電動乘用車的能量密度及續(xù)駛里程

董學鋒

（北京長城華冠汽車研發(fā)有限公司，北京 101300）

主題詞：電動乘用車 能量密度 續(xù)駛里程

1 前言

從2014年8月到2019年12月工信部先后發(fā)布了29批《免征車輛購置稅的新能源汽車車型目錄》（以下簡稱《目錄》），基于純電動乘用車的相關數據，對動力電池系統的能量密度、整車的能量密度及用戶最為關心的電動車續(xù)駛里程等近兩年的發(fā)展變化再做一次梳理和小結，作者以往文獻[1]對1～15批（即2014～2017的產品）進行過分析，本文重點分析2019年的產品，并從趨勢變化方面對（2014～2019）產品進行整體的系統分析梳理。同時結合電動汽車測評的部分結果[2]，對冬季的實際續(xù)駛里程作了簡要總結。

2 動力電池系統能量密度

2.1 2019年產品動力電池的能量密度

對于電動汽車，動力電池的能量密度是最重要指標，與傳統汽車相比，續(xù)駛里程是用戶最關心的性能，而續(xù)駛里程的最大影響因素是動力電池的能量密度。從《目錄》中的產品看，2019年是近6年產品最多的一年，考慮到當前的市場形勢及國家的政策調整，預計未來產品車型的申報會有所下降。圖1是用2019年《目錄》參數計算的電池系統能量密度，圖1中的左側是電池的能量密度，是以電池的系統質量為橫坐標展開的，右側是電池能量密度的車型分布情況，統計計數的組距為5W·h/kg，圖中，動力電池能量密度為135 W·h/kg對應的柱狀圖是104，其含義是密度為135（±2.5）W·h/kg的車型總數是104個，有一個車型進入了180（±2.5）W·h/kg的域內。

圖1 動力電池能量密度及車型分布

2.2 近6年電池能量密度的提升

選擇2014～2019年《目錄》的全部樣本，作同樣的分組計數（車型數）統計，用表1的形式描述近6年電池能量密度的不斷提升，表1中的最后一行與圖1右側柱狀圖的標簽數值相同，只是表達的方式不一樣，在表1中，2014年的樣本量是59個車型，2019年的樣本量是448個車型，總體的態(tài)勢是高電池能量密度的車型逐年增加，表征動力電池能量的不斷提升。

表1 近6年電池能量密度統計

2.3 電池能量密度的年度趨勢

用《目錄》數據計算出電池能量密度，再按年度計算平均值，得到的結果是2014年90.61 W·h/kg，2019年是145.87 W·h/kg，將6年的結果繪于圖2中。每一年只用一個平均數來表達一年的水平，再用趨勢線來表達變化的情況。6年的平均年增量為11.6 W·h/kg，如果用此變化速率預測未來，則2022年電池能量密度平均值將達到180 W·h/kg，那時電動汽車性能將會更好。

圖2 動力電池能量密度的年度變化

3 整車能量密度

3.1 2019年度產品的整車能量密度

動力電池的能量密度反映的是電池的水平，但影響電動汽車續(xù)駛里程的主要因素是汽車的總質量、動力蓄電池組總能量及各種行駛阻力和系統效率等。其中關鍵的是電動汽車的總能量和汽車的總質量，把動力電池的總能量與整備質量之比定義為整車的能量密度，則2019年《目錄》產品的整車能量密度見圖3，該圖是以續(xù)駛里程（NEDC）為橫坐標展開的散點圖，整車所需的能量密度與續(xù)駛里程大致呈對數關系。圖3的右側是不同整車能量密度所占的車型數。整車能量密度在30±2 W·h/kg之間的有92個車型，有3個車型整車能量密度達到44±2 W·h/kg的范圍。

圖3 整車能量密度與續(xù)駛里程

3.2 近6年產品整車能量密度的提升

回顧2014年到2019年的產品，如表2所示，“列”為整車能量密度、“行”為年度對應能量密度的車型數，車型密集的區(qū)域是：2014年（15～19）W·h/kg，2016年（17～25）W·h/kg，2018年（23～35）W·h/kg，整車能量密度呈逐年上升的態(tài)勢。

表2 不同整車能量密度年度統計

3.3 整車能量密度的年度趨勢

同樣還是每一年度用一個整車能量密度的平均值來評價其發(fā)展變化趨勢，用圖4表示，6年來，整車能量密度平均每年的增速是2.72 W·h/kg。各年的數值分別是：2014年18.61 W·h/kg、2015年20.52 W·h/kg、2016年22.47 W·h/kg、2017年24.44 W·h/kg、2018年30.19W·h/kg，而到了2019年達到31.46 W·h/kg。如此推算2022年的平均值可望達到39.6 W·h/kg。

圖4 整車能量密度的年度變化

4 電動乘用車續(xù)駛里程

4.1 2019年度產品的續(xù)駛里程

電動車的續(xù)駛里程與整車能量密度成正比，也就是說，整車能量密度越大，續(xù)駛里程就越長，當然，也與系統匹配、空氣阻力和滾動阻力等相關，圖5反映了整車的續(xù)駛里程與整車能量密度的關系，用線性的趨勢線表示，2019年是Se=16.12Eg-142.07，2014年是Se=9.03Eg-1.06。這兩個式子表達了各年度產品的性能水平差異，也反映出不同年度產品技術水平的提升。同一年度產品，在趨勢線之上的產品性能優(yōu)于趨勢線下的。

圖5 續(xù)駛里程與整車能量密度

4.2 近4年續(xù)駛里程的提升

對電動汽車，用戶關注用電安全、續(xù)駛里程(續(xù)航)、充電時間、充電配套設施、電池壽命、電池能量衰減等等，對于電動車的續(xù)航，將2016年到2019年的4年《目錄》樣本進行分析比較，按年度產品分塊，選每組續(xù)駛里程的區(qū)間為±25 km，統計不同續(xù)駛里程區(qū)間的產品數量成條狀圖，如圖6所示，從圖可以看到：續(xù)航250 km的產品，2016年為21個車型，到2017年為53個車型；2018年續(xù)航300 km的車型（最多）為145個，而到了2019年續(xù)航400 km的車型有168個，并有4個車型達到了650 km?？梢姰a品續(xù)駛里程逐年不斷地提升。

圖6 續(xù)駛里程年度統計

4.3 近6年續(xù)駛里程的發(fā)展趨勢

說到年度趨勢，還是選用年度平均值的變化來表達更為適合，用年度樣本的續(xù)駛里程平均值及其變化來表達年度趨勢，如圖7所示，2014年度產品的平均續(xù)駛里程僅為146.93 km，2019年達到364.99 km。電動乘用車續(xù)駛里程的平均年度增量為44.88 km，假如按年度變化率不變，則2022年電動乘用車的續(xù)駛里程平均值將達到483.2 km。從4.1節(jié)可知，按2019年的產品技術水平推算，整車能量密度每增加1 W·h/kg，續(xù)駛里程將增加16 km。

圖7 續(xù)駛里程的年度變化

4.4 冬季的實際續(xù)駛里程

電動汽車的續(xù)駛里程是在特定試驗條件下測出的，和汽車的燃油消耗量一樣，目前都是用“NEDC工況”，這種續(xù)航對同類車型（都是電動車或都是燃油車）的相互比較更有意義。由于用戶的使用條件與特定汽車試驗條件不可能相同，因此，對于燃油車，實際使用油耗要比“NEDC工況”高；對于電動車也一樣，用戶實際使用的續(xù)駛里程要比“NEDC工況”短，尤其是在冬夏使用車內空調時尤為明顯；另外充電時間長、充電設施不夠，更增加了用戶抱怨。電池受溫度影響，冬季儲能下降，續(xù)航能力變差。部分車型的冬季測試表明，冬季高速行駛時續(xù)駛里程衰減大約為50%；冬季城市行駛也會衰減到70%左右，如表3所示。

表3 冬季測試結果統計[2]

5 結束語

對近6年的《目錄》產品，按年度計算其性能平均值，包括電池系統的能量密度、整車能量密度及整車續(xù)駛里程統一列于表4，作為本文的小結供參考。

表4 年度汽車能量密度和續(xù)駛里程平均值統計