认知又被颠覆!PHEV并不环保,亦为增程式捏把汗

PHEV未能实现实际宣传的CO2排放量和燃油经济性,使制造商不公平地从这些车辆的低CO2排放中获益,并因此破坏了欧盟2020/21年的CO2排放法规。如果PHEV要实现零排放出行,就必须对欧盟法律进行紧急修改,尤其是在车辆标准测试和CO2排放方面。

文︱立厷

图︱网络

记得五年前大众“柴油门”事件,直到今天还在被罚款。当时,美国环境保护署指控大众汽车所售部分柴油车安装了专门应对尾气排放检测的软件,可以在被检测时以“高环保达标”过关,而在平时行驶时,这些汽车的污染物排放最大可达美国法定标准40倍。

今天,传统头部车企“排放门”再现,实测发现插电式混合动力汽车污染比官方标准和广告高很多。看看这些名车是怎么测试的?

绿色和平组织及欧洲运输与环境部(Transport & Environment,T&E)最近发表了一份题为“插电式混合动力车:欧洲正在走向一个新的柴油机之门?”引发热议,93页的报告和107页附加报告,解读了对三款(宝马X5,以及沃尔沃XC60和三菱欧蓝德)插电式混合动力汽车(PHEV)的测试,揭示了一个颠覆普遍认知的事实:经专业机构测试,现实中PHEV的二氧化碳(CO2)排放量是实验室中的2.5倍。

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图:五花大绑的三款待测PHEV

即使充满电在市区行驶,三款车的碳排放也比汽车制造商宣称的最多高出89%;而一旦电池电量较少或耗尽时,此类汽车在行驶15公里左右就会迅速超出官方标准排放量,甚至达到官方排放等级的8倍;而在地理围栏(Geo-fencing,城市低排放区)要求的“电池充电模式”,其排放高达官方数据的12倍之多。

欧洲PHEV销量飙升

近来PHEV在欧洲销量直线上升,仅今年就有望售出50万辆。汽车制造商都在销售“低排放”汽车,以符合2020年1月生效的2020/21欧盟汽车CO2标准。

T&E预计,随着CO2排放目标的全面实施,2021年,PHEV的销量将再次翻番,预计将售出84万辆。随着2025年和2030年全车CO2排放目标的进一步降低,预计到2030年,PHEV销量及其市场份额将继续增长。

 图:2019-2021年欧洲PHEV销量

看来,PHEV这个“披着羊皮的狼”似乎蒙蔽了消费者的双眼。这次测试的三款PHEV均为2019年欧洲热销的最受欢迎车型,其中宝马X5可提供的最长电动汽车续航里程。

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图:2019年欧洲最受欢迎车型

但是,这些汽车的实际排放量是否和汽车制造商的测试实验室一样低?或者说,汽车制造商出售的PHEV高排放汽车是为了达到CO2排放目标的一种合规伎俩?报告指出,实际上只有真正用纯电行驶才能让插电式混合动力汽车实现最大的环保价值,但同时也提出了一个更为广泛的问题——如何衡量汽车的总体污染,如果换成是你,你会认为电动汽车真的想像的那样环保吗?

T&E高级主管Julia Poliscanova指出:“PHEV是假的电动汽车,是为实验室测试和减税而制造的,不是为了真正驾驶。”汽车制造商现在却将PHEV的高排放归咎于使用者,这是一种谎言,是他们制造的PHEV自身有问题——电动机功率不足,发动机体积很大,污染也很大,而且通常不能快速充电。

何为PHEV?

 图:Plug-in hybrid electric vehicle——PHEV

PHEV是一种装有内燃机(ICE)、电动机和高压(HV)电池的汽车,这些都可用来驱动车辆。其电池可以像纯电动汽车(BEV)一样从外部充电(“插电式”),比传统混动车的电池大得多,但通常比安装在BEV上的电池小。

为了使发动机、电动机和电池的使用满足车主的需要,欧盟市场上的大多数PHEV都配备了四种以上不同的驾驶者可选模式,这些模式由汽车制造商编程,可以不同的方式使用ICE、电动机和电池。因此,PHEV上的所有模式都将具有不同的燃油/电力消耗数据及CO2排放量。这些模式包括:EV主导模式、混合模式(几种)、内燃机(ICE)唯一模式、电池充电模式。

PHEV汽车的最初想法是在电池技术发展之前(即使纯电动汽车的电动续航里程达到300公里以上),缓解驾驶者的里程焦虑,同时还能提供电动汽车的一些好处,包括更低CO2和污染物排放。对于那些担心电量耗尽的人来说,ICE主要是作为备用选择。

实际上,PHEV除了由电池驱动的电动机外,还以汽油或柴油驱动的内燃机提供动力。沃尔沃首席执行官Håkan Samuelsson将PHEV汽车定义为“过渡性技术”,发展新能源汽车的终极目标是纯电动汽车。

Håkan Samuelsson

英国汽车制造商和贸易商协会首席执行官Mike Hawes则认为,在汽车制造商完全转向纯电动汽车之前,PHEV汽车是一块“敲门砖”。为什么不像特斯拉那样简单地采用纯电动?对于不愿放弃内燃机的汽车制造商而言,PHEV可能只是一种延迟策略。

Mike Hawes

但是,PHEV走样了,不是它们应该有的样子了!

杞人忧天一下增程式

今年3月,国产增程式汽车的典范理想ONE上险数首超宝马5系新能源,拿下PHEV销量第一,其后也销量不凡,8月PHEV第一;1-8月新能源中大型SUV第一。而理想ONE牌照属于PHEV插混,不享受电动车政策。因为其新能源绿牌汉字后第二个字母是代表混动车的“F(非纯电动,之后会到H)”,而不是代表电动车的“D(电动)”或“A(之后会到E)”。这是其一。

“更自由的智能电动车”理想ONE能上这个车牌吗?

还有其二,我同意蜗牛车志的说法:“理想ONE只靠电动机驱动前进,官网称之为“更自由的智能电动车”,但电动车和混动车的界定不应该是驱动方式,而应该是能量供给方式。”

理想ONE同样是一种“过渡性技术”插电混动车,用的是东安动力的增程器(确切说是燃油增程发动机),发动机烧油,当然不是纯电动了。

想必大家都知道,一些国外头部车企也搞过增程式,例如,2014年进入国内市场的宝马i3,起初有增程式混动版和纯电版车型,后来取消了前者。11月获悉,宝马i3或将于2024年停产。

宝马i3增程混动版在纯电动车型基础上增加了一台34马力650毫升双缸汽油发动机(增程器),以电动机为主,发动机为辅。发动机的唯一作用是发电,为电池充电,以带动电动机做功驱动车辆前进。增程式混动车可以外接充电,电池充满电后可续航一定里程;当电池电量不足时,发动机(增程器)启动为电池充电。

图:宝马i3动力工作原理

理想ONE则是三缸发动机,其动力工作原理和宝马i3增程版基本一样:都是发动机(增程器+发电动机)在需要时为电池充电,再由电池通过电动机驱动车轮。

图:理想ONE动力工作原理

一些车企放弃了增程式车型,足见其研发的技术难度之大。

再看看那三款被测的PHEV是怎么工作的。宝马有单连接的主电池,用来连接发动机进行充电和驱动电动机和车轮。测试时使用单钳形仪表能够捕捉到发动机充电、驱动电动机和再生制动的电流。

图:宝马X5动力工作原理

另两款车的发动机与主电池是单独连接,用于发动机充电和驱动电动机和车轮。使用单钳形仪表能够捕捉到驱动电动机和再生制动的电流,但不能捕捉到发动机充电电流。

图:三菱欧蓝德5H和沃尔沃XC60动力工作原理

实际上,理想ONE只比三款被测PHEV的动力架构少了紫色的“一笔”——发动机(或叫增程器)不直接驱动车轮。另外,除宝马用的是六缸发动机,其余是四缸发动机,理想ONE是三缸发动机。问题在于,与PHEV可说是只有一步之差的理想ONE能否实现零排放?

欧盟的实际测试为我们提了个醒,我们还真是为理想ONE捏了把汗,毕竟它是纳斯达克上市的中国公司,树大了会招风的!千万别被人说是“骗钱的玩意”。

用了哪些欧洲测试设备?

言归正传,测试PHEV排放用了什么设备?测试了哪些内容呢?

气体排放测试

Sensors的ASEMTECH-LDV用于测量气体排放。车辆外部的排气管末端安装了一个流量管,用于测量独立于车辆系统的总流量。

图:气体排放测试设备

颗粒物排放

对于颗粒污染物,使用Sensors的SEMTECH-LDV便携式排放测量系统(PEMS),在排气管处以1Hz的频率连续测量(NO、NO2、CO),使用传感器冷凝粒子数(CPN)测量排放粒子数。

图:颗粒物排放测试设备

功耗测量

使用Hioki公司的1000安培CT6846电池夹对被测车辆的电池充电状态进行测量。

图:功耗测量设备

测试路线和方法

测试人员开发了三条不同的道路测试路线。第一条路线完全符合用于轻型汽车污染物排放型式认证的实际行驶污染物排放(RDE,也是我国国六排放法规的测试项目)法规,代表了温和/中等驾驶风格。

1.每辆车在符合RDE的路线上进行四次测试:EV主导模式测试:在满电条件下开始,车辆点火时驾驶者选择EV主导模式,在电动模式下行驶,电池耗尽后采用车辆选择的默认模式。

2. ICE模式测试:在电池电量完全耗尽情况下开始测试,驾驶者选择内燃机主导驱动汽车。在X5上,这意味着“电池保持”模式(设置为汽车允许的最低30%电池电量状态),这是X5上最接近ICE唯一的模式,测试开始时电池充电到至少30%。

3. 充电模式测试:测试在电池电量完全耗尽情况下开始,驾驶者在测试开始时选择电池充电模式。这意味着内燃机在测试过程中既可以为汽车提供动力,也可以为电池充电。一旦电池充满电,测试继续以汽车选择的模式运行。

4. 最大负载测试:根据EV模式测试,汽车以充满电的电池启动。不过,车内负荷增加到每辆车允许最大负荷;X5为750公斤,XC60为550公斤,欧蓝德为475公斤。

另外两条测试路线是非RDE,旨在测试PHEV的性能如何受到RDE法规边界之外的不同驾驶和道路条件的影响。所有三辆车在每个RDE不合规路线上进行一次测试。

5. 动态/海拔测试:第二条路线旨在测试PHEV在更具挑战性驾驶条件下的性能,重点是更具动态性的驾驶方式(突然加速)和比RDE测试程序更高的海拔。测试开始时,电池充满电,驾驶者选择车辆点火时EV主导进行测试。

6. 逆序测试:第三条路线是为了测试高速公路行驶对电动汽车行驶里程的影响而设计的,该路线没有遵循传统的城市、农村和高速公路RDE测试路线,而是从一个很短的市区路段开始,然后在高速公路上行驶,直到PHEV的电池耗尽,ICE开启。然后在高速公路上再行驶5公里,然后过渡到城乡混合驾驶。PHEV用充满电的电池开始测试,驾驶者在点火时选择与EV主导模式。

所采用的测试规划如下:

图:测试模式和路线

测试路线包括RDE路线、动态/海拔高度路线、逆序路线,都要采集路线运行的所有测试项目的平均值,其他几项亦然。

图:RDE路线测试项目

此外,测试还将车内辅助设备设置为典型日常使用方式,并在测试之间保持恒定:空调设置为19℃,风扇速度中等,开启收音机,灯设置为“自动”。

测试模式和结果

轻度测试

许多在售的PHEV都标榜CO2排放量非常低,是同等传统内燃机车的三分之一以下。然而,没有一款PHEV在实际中达到如此低的数值,即使是从充满电开始的在最温和的测试中。三款PHEV中,宝马X5性能最好,但其CO2排放量仍然超过官方规定的28%,排放量为41g/km。在相同的轻度测试中,XC60和欧蓝德分别排放了115g/km和86g/km,与官方WLTP值相比,差距为62%-89%。

图:官方数值vs被测PHEV的CO2排放量

发动机(内燃机提供动力)模式测试

XC60和欧蓝德的CO2排放量分别飙升至184g/km和164g/km,是官方数据近3-4倍。X5的CO2排放量增加了更多,达到了254g/km,比官方数据高出8倍。

一旦这三款车切换到ICE模式,在超过官方CO2排放限值之前,X5、XC60和欧蓝德只能分别行驶11公里、23公里和19公里。这意味着,长途行驶会导致高CO2排放。例如,一次充电行驶100公里,X5的CO2排放量为64g/km,XC60为116g/km,欧蓝德为87g/km,高达官方数值的2倍。这实际上否定了PHEV适合长距离行驶的误导性说法:目前在售的PHEV仅适用于大部分公里数都是电动的短距离行驶。如果要保持低排放汽车的标签,它们必须比纯电动汽车充电更频繁。

地理围栏测试

如果将来使用地理围栏技术,这种操作模式很可能会增加,驾驶者需要在进入城市零排放区之前给电池充电。在这种模式下,X5的CO2排放量比官方的CO2排放量高出12倍;XC60和欧蓝德分别高出3.4倍和4.7倍。

电力驱动模式测试

一旦测试的三款PHEV以更快的加速、更高的有效载荷或在高速公路上行驶,纯电动(EV-only)续航里程将下降高达76%,具体取决于汽车。尤其是X5和XC60未能在快速加速下保持纯电动运行。在一次测试中,X5和XC60分别行驶了18公里和11公里,尽管电池充满电,纯电动续航里程还是缩短了四分之三。这表明,对于这两款车来说,电力驱动无法提供必要的动力,从而导致内燃机提前启动。这表明,一些PHEV的设计仅能在极少的道路行驶条件下保持零排放运行,且排放CO2的发动机会在日常驾驶中频繁使用。

报告指出,这并不是驾驶者的错:当前的PHEV设计并非用于零排放模式,它只是向零排放出行过渡的一部分。但今天在售的大多数PHEV车型并不能快速充电,在测试案例中,只有欧蓝德有这种能力。即使宝马X5有24kWh的大电池,也不能在旅途中快速充电;缓慢充电需要7个小时。另外如手册所述,如果PHEV系统太热/太冷、快速加速或运行空调,发动机可能会启动。

图:三款PHEV实际EV主导行驶里程和各车辆合格证书上规定的型式认证电动里程

分析

 为什么被测PHEV的CO2排放这么高?

其一,CO2排放量很大程度上取决于行驶距离。

PHEV总行程CO2排放量和燃油消耗量很大程度上取决于EV和ICE运行的比例;一旦开启ICE,CO2排放量也会增加。长途旅行,电池耗尽,ICE必须长时间使用,导致整体CO2排放量和燃油消耗量增加。

图:CO2排放量取决于充满电以纯电动驾驶的距离

其二,长时间PHEV行程导致高CO2排放

令人失v望的是,对于所有被测车辆,无论是在测量条件还是在模拟条件下,这些汽车在超过其官方CO2排放值之前所能行驶的距离很有限。这一点尤其值得关注,因为这些汽车被吹捧为驾驶者的最佳选择,而在长途驾驶时根本不是这样。

其三,充电模式下的CO2排放

目前市场上大多数PHEV都配备了驾驶者可选择的电池充电模式。在测试期间,由于给电池充电所需的高发动机负载,在该特定模式下测量了所有三辆车的最高CO2排放量和燃油消耗量。结果表明,电池充电时会额外排放12公斤CO2;用发动机为高压电池充电的效率低于从电网充电的效率。

综上所述,PHEV未能实现实际宣传的CO2排放量和燃油经济性,使制造商不公平地从这些车辆的低CO2排放中获益,并因此破坏了欧盟2020/21年的CO2排放法规。如果PHEV要实现零排放出行,就必须对欧盟法律进行紧急修改,尤其是在车辆标准测试和CO2排放方面。报告呼吁,汽车制造商和监管机构应该尽快摆脱目前的“假电动”技术,以确保欧盟市场上供应的PHEV不仅仅是“合规车辆”。

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