2025, Vol. 46
随着能源与环境问题日益成为大众关注的焦点，全球各国都在不断制定和出台相关能源发展战略，从而实现经济与环境的和谐发展. 为减轻汽车所带来的能源与环境问题，中国出台许多政策加大对新能源汽车的研发投入，并且明确到2030年新增新能源、清洁能源交通运输工具比例达到40%左右，插电式混合动力汽车（PHEV）作为节能与新能源汽车种类之一，也成为了当前交通出行的热门选择，但其在资源与环境效益方面相比其他新能源车型是否更具优势，需要进一步的科学分析.
近几年，国内外研究人员针对PHEV的生命周期评价进行了广泛地探讨. Velasquez等[1]根据巴西政策及国家能源计划，采用生命周期评价（LCA）方法评估了从2023年到2050年巴西燃油汽车向电动汽车过渡的发展对策，并且提出巴西当前最佳选择是优先引入混合动力汽车（HEV），其次是PHEV，最后过渡到纯电动汽车（BEV）. Cusenza等[2]和Millo等[3]采用生命周期评价方法证明了PHEV减少碳排放的良好效果. Kim等[4]研究了PHEV动力电池的全生命周期碳排放，表明材料和零件生产是造成温室气体排放的主要原因. Patil等[5]研究了各种参数对于PHEV动力电池老化的影响，包括每日行驶距离、充电场景和电池温度. Benajes等[6]测试了轻度混合动力汽车、重度混合动力汽车和PHEV生命周期排放潜力，结果表明PHEV在油耗和发动机排放方面具有优势. Hao等[7]采用生命周期评价方法提出了一种基于真实道路运行条件下考虑电池能量变化的电网电驱动比，用于计算PHEV油电距离比. Gan等[8]比较了2017年全国各省份PHEV生命周期温室气体排放强度，提出中国道路交通温室气体排放应考虑具体省份的PHEV车辆和电网发展政策. Xiong等[9]对比了磷酸铁锂电池和镍锰钴酸锂电池匹配BEV和PHEV所产生的生命周期能耗和温室气体排放，并且进行了电力结构、寿命里程和电池回收的敏感性分析，结果表明中国当前BEV的排放强度低于PHEV. Lai等[10]和Li等[11]比较了BEV和PHEV的动力电池生命周期影响，发现电池生产阶段对资源和环境造成明显的影响. 国内外研究人员对传统内燃机汽车（ICEV）、HEV、PHEV和BEV等乘用车全生命周期碳排放进行了对比研究，发现BEV在汽车生命周期碳排放方面更具优势[12~26]. Rinawati等[27]选取HEV、PHEV、BEV和燃料电池汽车（FCV）为研究对象，对4种汽车进行了全生命周期碳排放评估，同时提出4种情景预测了2030年乘用车的潜在碳排放，研究表明PHEV每km行驶的二氧化碳排放量最低，其次是HEV和BEV. De Souza等[28]考虑了电网电力结构和动力总成等情况，比较了巴西多种车型的生命周期环境效益，发现PHEV的生命周期碳排放要高于BEV，但低于ICEV. Karabasoglu等[29]比较了HEV、PHEV和BEV的生命周期碳排放的潜力，研究发现驾驶条件对电动汽车的经济和环境效益有很大的影响. 国内外学者大多在各种场景和模拟驾驶条件下对PHEV进行全生命周期评价研究，Held等[30]和Yuksel等[31]研究了车辆不同行驶工况下的生命周期碳排放和环境效益. Neidhardt等[32]利用生命周期评价方法评估乘用车碳排放量，根据个人驾驶行为确定环境最佳传动系统，结果表明环境最佳的欧洲动力总成组合中以FCV（2020年为50%，2030年为47%，下同）为主，其次是PHEV（37%，40%）、BEV（5%，12%）和ICEV（2%，1%）. Chen等[33]利用生命周期评价方法在城市和高速公路驾驶条件下对比了PHEV、BEV和ICEV等车型运行使用阶段的能耗和排放，结果表明与ICEV相比，PHEV和BEV可以通过使用可再生能源解决约50%的能源消耗. Lombardi等[34]构建了保持相同车辆底盘的4种动力总成（ICEV、PHEV、BEV、FCV）场景，并比较了动力总成生产、车辆使用阶段和动力总成寿命结束的影响，并考虑了环境效益对电力结构的敏感性，发现电力类型会强烈影响生命周期环境效益评估结果. Onat等[35]在美国50个州的区域驾驶模式和区域电力结构的基础上，对比了ICEV、PHEV、HEV和BEV车型的生命周期环境效益，结果表明HEV是美国大多数州的最节能选择.
综上可知，国内外在评估PHEV生命周期资源消耗与环境效益方面已经取得了一定的进展，在清单分析、模型搭建和参数分析方面也取得了一定的成果，同时发现PHEV全生命周期资源消耗与环境排放主要由车辆平均寿命、年行驶里程、能源碳强度和生产阶段的能源结构决定. 国内外学者在针对PHEV驾驶循环工况和动力电池寿命等方面也开展了相关研究，目前大多数研究集中于新能源汽车与燃油汽车对比方面. 本文基于中国产业发展现状，选取国内市面上热销PHEV乘用车丰田雷凌为实例进行生命周期资源消耗与环境效益评价，并在此基础上对其运行使用阶段进行不同运行工况、动力电池衰减和车辆行驶里程等关键因素分析，明确关键因素与PHEV运行使用阶段资源消耗与环境效益的映射关系.
1 材料与方法本文首先确定研究对象的系统边界，基于实证研究和LCA专业数据库梳理研究对象所需清单数据，构建PHEV全生命周期理论评价模型，并在此基础上选取车辆运行使用阶段进行情景模拟研究（包括车辆不同运行工况、动力电池衰减和车辆累计行驶里程增加等关键因素），对比分析影响PHEV、BEV和HEV运行使用阶段资源消耗和环境效益的关键因素.
1.1 系统边界与功能单位系统输入包括化石能源如原油、煤炭和天然气，材料资源如铁、铜和铝，参考CML2001评价体系[36]，其输出包括表征资源消耗与环境效益的各类环境评价指标. 资源消耗评价指标包括表征材料资料消耗和化石能源消耗的材料资源消耗量[abiotic depletion potential（elements），ADP（e），以Sb-Eq计，单位为kg]和化石能源消耗量[abiotic depletion potential（fossil），ADP（f），单位为MJ]. 环境效益评价指标表征气体和污染物排放的酸化潜值（acidification potential，AP，以SO2-Eq计，单位为kg）、水体富营养化潜值（eutrophication potential，EP，以Phosphate-Eq计，单位为kg）、全球变暖潜值（global warming potential，GWP，以CO2-Eq计，单位为kg）、人体毒性潜值（human toxicity potential，HTP，以DCB-Eq计，单位为kg），光化学烟雾潜值（photochemical ozone creation potential，POCP，以Ethene-Eq计，单位为kg）和臭氧层损耗潜值（ozone depletion potential，ODP，以CFC-Eq计，单位为kg），系统边界如图 1所示. 参考文献[37~41]并结合市场实际使用情况，本文将一辆PHEV在中国道路上以综合工况行驶150 000 km作为功能单位.
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图 1 插电式混合动力汽车系统边界 Fig. 1 Plug-in hybrid electric vehicle system boundary |
本研究选取热门车型丰田雷凌PHEV进行全生命周期案例评价，并将整车全生命周期划分为原材料获取、制造装配、运行使用和报废回收这4个阶段进行清单分析. 清单数据主要来源于北京工业大学的《典型材料及能源LCA数据库（SinoCenter）》、四川大学eBalance软件中《中国生命周期核心数据库（CLCD）》和笔者课题组自建Vehicle-IA 1.0数据库，并借鉴GaBi数据库中的部分数据以及少量相关研究数据.
1.2.1 原材料获取阶段本研究将PHEV划分为发动机、发电机、铅酸电池、电动机、主减速器、锂电池、车身、底盘和流体这9个部分进行建模，并对评价结果影响较小的材料或零件进行替代或省略，各部件主要材料及其质量见表 1.
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表 1 丰田雷凌PHEV各部件主要材料及其质量 Table 1 Main materials and weight of Toyota Levin PHEV parts |
1.2.2 制造装配阶段
电力结构选取2021年我国电力结构，其中煤电占比为71%，水电占比为15%，光伏发电占比为2%，核电占比为3%，风电占比为4%，其他方式占比为5%[40]. 经计算，制造装配阶段总的电能消耗为20 781.91 MJ，总的热能消耗为5 443.08 MJ.
1.2.3 运行使用阶段在PHEV运行使用阶段，主要考虑车辆运行产生的能源消耗和部件更换产生的材料消耗. 丰田雷凌PHEV在纯油状态下的百km油耗量为4.3 L·（100 km）-1，纯电状态下的百km电耗为14.42 kW·h·（100 km）-1. 若该辆车为私家车日常出行使用，则其使用场景多为中短途，假设运行使用过程的油电比例为1∶1，那么丰田雷凌PHEV行驶100 km需要消耗2.15 L汽油和7.21 kW·h的电能. 运行使用阶段车辆部件更换情况见表 2.
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表 2 运行使用阶段部件更换情况[41] Table 2 Replacement of components in operation stage |
1.2.4 报废回收阶段
报废回收阶段分为传统汽车部件报废回收和锂电池报废回收，汽车传统部件在汽车报废回收阶段主要考虑金属材料和非金属材料的回收，对其他用量较少且回收率过低的非金属材料忽略不计，锂电池根据电池的报废程度可以分为梯次利用和再生利用，本文在此阶段只考虑锂电池再生利用. 汽车传统部件各种回收材料的回收率和回收量见表 3，单位金属材料回收能耗情况见表 4，回收1 kW·h三元锂电池所需材料清单见表 5.
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表 3 各材料回收率和回收量[44] Table 3 Recovery rate and recovery amount of each material |
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表 4 单位金属材料回收能耗情况[45] Table 4 Energy consumption of unit metal material recovery |
1.3 全生命周期评价模型
本文在作者团队前期积累的模型和参考其他学者构建的模型基础上[25，26，36，39~41，46，47]，搭建了PHEV的全生命周期评价模型，包含材料资源消耗、化石能源消耗和环境排放物模型.
1.3.1 材料资源消耗模型PHEV全生命周期的材料资源消耗矩阵FLCA见公式（1）：
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(1) |
式中，Frec表示报废回收阶段的材料资源消耗矩阵；mij表示汽车第i个组成部件所包含的第j种车用材料的质量（kg），k表示汽车的组成部件数量，n表示车用材料的种类数；f0ij表示生产单位第i种车用材料所需要的第j种材料资源量（kg∙kg-1），t表示材料资源的种类数；e2ij表示汽车第i个组成部件制造过程所需的第j种二次能源量（MJ∙kg-1），r表示二次能源的种类数；f1ij表示生产单位第i种二次能源量所需要的第j种材料资源量（kg∙MJ-1）；Q1表示汽车的百km电耗量或汽油消耗量[kW·h∙（100 km）-1或kg∙（100 km）-1]，L表示全生命周期的行驶里程（km），η表示汽车的电能转化效率，f11j表示生产单位电能所需要的第j种材料资源量（kg∙MJ-1）.
报废回收阶段考虑了钢、铸铁、铝和铜以及橡胶、塑料等非金属材料的回收，将钢、铸铁、铝、铜和橡胶、塑料等材料的回收率分别表示为ξ1、ξ2、ξ3、ξ4、ξ5、ξ6和ξ7. 报废回收阶段的材料资源消耗矩阵Frec见公式（2）：
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(2) |
式中，e3ij表示回收单位金属i过程中所需的第j种二次能源量（MJ∙kg-1）.
1.3.2 化石能源消耗模型PHEV全生命周期的化石能源消耗矩阵ELCA见公式（3）：
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(3) |
式中，Erec表示报废回收阶段的化石能源消耗矩阵；e0ij表示生产单位第i种车用材料所需要的第j种初级能源量（MJ∙kg-1），u表示初级能源的种类数；e1ij表示生产单位第i种二次能源所需要的第j种初级能源量（MJ∙MJ-1）；e11j表示生产单位汽油或电力所需要的第j种初级能源量（MJ∙MJ-1）.
报废回收阶段的化石能源消耗矩阵Erec见公式（4）：
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(4) |
PHEV全生命周期的环境排放物矩阵PLCA见公式（5）：
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(5) |
式中，Prec表示报废回收阶段的污染物排放矩阵；p0ij表示生产单位第i种车用材料所排放的第j种环境排放物当量（kg∙kg-1），s表示环境排放物的种类数；p1ij表示生产单位第i种二次能源所排放的第j种环境排放物当量（kg∙MJ-1）；p11j表示生产单位汽油或电力所排放的第j种环境排放物排放当量（kg∙MJ-1）.
报废回收阶段的污染物排放矩阵Prec见公式（6）：
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(6) |
PHEV全生命周期资源消耗与环境排放主要由车辆平均寿命、年行驶里程、能源碳强度和生产阶段的能源结构决定，运行使用阶段的资源消耗与环境排放对PHEV全生命周期节能减排最为重要. 为进一步明确PHEV运行使用阶段的资源消耗和环境排放，本研究选取不同运行工况、动力电池衰减和车辆累计行驶里程增加等关键因素以及选取HEV和BEV作为对比车辆对PHEV进行评价.
1.4.1 对比车辆选取为使得PHEV运行使用阶段全生命周期关键因素分析结果更加直观，本文选取同级别且百km能耗接近的HEV和BEV作为对比车辆，对比车辆基本参数见表 6.
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表 6 车辆基本参数对比1） Table 6 Comparison of the basic parameters of the vehicle |
1.4.2 车辆运行工况情景构建
对于车辆循环工况，本文选取了FTP（城市工况）标准驾驶循环和HWFET（高速工况）来测试车辆的全生命周期资源环境效益评价. 此外，由于电池包电量在使用不当情况下存在电量急速降低的情况，因此，本文额外考虑了EPA工况循环中的激烈驾驶工况（US06），在这种情况下汽车处于高加速、高发动机负荷的状态. 3种车辆行驶工况特性见表 7.
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表 7 3种车辆循环工况特点[29] Table 7 Characteristics of three types of vehicle cycle conditions |
PHEV的运行可以分为电量消耗（charge depleting，CD）与电量保持（charge sustainning，CS）两种模式，电池的荷电状态（state of charge，SOC）表示电池中剩余电荷的可用状态，一般用百分比进行表示. 驾驶模式的改变会影响车辆全电续航里程（all electric range，AER），全电续航里程计算方式见公式（7）：
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(7) |
式中，Z表示电池可用电量单位（%）；k表示电池总容量（kW·h）；ηCD表示CD模式下车辆的电能消耗效率[km·（kW·h）-1]，其中k计算方式见公式（8）：
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(8) |
式中，CBAT表示电池组中的电池数量；VBAT表示标称电池电压（V）；KBAT表示电池容量（kW·h），假设所有车辆因电力负载导致的恒定功率损耗的默认值为0.3 kW，对于PHEV，在CD模式下，初始SOC设置为90%，目标SOC设置为30%，而在CS阶段，初始SOC和目标SOC均设置为30%. 参考文献[29]以及根据公式（7）和公式（8），计算得出每辆车在每个行驶循环下的效率和全电续航里程，见表 8.
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表 8 3种车辆在每个行驶循环下的功耗和全电续航里程 Table 8 Power consumption and full⁃electric endurance mileage of the three vehicles in each driving cycle |
在对3种车型运行使用阶段分析时，参考《中国电动汽车实际运行情况调研》，以私人乘用车行驶一年的平均行驶里程，即17 940 km进行全生命周期资源环境效益评价. 为方便计算，假设PHEV在3种工况下SOC处于电池摆动窗口之间时，车辆处于CD阶段，处于纯电动驾驶模式，在电量到达目标SOC附近时，车辆处于CS阶段，车辆采用发动机驱动. 由此，计算得出不同工况下3种车型行驶1年消耗的电能与汽油数量，见表 9.
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表 9 不同工况下3种车型行驶1 a消耗的电能与汽油量 Table 9 Amount of electric energy and gasoline consumed by the three models for one year under different working conditions |
1.4.3 动力电池情景衰减情景构建
目前现有的汽车行业规定，动力电池衰减到原值的80%，就被视为寿命终止. 参考文献[29，48]的方法，将动力电池衰减设为处理电能的函数，则行驶距离s时消耗的动力电池中的电能wDRV（单位：kW·h）见公式（9）：
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(9) |
式中，μCD和μCS分别表示CD模式和CS模式下每km消耗的电能（kW∙h∙km-1）；sE表示电力驱动的平均距离（km）；sG表示汽油驱动的平均距离（km），充电时消耗的电能WCHG（kW∙h）见公式（10）：
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(10) |
式中，ηCD表示CD模式下的燃油效率，ηB为电池充电效率，设为95%，相对电池容量衰减计算方法见公式（11）：
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(11) |
式中，αDRV=3.46×10-5，αCHG=3.46×10-5，表示相对电池容量衰减系数. 本文假设电池寿命为剩余衰减至原值的80%，电池平均寿命TBAT（a）见公式（12）：
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(12) |
式中，D表示1 a.
本文将上文中FTP工况下不考虑电池容量衰减的评价结果设定为情景1，同时考虑电池容量衰减至90%和85%为情景2和情景3，3种情景下车辆的行驶里程均为1 a行驶的里程数，即17 940 km. 假设电池容量衰减至90%和85%时，CD阶段电能转化消耗效率分别为85%和70%，PHEV中动力电池衰减对汽油燃烧效率没有影响，基于构建的动力电池衰减模型，计算得出BEV与PHEV在两种情景下消耗的电能与汽油数量，见表 10.
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表 10 3种情景下BEV和PHEV消耗的电能与汽油数量 Table 10 Amount of electricity and gasoline consumed by BEV and PHEV in three scenarios |
1.4.4 车辆行驶里程情景构建
日常行驶距离也是车辆使用寿命的一个重要性决定因素，为分析日常行驶距离与车辆全电续航里程对车辆产生的全生命周期环境效益，参考《中国电动汽车实际运行情况调研》，选取私家车日均行驶65 km与出租车日均行驶232 km使用场景进行分析. 且假设每行驶1万km，百km能耗增加1%，最大行驶里程为15万km[49]，为研究行驶里程对车辆运行使用阶段产生的生命周期资源环境效益，分别讨论在私家车场景和出租车场景下运行使用阶段不同行驶里程（1万、5万、10万和15万km）的资源消耗与环境影响. 当全电续航里程大于每日行驶里程时，行驶里程均由电力驱动，当每日行驶里程大于全电续航里程，设定插电式混合动力汽车在CD模式下，3种车型不同行驶里程情景下平均百km消耗见表 11.
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表 11 3种车型不同行驶里程情景下平均百km消耗[49] Table 11 Average 100 km consumption of the three models under different mileage scenarios |
2 结果与讨论
基于全生命周期评价理论模型和丰田雷凌PHEV数据清单，通过GaBi软件建模运算得到其全生命周期材料资源消耗、化石能源消耗和环境影响评价结果，丰田雷凌PHEV全生命周期评价结果见表 12.
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表 12 丰田雷凌PHEV全生命周期评价结果 Table 12 Full life cycle assessment results of Toyota Levin PHEV |
结果表明，PHEV材料资源消耗在原材料获取阶段的占比最大，主要原因是锂、铜等金属资源的使用会产生较高的材料资源消耗. PHEV化石能源消耗在运行使用阶段的占比最大，占比为70.99%. PHEV环境影响综合值在原材料获取阶段的占比最大，主要原因是动力电池生产阶段产生的环境负效益较大，全球变暖潜值、人体毒性潜值和酸化潜值是PHEV整个生命周期中较为主要的环境损害方式.
2.1 车辆运行工况情景模拟研究基于上文搭建的车辆运行工况情景及不同工况下3种车型行驶1 a消耗的电能和汽油量等数据，在GaBi软件中搭建全生命周期评价模型并计算输出结果. 表 13为3种车型不同工况下行驶1 a的全生命周期环境排放物评价结果，为了使评价结果更加直观和更具有对比性，参考文献[50]并利用CML2001评价体系[36]，对环境排放物评价结果进行归一化处理得到环境影响综合值，3种车型不同工况下行驶1 a的全生命周期评价结果见表 14.
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表 13 3种车型不同工况下行驶1 a的全生命周期环境排放物评价结果/kg Table 13 Full life cycle environmental emissions assessment results of the three models driving for one year under different working conditions/kg |
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表 14 3种车型不同工况下行驶1 a的全生命周期评价结果 Table 14 Full life cycle assessment results of the three models driving for one year under different working conditions |
3种车型运行使用阶段材料资源消耗评价结果对比如图 2所示. 同一行驶循环工况情景中运行使用阶段材料资源消耗顺序为：HEV > PHEV > BEV，主要原因是消耗汽油产生的材料资源消耗要高于消耗电能产生的材料资源消耗. 同种车型在不同行驶循环工况情景中运行使用阶段材料资源消耗顺序为：US06 > HWFET > FTP，主要原因是3种车型均有能量制动回收装置，高速工况下刹车次数较少，电动机负载较大，高速工况情景下车辆产生的材料资源消耗要高于城市工况情景下. 同时在激烈驾驶工况下BEV材料资源消耗大幅度上升，主要原因是电动汽车只有单级减速器，在高速高负荷情况下电动机要持续处于高强度工作状态，动力电池持续大功率输出，造成车辆百km电耗增加，电耗的增加导致材料资源消耗增加. 运行使用阶段化石能源消耗评价结果对比如图 3所示. 在FTP工况中BEV化石能源消耗比PHEV低28.13%，HEV化石能源消耗比PHEV高32.42%. 在激烈驾驶工况下，3种车型的燃料或电能消耗均大幅度增加，其中HEV上升幅度更为明显，主要原因是汽油对化石能源消耗的影响较电能更大. 环境影响综合值对比如图 4所示. HEV、BEV和PHEV运行使用阶段环境影响综合值均是：US06 > HWFET > FTP，BEV在3种车型中仅能降低全球变暖潜值和光化学烟雾潜值，但环境影响综合值最低，其主要原因是在对特征化结果进行归一化处理时，赋予表征碳排放的全球变暖潜值权重系数较大，BEV具有较高的节能减排潜力，因此在3种车型中BEV运行使用阶段产生的环境负效益最低. 因此可以得出结论，随着电力驱动比例的增加及燃油比例的降低，车辆运行使用阶段的环境负效益将会逐渐降低.
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图 2 3种车型不同工况下全生命周期材料资源消耗评价结果对比 Fig. 2 Comparison of evaluation results of material resource consumption in the full life cycle of three models under different working conditions |
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图 3 3种车型不同工况下全生命周期化石能源消耗评价结果对比 Fig. 3 Comparison of the evaluation results of fossil energy consumption in the full life cycle under different working conditions of three models |
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图 4 3种车型不同工况下全生命周期环境影响综合值评价结果对比 Fig. 4 Comparison of the evaluation results of the comprehensive value of the full life cycle environmental impact of the three models under different working conditions |
基于上文搭建的车辆动力电池衰减情景下两种车型行驶1 a消耗的电能和汽油量等数据，在GaBi软件中搭建全生命周期评价模型并计算输出结果，两种车型不同动力电池衰减情景下的全生命周期环境排放物评价结果见表 15，两种车型不同动力电池衰减情景下的全生命周期评价结果见表 16.
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表 15 两种车型不同动力电池衰减情景下的全生命周期环境排放物评价结果/kg Table 15 Full life cycle environmental emissions assessment results of two types of vehicles under different power battery attenuation scenarios/kg |
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表 16 两种车型不同动力电池衰减情景下的全生命周期评价结果 Table 16 Full life cycle assessment results of two types of vehicles under different power battery attenuation scenarios |
两种车型运行使用阶段材料资源消耗评价结果对比如图 5所示. 在动力电池未发生衰减时，PHEV运行使用阶段材料资源消耗较BEV高2.14%. 动力电池衰减至90%且电能转化率为85%时，BEV运行使用阶段的材料资源消耗比PHEV高7.27%；动力电池衰减至85%且电能转化率为70%时，BEV运行使用阶段的材料资源消耗比PHEV高30.81%. 动力电池的衰减会导致电动汽车的运行使用阶段材料资源消耗有明显的上升，单纯依靠电力驱动的BEV对动力电池衰减造成的运行使用阶段材料资源消耗增加更为敏感. 运行使用阶段化石能源消耗评价结果对比如图 6所示. 在动力电池未发生衰减时，PHEV运行使用阶段化石能源消耗比BEV高18.54%. 动力电池衰减至90%时，PHEV运行使用阶段化石能源消耗比BEV高11.54%. 动力电池衰减至85%时，BEV运行使用阶段化石能源比PHEV高6.95%. 由此可知，动力电池的衰减会对增加电动汽车的运行使用阶段化石能源消耗，单纯依靠电力驱动的BEV对动力电池衰减造成的化石能源消耗增加更为敏感. 运行使用阶段环境影响综合值对比如图 7所示. PHEV和BEV随着动力电池的衰减对环境产生的负效益增大，在动力电池未发生衰减时，BEV运行使用阶段环境影响综合值比PHEV低4.29%. 在情景2中，BEV运行使用阶段环境影响潜值上升幅度要高于PHEV，此时BEV环境负效益高于PHEV. 在情景3中，BEV除光化学烟雾潜值以外其余各项环境影响潜值均高于PHEV. 因此，可以得出结论，BEV运行使用阶段产生的环境负效益对动力电池发生衰减更为敏感，在动力电池未发生衰减时BEV对比PHEV可以有效降低环境负效益，但在动力电池发生衰减之后，反而产生了更高的环境负效益.
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图 5 动力电池衰减情景下的运行使用阶段材料资源消耗评价结果对比 Fig. 5 Comparison of material resource consumption evaluation results in operation and use stage under power battery attenuation scenario |
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图 6 动力电池衰减情景下的运行使用阶段化石能源消耗评价结果对比 Fig. 6 Comparison of fossil energy consumption evaluation results in operation and use stage under power battery attenuation scenario |
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图 7 动力电池衰减情景下的运行使用阶段环境影响综合值评价结果对比 Fig. 7 Comparison of evaluation results of environmental impact comprehensive value in operation and use stage under power battery attenuation scenario |
基于上文搭建的车辆不同行驶里程下3种车型行驶百km消耗的电能和汽油量等数据，在GaBi软件中搭建全生命周期评价模型并计算输出结果，3种车型不同行驶里程情景下平均百km运行使用阶段评价结果见表 17.
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表 17 3种车型不同行驶里程情景下平均百km运行使用阶段评价结果 Table 17 Evaluation results of the average 100 km operation stage of the three models under different mileage scenarios |
3种车型运行使用阶段材料资源消耗评价结果对比如图 8所示. 随着汽车行驶里程增多，汽车百km材料资源消耗增加. 在车辆行驶里程累计1万km时，PHEV在出租车场景下所消耗的平均百km材料资源消耗最低，其次为HEV，材料资源消耗量最高的为私家车场景下的PHEV. 主要原因为使用电能消耗的材料资源高于汽油，在总行驶里程仅有1万km时，PHEV在私家车场景下仅使用电力进行驱动，此时由于PHEV百km电耗高于BEV，因此PHEV在私家车场景下材料资源消耗最高. 车辆行驶里程累计至5万km及以上时，BEV由于受到动力电池衰减的影响，平均百km材料资源消耗量上升幅度最大，材料资源消耗量最高. 因此，对于降低车辆运行使用阶段的材料资源消耗，选择HEV出行或用车场景为出租车场景时选择PHEV出行均比BEV更有利于降低材料资源消耗. 运行使用阶段化石能源消耗评价结果对比如图 9所示. 随着汽车行驶里程增加，车辆运行使用阶段平均百km化石能源消耗量增加. 对于HEV，随着行驶里程增加导致百km燃油消耗量增加，HEV化石能源消耗量大幅度上升. 对于PHEV，在任何行驶里程阶段，用油较少的私家车场景下的PHEV运行使用阶段化石能源消耗均低于用油较多的出租车场景. BEV运行使用阶段的化石能源消耗量在每个行驶里程阶段均低于HEV和PHEV. 因此，对于降低车辆运行使用阶段的化石能源消耗，选择BEV出行或用车场景为私家车场景时选择PHEV出行均比HEV更有利于降低化石能源消耗. 运行使用阶段环境影响综合值对比如图 10所示. 随着汽车行驶里程增多，汽车平均百km产生的环境排放物增加. 在车辆行驶里程累计1万km阶段时，电池衰减和车身损耗对车辆运行使用阶段造成的环境影响较小. 在车辆行驶累计5万km阶段时，由于BEV仅靠电力进行驱动，因此动力电池衰减对其影响最大，BEV环境影响综合值大幅度上升. 在车辆行驶里程累计10万km及以上时，BEV运行使用阶段环境影响综合值上升幅度最大，其次为用电较多的私家车场景中的PHEV（受动力电池衰减影响）. 由此可知，BEV运行使用阶段环境影响综合值对行驶里程的增加更加敏感，在车辆行驶里程较低时，BEV或是PHEV多采用电力驱动，将会比HEV和PHEV多采用燃油驱动更有利于降低运行使用阶段的环境负效益，在行驶里程增多时则相反.
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图 8 不同行驶里程情景下平均百km消耗的材料资源评价结果对比 Fig. 8 Comparison of the evaluation results of material resources consumed by an average of 100 km under different mileage scenarios |
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图 9 3种车型不同行驶里程情景下平均百km消耗的化石能源评价结果对比 Fig. 9 Comparison of fossil energy consumption evaluation results of average 100 km under different mileage scenarios of three models |
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图 10 3种车型不同行驶里程情景下平均百km产生的环境影响综合值对比 Fig. 10 Comparison of the comprehensive values of environmental impact generated by the average 100 km of the three models under different mileage scenarios |
（1）通过不同工况下运行使用阶段情景模拟研究，发现随着电力驱动比例的增加及燃油比例的降低，车辆运行使用阶段的资源消耗与环境负效益将会逐渐降低，3种车型在同一行驶循环工况情景中运行使用阶段资源消耗与环境负效益均是BEV最优，其次是PHEV. 在3种运行工况场景下，随着运动场景强度的提升3种车型运行使用阶段的资源消耗与环境负效益逐渐增加，在激烈驾驶工况下最为明显，其次是高速驾驶工况.
（2）通过动力电池衰减情景模拟研究，发现动力电池衰减对车辆运行使用阶段的资源消耗与环境效益影响很大. 随着车辆依靠动力电池程度增大，动力电池衰减对车辆运行使用阶段产生的资源消耗与环境负效益急剧上升. 在动力电池衰减至90%情况下，PHEV资源消耗与环境负效益上升15%~19%左右，BEV上升26%左右，在动力电池衰减至85%情况下，PHEV资源消耗与环境负效益上升29%~36%左右，BEV上升51~72%左右，此时BEV资源消耗与环境负效益均高于PHEV.
（3）通过车辆不同行驶里程情景模拟研究，发现随着汽车行驶里程增加，3种车型的资源消耗与环境负效益都随之增加，在车辆行驶里程低于50 000 km以下时，BEV与私家车场景中的PHEV资源消耗与环境负效益要低于HEV和出租车场景中的PHEV. 在车辆行驶里程累计50 000 km后，BEV与私家车场景中的PHEV资源消耗与环境负效益开始高于HEV和出租车场景中的PHEV.
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