高原地区混合动力电动汽车从油箱到车轮（Tank-to-Wheel, TTW）阶段的二氧化碳排放特性

《Journal of Environmental Sciences》：CO 2 emission characteristics of hybrid electric vehicles in the tank-to-wheel (TTW) phase in plateau region

高原地区实际道路测试显示，插电式（PHEV）、增程式（REEV）和串联/并联式（SPHEV）混合动力车CO2排放显著低于传统燃油车（ICEV），尤其在复杂城市路况下减排效果达2.56-3.27倍。研究揭示发动机转速、排气温度与排放的非线性关系（R2=0.86-0.94），车速和加速度的多项式关联，并发现SPHEV在特定功率区间减排趋势明显，为城市低碳交通提供技术支撑。

　　本研究围绕高原地区混合动力汽车在“油箱到车轮”（Tank-to-Wheel, TTW）阶段的二氧化碳排放特性展开，旨在评估其在不同道路条件下的减排潜力，为实现城市低碳交通目标提供技术支撑。随着汽车工业的迅速发展，全球变暖和环境污染问题日益突出，特别是在中国，交通运输业已成为第三大二氧化碳排放源，占总排放量的80%以上。面对这一挑战，传统燃油汽车因其高能耗和高排放特性，正逐渐成为环境治理和能源安全的重要关注对象。与此同时，新能源汽车的发展被视为推动低碳经济和绿色交通的关键路径，尤其在混合动力汽车领域，其通过内燃机与电动机的协同作用，展现出显著的节能与减排优势。

混合动力汽车目前主要分为三种动力系统架构：串联式、并联式以及串并联混合式。串联式混合动力汽车的车轮仅由电动机驱动，当电池电量不足时，发动机才会启动为电动机供电，例如增程式电动车（REEV）。并联式混合动力汽车则允许发动机和电动机同时或独立驱动车轮，电池组也可以通过外部电源进行充电，从而降低对石油燃料的依赖，例如插电式混合动力汽车（PHEV）。串并联混合式汽车则可以在串联或并联模式下运行，如系列/并联混合动力汽车（SPHEV）。这些不同的架构在实际运行中对二氧化碳排放的影响各不相同，研究其特性有助于更好地理解混合动力汽车在不同条件下的表现。

为了全面评估混合动力汽车的减排能力，本研究采用了实际道路排放测试（Real Driving Emission, RDE）方法，利用便携式排放测量系统（Portable Emissions Measurement System, PEMS）在昆明市进行实验。昆明位于高原地区，其低气压环境对发动机的进气和燃烧效率产生了直接影响。高原地区空气密度较低，氧气含量相对不足，这使得发动机在相同燃油喷射量的情况下，进气量减少，导致空燃比偏高，进而影响燃烧效率。这种燃烧效率的下降不仅降低了发动机的有效功率和燃油经济性，还可能导致混合动力汽车实际排放的增加。因此，高原地区的特殊环境条件成为研究的重要背景。

研究结果显示，在不同道路条件下，混合动力汽车的二氧化碳排放量显著低于传统燃油汽车。尤其是在复杂的市区路况下，传统燃油汽车的二氧化碳排放因子比混合动力汽车高出2.56至3.27倍。这表明，在城市交通环境中，混合动力汽车具有更强的减排能力。此外，研究还发现，二氧化碳排放率与发动机转速和排气温度之间存在显著的非线性关系，其相关系数（R2）达到0.86至0.94，显示出较高的预测精度。同时，二氧化碳排放率还与车辆速度和加速度之间呈现出显著的多项式函数关系，这表明车辆运行状态对排放的影响具有复杂性。

进一步分析发现，在车辆特定功率（Vehicle Specific Power, VSP）范围为Bin33至Bin40时，传统燃油汽车、插电式混合动力汽车和增程式电动车的二氧化碳排放量随着VSP的增加而上升，而串并联混合动力汽车则表现出一定的减排趋势。这一结果揭示了不同混合动力架构在应对高原地区特殊运行条件时的差异性。尽管串联式和并联式混合动力汽车在某些方面表现出相似的排放特性，但串并联混合式汽车因其更灵活的动力分配方式，能够更好地适应复杂工况，从而实现更优的减排效果。

研究还指出，混合动力汽车的减排能力不仅取决于其自身的系统设计，还受到驾驶行为和环境因素的综合影响。例如，频繁的加速和减速会增加车辆的能耗和排放，而平稳的驾驶方式则有助于降低排放水平。因此，为了充分发挥混合动力汽车的减排潜力，需要在车辆设计和驾驶策略上进行优化。此外，高原地区的特殊环境对混合动力汽车的性能提出了更高的要求，包括电池管理系统、电机控制策略以及发动机进气系统的设计。这些因素共同决定了混合动力汽车在高原地区的实际运行效果。

本研究的实验对象包括一辆传统燃油汽车和三款不同架构的混合动力汽车：插电式混合动力汽车（PHEV）、增程式电动车（REEV）以及串并联混合动力汽车（SPHEV）。这四款车型均符合中国国家第六阶段排放标准，具有代表性和市场普及度。实验过程中，研究人员对车辆在市区、郊区和高速公路等不同道路类型下的运行数据进行了系统采集和分析，重点考察了车辆速度、加速度、发动机转速、排气温度等关键参数对二氧化碳排放的影响。通过对比不同车型的排放数据，研究团队揭示了混合动力汽车在高原地区相较于传统燃油汽车的显著优势。

研究的另一个重要发现是，混合动力汽车在高原地区的减排潜力与其系统架构密切相关。例如，串并联混合动力汽车在应对复杂工况时表现出更强的适应能力，其通过灵活切换发动机和电动机的工作模式，能够有效降低高负载情况下的排放。而传统燃油汽车由于缺乏这种灵活的调节机制，其在高原地区的排放表现相对较差。这一结论为未来混合动力汽车的研发和推广提供了理论依据，同时也为政策制定者提供了重要的参考信息。

在实际道路测试中，研究人员发现，车辆的运行状态对二氧化碳排放的影响远比预期的要复杂。例如，在市区拥堵条件下，车辆频繁启停和低速行驶会显著增加排放量，而高速行驶则可能因为发动机效率的提升而减少排放。然而，混合动力汽车由于具备电动机辅助功能，在低速和频繁启停的情况下能够更好地发挥其优势，从而实现更优的排放控制。这一特性使得混合动力汽车在城市交通环境中具有更强的适应性，特别是在高污染和高排放的市区路段。

此外，研究还强调了高原地区对混合动力汽车性能的特殊挑战。由于高原地区的空气密度较低，发动机的进气量和燃烧效率都会受到影响，这可能导致传统燃油汽车在高原地区的排放量进一步上升。相比之下，混合动力汽车由于其电动机的辅助作用，能够在一定程度上弥补发动机效率的不足，从而降低整体排放水平。因此，混合动力汽车在高原地区的应用前景广阔，特别是在城市交通网络中，其减排潜力和适应性尤为突出。

本研究不仅对混合动力汽车的减排特性进行了深入分析，还对不同道路类型下的排放趋势进行了系统比较。结果显示，混合动力汽车在不同道路条件下的排放表现存在显著差异。例如，在市区条件下，由于交通拥堵和频繁启停，混合动力汽车的排放控制能力尤为关键；而在高速公路上，车辆的平均速度较高，发动机的效率提升有助于降低排放。因此，针对不同道路条件，混合动力汽车的优化策略应有所不同，以实现最佳的减排效果。

研究还指出，混合动力汽车的减排效果不仅依赖于其自身的系统设计，还受到外部环境因素的影响。例如，高原地区的气压、温度和湿度等条件都会对发动机的运行效率产生影响，进而影响整体排放水平。因此，在设计和推广混合动力汽车时，必须充分考虑这些环境因素，并通过技术手段进行优化。例如，改进发动机的进气系统以提高空气利用率，优化电池管理系统以提高电动机的辅助效率，以及提升车辆的整体能效水平，都是实现混合动力汽车在高原地区减排目标的重要途径。

总体而言，本研究通过实际道路测试，揭示了混合动力汽车在高原地区相较于传统燃油汽车的显著减排优势。这不仅为混合动力汽车的技术发展提供了新的方向，也为政策制定者提供了科学依据。未来，随着混合动力技术的不断进步和高原地区交通需求的增加，混合动力汽车有望成为实现城市低碳交通的重要工具。同时，研究还强调了在高原地区推广混合动力汽车时，需要综合考虑车辆设计、驾驶行为和环境因素，以确保其在实际运行中能够充分发挥减排潜力，推动交通行业的绿色转型。