電動汽車冬季續(xù)航里程縮減原因分析

上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心 劉俊任，賈思敏，韋學(xué)優(yōu)，黃祖朋

電動汽車是一類僅依靠動力電池作為驅(qū)動能源的汽車，與傳統(tǒng)燃油車相比，它具有不依賴化石能源、零排放、低噪音等特點。隨著全球環(huán)保意識和節(jié)能意識加強，電動汽車的市場占有率越來越大，在全球疫情干擾及汽車市場半導(dǎo)體缺貨的大背景下，電動汽車的銷量表現(xiàn)依然可圈可點。

電動汽車經(jīng)過多年的發(fā)展積累，技術(shù)上已經(jīng)有了巨大的進步，但依舊有續(xù)航里程短、充電時間長、動力電池易燃等問題制約著其向前發(fā)展，其中續(xù)航里程短是影響電動汽車快速普及的重要因素之一。尤其到了冬天，電動汽車的續(xù)航里程普遍大幅度跳水，這引起不少人對電動汽車的質(zhì)疑和抱怨，也讓有意購買電動汽車的消費者望而卻步。本文將從動力電池溫度、空調(diào)及其他車載電子電器設(shè)備、劇烈工況等幾個方面，分析電動汽車冬季續(xù)航里程縮減的主要原因。

1 影響因素分析

《乘用車燃料消耗量限值》（GB 19578—2021）規(guī)定，可外接充電及不可外接充電式混合動力車輛的燃料消耗量應(yīng)按《輕型混合動力電動汽車能量消耗量試驗方法》（GB/T 19753）并采用全球統(tǒng)一輕型車輛測試循環(huán)（WLTC）標準進行測定。相對于新標歐洲循環(huán)測試（NEDC）標準，WLTC標準更為嚴格，測得的數(shù)據(jù)也更為準確，它包含了城市、環(huán)路、鄉(xiāng)村和高速等4種不同的測試工況，并且將行駛過程中的滾動阻力、擋位、環(huán)境溫度、載重等因素考慮進去，更加貼近真實用車環(huán)境，是當(dāng)前最可靠的續(xù)航里程測試方法。本文旨在以WLTC標準測得的里程數(shù)據(jù)為基準，對比分析電動汽車冬季的行駛工況，得出影響續(xù)航的主要因素及影響程度。

1.1 動力電池溫度

電動汽車由電動機直接驅(qū)動，而電動機的驅(qū)動能力則源自于動力電池，因此動力電池的容量決定了電動汽車的續(xù)航里程，動力電池的特性之一就是受溫度影響大，過高或過低的溫度都會對動力電池的充放電性能、容量及循環(huán)壽命造成影響。溫度會影響動力電池內(nèi)部電極和電解液的化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)溫度下降時，電極和電解液的反應(yīng)速度會下降，放電電流也會減弱，同時低溫環(huán)境會降低動力電池的活性，使得動力電池內(nèi)部電阻增加，放電能力變?nèi)酢?/p>

1.2 空調(diào)及其他車載電子電器設(shè)備

冬季用車時空調(diào)的制熱是造成電動汽車最大的耗電因素。由于沒有發(fā)動機，不能像傳統(tǒng)燃油車一樣通過發(fā)動機的余熱來提供暖風(fēng)，電動汽車通常是通過PTC發(fā)熱體（由PTC陶瓷發(fā)熱元件與鋁管組成）或加熱泵來實現(xiàn)供暖，這2種加熱方式本質(zhì)都是將電能轉(zhuǎn)化為熱能。動力電池作為電動汽車上唯一的供能裝備，除了空調(diào)外，如鼓風(fēng)機、組合儀表等車載電子電器設(shè)備的使用都會間接消耗動力電池的能量，動力電池給蓄電池補電，蓄電池再給低壓車載電子電器設(shè)備供電，使用的車載電子電器設(shè)備越多，所消耗的電量也越多，用于驅(qū)動電動汽車行駛的能量則越少。

1.3 劇烈工況

劇烈工況主要是指車速過快、急加速、急減速、載重過多等工況，車速越快，阻力越大，會消耗比平時更多的電量，同時電動機始終以大功率輸出，發(fā)熱量大，會使動力電池消耗比平時更大的電量，造成電能浪費。

2 整車測試與結(jié)果分析

如圖1所示，以國內(nèi)某低功率車型為例，依據(jù)WLTC標準的測試方法，由于該車型最高車速為100 km/h，則分別以低速、中速與高速3個部分測試，對應(yīng)持續(xù)時間分別為589 s、433 s、455 s，最高車速分別為56.5 km/h、76.6 km/h、100 km/h。按照此工況循環(huán)測試，直至電池容量從100%放至0%，在WLTC標準工況下測得的續(xù)航里程為300 km左右。

圖1 某車型WLTC標準工況測試

2.1 溫度對動力電池容量影響

圖2所示為某車型動力電池在不同溫度下的容量保持率，當(dāng)溫度為-30 ℃時，動力電池容量保持率不到60%，即在該溫度下動力電池放電能力直接減少近一半。隨著溫度的上升，容量保持率逐漸回升，當(dāng)溫度高于20 ℃時，動力電池容量保持率恢復(fù)正常，達到100%。以續(xù)航里程為300 km的電動汽車為例，僅從溫度方面考慮，在0 ℃時，續(xù)航里程就會減少將近36 km。

圖2 某車型動力電池的容量保持率

2.2 空調(diào)及其他車載電子電器設(shè)備對動力電池容量影響

表1所列為某車型的空調(diào)加熱功率，該車暖風(fēng)系統(tǒng)是通過一套PTC發(fā)熱體來實現(xiàn)供暖，利用電能將電阻絲加熱，由空調(diào)鼓風(fēng)機將熱風(fēng)輸送到車廂，以達到加熱的效果。由能量守恒定律可知，在空調(diào)開啟過程中，加熱功率越大，消耗的電量也越多。該空調(diào)的最大功率為2.8 kW～3.0 kW，若將空調(diào)開至2擋，1 h消耗的電量約為2.0 kW·h。該車型總電量約為32 kW，續(xù)航里程為300 km，則對應(yīng)減少里程為2.0 kW÷32 kW×300 km≈18.7 km，即將空調(diào)開至2擋持續(xù)1 h，續(xù)航里程就會減少將近18.7 km。

表1 某車型的空調(diào)加熱功率

除空調(diào)外，電動汽車上其他車載電子電器設(shè)備的使用也會間接消耗動力電池電量，但消耗的動力電池電量較少。

2.3 劇烈工況對動力電池容量影響

汽車高速行駛時，空氣阻力會變大，這時汽車就會消耗更多能量用來克服空氣阻力。

對于電動汽車來說，車速過低也不利于延長續(xù)航里程，這是因為車速越低，電動汽車行駛相同距離所需時間越長，車載電子電器設(shè)備的耗電量也會越多。圖3所示為某車型在不同車速下的百千米能耗，從圖3中可以看出，該車型最佳駕駛車速為40 km/h～50 km/h，在此車速下行駛時，百千米消耗的動力電池電量也最少。

圖3 某車型在不同車速下的百千米能耗

急加速與急減速會造成動力電池發(fā)熱量過大，同樣會造成行駛里程減少，但是急加速與急減速在平常用車時很少出現(xiàn)，且難以量化，因此不作為主要的因素分析。

2.4 綜合影響

以動力電池溫度線性插值，可以得到當(dāng)前溫度下的動力電池容量保持率，進而可以算出在當(dāng)前溫度下因動力電池容量衰減造成的續(xù)航里程縮減值。根據(jù)電動汽車在單位時間內(nèi)的車速，可以累加不同測試因素對動力電池能耗的影響，進而得到因車速造成的續(xù)航里程縮減值。根據(jù)空調(diào)打開的時長和擋位，可以得到空調(diào)消耗的動力電池電量，進而可以計算出由于打開空調(diào)造成的續(xù)航里程縮減值。其余影響因素較小，不作為主要因素分析。綜合以上因素，可以得到如表2所示的某車型續(xù)航里程影響因素分析表。

表2 某車型續(xù)航里程影響因素分析表

本文主要從動力電池溫度、空調(diào)及其他車載電子電器設(shè)備、劇烈工況等幾個方向?qū)﹄妱悠嚨睦m(xù)航里程進行了分析，在低溫環(huán)境下，使用空調(diào)制熱和劇烈駕駛都會對電動汽車續(xù)航里程造成不同程度的影響。在冬季用車前，使用動力電池加熱保溫技術(shù)給動力電池加熱，并合理使用空調(diào)，保持良好的駕駛習(xí)慣，將有效提高電動汽車冬季的續(xù)航里程。