、轴承、卡钳拖滞、机械制动和车轮等子系统。
图3-2 电动汽车的能量流
能量主要损耗在风阻、机械阻力和车身电器三大方向中。在常温CLTC工况下，风阻占比30.42%，机械阻力占比39.13%，电器占比30.45%。若为高速工况，风阻占比将大幅增加；若为高低温工况，电器占比将大幅增加。因此，要对各类工况、各相关部件性能进行分解研究。图3-3所示为整车能耗影响因素的概览，车辆的动力性经济性测评与优化都将围绕这些部件及影响因素展开分析研究。
图3-3 整车能耗影响因素概览
动力性经济性开发前期离不开对竞品统计数据的分析，将竞品的整备质量与能量消耗量的关系进行统计分析，对于把握纯电动汽车节能技术的现状及发展趋势有积极参考意义。现行的能量消耗量限值标准及补贴政策的设置依据主要为车辆的整备质量及其最高车速，本节提出一种获取当前能量消耗量平均技术水平的方法，为能量消耗量限值设定提供技术工具。通过对工信部公布的1171款纯电动车型数据进行统计分析，推导出纯电动乘用车能量消耗量技术能力曲线，预估出基于中国工况测试方法的能量消耗量技术能力曲线。该曲线对车辆动力性经济性的研发设计、节能减排相关的标准法规和政策的制定均有积极的参考意义。
1.电动汽车能量消耗量限值标准
电动汽车能量消耗量在限制标准、双积分政策中被引用，在车辆设计初期为企业提供辅助设计作用。
（1）限值标准内容
GB/T 36980—2018《电动汽车能量消耗率限值》于2018年12月28日发布，2019年7月1日实施。规定使用GB/T 18386—2017的方法测试的车辆能量消耗率作为限制对象。
能量消耗率限制表规定了第一、第二阶段限值，如图3-4所示。对于具有三排以下座椅，且最高车速大于或等于120km/h的车型，直接查能量消耗量限值表。其他车型能量消耗量限值应作如下计算（计算后四舍五入至小数点后一位）：如车型具有三排以下座椅，且最高车速小于120km/h，折算系数 K 计算如式（3-1）所示；如果车型具有三排及三排以上座椅，且最高车速大于或等于120km/h的车型，折算系数限值乘以1.03；如车型具有三排以上座椅，且最高车速小于120km/h，能量消耗量限值乘以1.03 K ， K 计算如式（3-1）所示。
式中 V max ——车辆最高车速（km/h）。
图3-4 能量消耗率限值标准与双积分政策目标能量消耗量限值技术能力曲线
（2）乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法
在工业和信息化部《关于修改〈乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法〉的决定（征求意见稿）》中，对纯电动车型积分计算方法为
式中 R ——车辆的续驶里程（km）。
纯电动乘用车30min最高车速不低于100km/h，电动汽车续驶里程（工况法）不低于100km，且按整备质量（ m ，kg）不同，车型能量消耗量（ Y ，kW·h/100km，工况法）满足能量消耗量目标值的，车型积分为标准车型积分乘以电耗调整系数（EC系数），其中EC系数为车型能量消耗量目标值除以电能消耗量实际值（EC系数计算结果按四舍五入原则保留两位小数，上限为1.5倍）；其余车型EC系数按0.5倍计算，并且积分仅限本企业使用。
纯电动乘用车能量消耗量目标值
式中 m ——车辆的整备质量（kg）。
能量消耗量目标值曲线如图3-4所示。该曲线体现了当前国内纯电动汽车能量消耗量技术平均水平，因此又可称为能量消耗量技术能力曲线。需要注意的是，双积分政策已在大数统计过程中忽略了车速，所获得的能量消耗量结果不再适用于速度修正。
2.限制曲线类型推导与修正
能量消耗量限值标准与双积分政策能量消耗量目标曲线各有优缺点，限值标准中太多阶梯性数据，会导致电动汽车设计者尽量按照阶梯拐角设计与申报整备质量。双积分政策中仅对车速做了限值要求，不再对车速进行目标能量消耗量进行修正，对整备质量较小，车速高于120km/h的车型不太公平，这样做会导致整备质量较小的车辆大部分都限制最高车速以保证能量消耗量，政策性浪费车辆动力性能。为此，需要对能量消耗量技术能力曲线类型做推导。
（1）能量消耗量技术能力曲线的类型
从图3-4可知，各政策的能量消耗量与车辆的整备质量相关，且整备质量较小时，斜率较大。为此，对曲线的类型做假设：车辆均满足最高车速的条件下，能量消耗量斜率与车辆整备质量呈反比关系。
式中 k ——待定系数[kW·h/（100km·kg）]。
解该微分方程得
则 k 与 C 0 是待定系数。 C 0 为常数项（kW·h/100km）。
（2）最高车速修正
当车辆的最高车速低于工况要求的最高车速时，测试标准要求使用车辆满足最高车速的模式进行能量消耗量与续驶里程测试。政策中规定了30min最高车速满足100km/h以上的车辆才能适用于能量消耗量调整系数修正，因此，以最高车速高于100km/h的车辆为研究对象，假设车辆能量消耗量与道路阻力能量消耗量呈正比，则获得折算系数 K 的计算公式如下：
式中（ t ， v car ）——车辆的工况序列；
（ t ， v ）——工况序列；
T ——工况循环周期。
当最高车速 v max ≤max v 时，将 v 中的高速点替换为 v max ， A （单位为N）、 B [单位为N/（km/h）]、 C [单位为N/（km/h） 2 ]为依据滑行试验获得的道路阻力系数。
根据统计数据，不能满足最高车速≥120km/h的车辆主要是整备质量≤1200kg的车型。假设该部分车型道路阻力系数均值分别为 A =100N、 B =0.5N/（km/h）、 C =0.035N/（km/h） 2 ，带入NEDC工况与中国工况，获得最高车速与折算系数的关系曲线，如图3-5中的实线所示。
折算系数曲线是通过点（工况最高车速，1）的直线，将曲线斜率设为 a ，作为待定系数，则折算系数表达式如式（3-7）所示。将理论系数线拟合成直线，结果如图3-5中虚线所示。
图3-5 依据车辆最高速度修正能量消耗量系数
根据图3-5结果，NEDC工况拟合折算系数线为
CLTC工况拟合折算系数线为
该折算系数线是通过经验值拟合的，与式（3-1）通过大量试验数据拟合而来有区别，但整体结果相差不大，政策制定初期，可参考本方法。
3.已公布车型能量消耗量技术水平分析
从工信部公告网站获取2017年1月23日—2019年11月4日期间1171款纯电动车型基于NEDC工况的能耗数据，将这些数据进行统计分析，获得当前技术条件下我国纯电动乘用车能量消耗量平均技术能力曲线。该方法可以作为相关政策制定的参考，也可作为电动汽车设计企业的初步设计参考。步骤如下：
1）从工信部网站获得大量纯电动乘用车能量消耗量数据；
2）依据最高车速折算系数理论对低于工况车速的车型数据进行逆向修正；
3）对车型进行分组分布分析，分组求出整备质量、能量消耗量的均值与标准差；
4）依据式（3-5）拟合当前能量消耗量技术平均能力曲线，可作为双积分政策积分计算方法参考；
5）取±2σ包络获得能量消耗量上下限能力曲线，可作为电动汽车能量消耗量限值法规第一、第二阶段限值指定参考。
（1）数据获取及其分析
获得样车数据后，对最高车速＜120km/h的车辆能量消耗量进行折算修正，获得图3-6所示的整备质量-能量消耗量分布图。
图3-6 工信部公布的1171款纯电动汽车能量消耗量分布及速度修正结果
（2）能量消耗量技术能力曲线拟合
由于不同整备质量的车辆样本量相差较大，故采用分区间均值方差统计。整备质量≥2000kg的乘用车样本量相对较少。从700kg开始，每150kg为一组做均值与方差分析，并以均值为圆心、2倍标准差为半径画圆。
使用圆心作为拟合对象，确定如式（3-5）的待定系数，可获得能量消耗量平均技术能力曲线；将圆心向上/下偏移2 σ ，获得一系列圆顶点包络，拟合成曲线，则获得能量消耗量上/下限能力曲线，如图3-7所示。
图3-7 分段分析与能量消耗量技术能力拟合曲线
获得能量消耗量能力曲线如下：
4.中国工况下能量消耗量曲线讨论
CLTC工况与NEDC工况的差异是削弱了风阻损耗占比，增强了制动能量回收占比，综合而言，能量消耗量是降低的。据部分数据显示，同一款车型使用两种方法测试，CLTC工况比NEDC工况能量消耗量低3%～7%。据此，可初步预测新标准执行后，图3-7所示曲线将整体向下平移5%左右。
综上所述，本节基于能量消耗量斜率与整备质量呈反比的假设以及大量数据统计分析技术，提供了一套纯电动乘用车能量消耗量技术能力曲线的获取方法。使用该方法可以推导出应用于能量消耗量限值设定、双积分能量消耗量折算系数、车辆研发初期定位与选型的整备质量-能量消耗量关系曲线。