純電動(dòng)汽車實(shí)際續(xù)航能力與公告續(xù)航里程差異的原因分析

葛嬋

摘? 要：續(xù)航能力作為電動(dòng)汽車的重要性能指標(biāo)之一，是消費(fèi)者重點(diǎn)關(guān)注的性能指標(biāo)之一，然而消費(fèi)者常常抱怨實(shí)際續(xù)航能力低于公告續(xù)航里程。公告的續(xù)航里程很大程度上參考了NEDC循環(huán)工況的測(cè)試數(shù)據(jù)，而實(shí)際工況的續(xù)航能力往往低于NEDC續(xù)航里程。續(xù)航里程是動(dòng)力電池能量與整車行駛能耗共同作用的結(jié)果，其受到動(dòng)力電池能量、驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能、環(huán)境溫度、駕駛路況等諸因素的影響。本文就實(shí)際工況與NEDC循環(huán)工況續(xù)航里程存在差異的原因進(jìn)行了多方位的分析，剖析了環(huán)境溫度、駕駛工況等影響因素的差異對(duì)續(xù)航里程的影響。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車? 新能源汽車? 續(xù)航能力? 續(xù)航里程? 續(xù)駛里程

中圖分類號(hào)：U469.72? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）08（a）-0131-04

Abstract： The endurance ability is one of the most important index of electrical vehicle， which caught the attention of consumers. However， the consumers always complain the actual endurance mileage lower than the announced. The announced mileage largely refers to NEDC test data， but the actual mileage is often lower than NEDC mileage. The endurance mileage is affected by the energy of power battery and the vehicle energy consumption of driving. In detail， it is affected by the energy of power battery， the performance of electric motor， environment temperature， driving condition and so on. This paper analyzes the reasons of mileage difference between the actual condition and NEDC condition through multi-dimension and analyzes the influence of environment temperature， driving condition and other factors on endurance mileage.

Key Words： Pure electric vehicle; New energy vehicle; Endurance capacity; Endurance mileage

由于燃油汽車依賴的石油資源緊張，且燃油汽車對(duì)空氣的污染嚴(yán)重，我國(guó)作為汽車消費(fèi)大國(guó)，國(guó)家近年來(lái)倡導(dǎo)開發(fā)新能源汽車。純電動(dòng)汽車作為新能源汽車的分支之一，其續(xù)航能力是消費(fèi)者重點(diǎn)關(guān)注的性能指標(biāo)之一，然而用戶常常抱怨實(shí)際續(xù)航能力低于公告續(xù)航里程。

電動(dòng)汽車公告的續(xù)航里程很大程度參考了NEDC循環(huán)工況（New European Driving Cycle，新標(biāo)歐洲循環(huán)測(cè)試）的測(cè)試數(shù)據(jù)，這是GB/T 18386《電動(dòng)汽車能量消耗和續(xù)航里程試驗(yàn)方法》中提出的測(cè)試工況。而實(shí)際工況與NEDC工況存在差異，實(shí)際續(xù)航能力往往不如NEDC循環(huán)工況理想。本文就實(shí)際續(xù)航能力與NEDC續(xù)航里程差異的原因進(jìn)行闡述。

1? 實(shí)際與NEDC續(xù)航里程對(duì)比

2019年9月《鳳凰網(wǎng)汽車》網(wǎng)站發(fā)布了多款純電動(dòng)汽車的續(xù)航里程數(shù)據(jù)（見表1），測(cè)試條件：全天空調(diào)22度自動(dòng)，測(cè)試道路70%市區(qū)+30%高速（包含一個(gè)晚高峰）。由表1的數(shù)據(jù)可看出，實(shí)測(cè)續(xù)航里程與NEDC續(xù)航里程存在不同程度的差異。

續(xù)航里程受到動(dòng)力電池能量、整車整備質(zhì)量、驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能、電控策略、環(huán)境溫度、駕駛路況、駕駛習(xí)慣等因素的影響[1]。那么實(shí)際工況與NEDC工況之間存在何種差異，又如何影響續(xù)航里程？總體來(lái)說(shuō)，是由于NEDC循環(huán)工況是歐洲建立的標(biāo)準(zhǔn)[2]，在車速的設(shè)定上與我國(guó)的實(shí)際路況存在較大差異。NEDC工況的駕駛環(huán)境、駕駛習(xí)慣方面采取了相對(duì)高效節(jié)能的模式;而實(shí)際的工況及車輛功能的使用相對(duì)低效高能，具體原因如下文所述。

2? 續(xù)航里程差異原因分析

2.1 環(huán)境溫度

用戶發(fā)現(xiàn)夏季和冬季較公告的續(xù)航里程相差更大，圖1展示了一款NEDC續(xù)航里程為355km的純電動(dòng)汽車在華北地區(qū)測(cè)試的續(xù)航能力，其中春秋的平均續(xù)航能力為219km，夏季平均續(xù)航能力為206km，冬季平均續(xù)航能力為169km，續(xù)航能力為春秋>夏季>冬季。

NEDC循環(huán)工況要求在20～30℃的室溫環(huán)境[2]下進(jìn)行，考慮到電池性能的良好發(fā)揮及電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的工作能耗，汽車制造商往往選擇25℃左右的環(huán)境溫度。而實(shí)際駕駛時(shí)，環(huán)境溫度不能確保在最良好的溫度區(qū)間，因而降低續(xù)航里程。環(huán)境溫度對(duì)續(xù)航里程的影響原因如下。

2.1.1 電池容量對(duì)溫度的敏感性

電池在低溫時(shí)容量較低，尤其是現(xiàn)在市面流行的鋰離子動(dòng)力電池，低溫性能較差（如圖2所示），所以冬季的續(xù)航里程較差是固有特性。

2.1.2 電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)工作耗能

電池的整體性能受到溫度影響較大。市面上廣泛使用的動(dòng)力電池體系——鋰離子電池，其容量、功率、充放電效率、安全性和壽命均受到溫度的顯著影響;且電池具有一定的內(nèi)阻，伴隨時(shí)刻發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)，電池自身產(chǎn)熱而引起溫升和溫差，也將影響電池的電性能和安全性[4]。為了良好發(fā)揮動(dòng)力電池性能，且避免局部熱失控造成的安全隱患。新能源汽車設(shè)計(jì)有電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，對(duì)電池進(jìn)行低溫加熱、高溫散熱以及保溫管理。當(dāng)溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，熱管理系統(tǒng)工作消耗動(dòng)力電池能量，一定程度上會(huì)降低續(xù)航里程。

2.1.3 空調(diào)系統(tǒng)工作耗能

為了考察車輛的真實(shí)續(xù)航能力，NEDC工況要求不使用空調(diào)。而在冬季和夏季時(shí)，人們?yōu)榱耸孢m感常常使用空調(diào)，會(huì)消耗一定的電能。

2.1.4 小結(jié)

綜合以上因素，環(huán)境溫度對(duì)續(xù)航能力具有較大的影響。首先，電池的低溫性能差;再次，在高溫和低溫時(shí)，動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的工作，以及駕駛者開啟空調(diào)產(chǎn)生能耗。所以，夏季和冬季的續(xù)航能力低于春秋，尤其是寒區(qū)對(duì)續(xù)航能力的挑戰(zhàn)最大。

2.2 駕駛路況

NEDC循環(huán)工況是由4個(gè)市區(qū)循環(huán)和1個(gè)市郊循環(huán)程序組成（如圖3所示），在轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行[2]。而實(shí)際的路況多樣，不同路況對(duì)續(xù)航能力的影響分析如下。

2.2.1 壞路

NEDC工況測(cè)試在轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行，模擬常規(guī)路面的阻力。如若行駛于壞路（如比利時(shí)路、卵石路、沙石路、搓板路等），阻力大，摩擦力大，能耗高，進(jìn)而降低續(xù)航能力。

2.2.2 高速

為提高續(xù)航里程，電動(dòng)汽車具有能量回收功能。車輛在減速或制動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生能量回收，即將多余的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存于動(dòng)力電池中。而在高速行駛時(shí)，車輛較少地減速或制動(dòng)，所以能量回收很少啟用。所以高速行駛時(shí)的續(xù)航里程有所降低。

2.2.3 擁堵道路

NEDC循環(huán)工況在速度設(shè)定和循環(huán)比例的分配上，與中國(guó)用戶的實(shí)際行駛工況差別很大。NEDC工況的市區(qū)工況幾乎是設(shè)定的勻速行駛，而在中國(guó)的市區(qū)遇見擁堵經(jīng)常是走走停停。電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)效率較低（如圖4所示）[3]。若長(zhǎng)期行駛于擁堵路段，電機(jī)長(zhǎng)期處于低效工作階段，會(huì)降低續(xù)航能力。

2.2.4 坡道

NEDC循環(huán)工況的測(cè)試是在轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行[2]，不受重力勢(shì)能的影響。而實(shí)際道路出現(xiàn)上坡和下坡時(shí)，受到重力勢(shì)能影響。上坡時(shí)，車輛需要克服重力勢(shì)能，而輸出更多的動(dòng)能，造成整車能耗高;下坡時(shí)，車輛受到因重力勢(shì)能的補(bǔ)給，不需要輸出更多的動(dòng)能，所以整車能耗低。實(shí)際工況中，長(zhǎng)時(shí)間處于上坡或長(zhǎng)時(shí)間處于下坡，會(huì)對(duì)續(xù)航能力產(chǎn)生負(fù)向或正向的影響。

2.3 用電器的使用

為了能夠展現(xiàn)車輛的真實(shí)續(xù)航能力，NEDC測(cè)試時(shí)，不使用空調(diào)、車燈、影音娛樂(lè)系統(tǒng)等。而在實(shí)際駕駛時(shí)，用戶會(huì)不同程度地使用電器，帶來(lái)一定程度的能耗。

2.4 風(fēng)阻

NEDC循環(huán)工況是在室內(nèi)的轉(zhuǎn)股試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行的，環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，且車輛僅車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，車輛整體不產(chǎn)生相對(duì)位移。而實(shí)際行駛過(guò)程中的風(fēng)阻與轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)存在一定差異，車輛整體與空氣產(chǎn)生相對(duì)位移，以及大風(fēng)天氣影響，產(chǎn)生風(fēng)阻，進(jìn)而影響續(xù)航里程。

2.5 充電方式

GB/T 18386要求按照車輛制造廠規(guī)定的充電規(guī)程或使用車載充電器進(jìn)行慢充[2];而實(shí)際用戶為了使用方便，經(jīng)常使用快充?？斐湟彩菍?dǎo)致續(xù)航里程較低的原因之一。由圖2可知，相同溫度下，倍率越低，電池的相對(duì)容量越高。這是由于倍率越低，充電電流越低，電化學(xué)反應(yīng)越充分，所以容量越高。

2.6 動(dòng)力電池循環(huán)壽命

動(dòng)力電池隨著電池的循環(huán)次數(shù)增加，電池的容量會(huì)發(fā)生衰減[6]，這是由于電池在不斷地充電、放電過(guò)程中材料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、副反應(yīng)產(chǎn)生以及電芯均衡過(guò)程等因素造成的。而電池能量與電池容量成正向關(guān)系，電池能量下降，續(xù)航能力則會(huì)下降。根據(jù)GB/T 31484要求，電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)壽命為500次的容量保持率不低于90%，1000次的容量保持率不低于80%[5]。并且NEDC工況要求車輛在測(cè)試前至少行駛