低溫環(huán)境下新能源汽車的測試評價現(xiàn)狀及建議

吳迪 郭婷

摘 要：本文闡述了在低溫環(huán)境下新能源汽車的測評技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了整車到零部件低溫下性能的反應(yīng)原理，提出了在低溫環(huán)境下新能源汽車的測試方法，結(jié)合目前的產(chǎn)業(yè)需求和現(xiàn)狀，研究提出了包括燃料電池汽車在內(nèi)的新能源汽車低溫環(huán)境下的測評體系以及后續(xù)發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：新能源汽車，低溫環(huán)境，測試評價

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.13.032

Status Quo and Suggestions of Testing and Evaluation for Electric Vehicles at Low Temperature

WU Di1，2 GUO Ting1，2

（1. CATARC Automotive Test Center Co.， Ltd.， Tianjin； 2. China Automotive Technology and Research Center Co.， Ltd.）Abstract： This paper expounds the development status of evaluation technology of electric vehicles in low-temperature environment， introduces the reaction principle of the whole vehicle and components in low-temperature environment， puts forward the testing method of new energy vehicles in low-temperature environment. Based on current industrial demands and situation， the paper puts forward the evaluation system in low-temperature environment and further development suggestions on electric vehicles including fuel cell vehicles.

Keywords： nelectric vehicles， low-temperature environment， testing and evaluation

0 前 言

近年來，新能源汽車的發(fā)展已經(jīng)占據(jù)了汽車行業(yè)的半壁江山。據(jù)不完全統(tǒng)計，2022年度，新能源汽車的銷量達(dá)688.7萬輛，市場占有率達(dá)25.6%，累計銷量突破1300萬輛，占據(jù)汽車總量的41%。隨著商業(yè)化的進展在低溫地區(qū)已經(jīng)大規(guī)模地普及并持續(xù)上漲，2022年在東北等低溫地區(qū)累計規(guī)模超過200萬輛。隨著新能源汽車的市場占有率越來越高，其車輛的續(xù)駛里程、使用壽命、充電時間安全性等在低溫下的環(huán)境性能越來越受關(guān)注。

據(jù)相關(guān)報道，新能源汽車的冬季的投訴量排名前四的有續(xù)駛里程不準(zhǔn)、動力電池故障、充電故障、空調(diào)故障。需要從整車、動力電池到充電等多個環(huán)節(jié)進行技術(shù)攻關(guān)?，F(xiàn)階段在低溫下的評價標(biāo)準(zhǔn)和方法已經(jīng)不滿足市場發(fā)展的需求，亟需建立更全面的低溫環(huán)境下的測評方法，促進新能源汽車的發(fā)展，同時使新能源汽車成為我國汽車高質(zhì)量發(fā)展主力。

1 電動汽車的低溫測試評價技術(shù)

1.1 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，電動汽車的標(biāo)準(zhǔn)化工作正在積極地覆蓋低溫測評領(lǐng)域，從國家標(biāo)準(zhǔn)到團體標(biāo)準(zhǔn)，都出現(xiàn)了續(xù)駛里程、主觀評價、低溫啟動等低溫測評項目。其中國家強制性標(biāo)準(zhǔn)GB/T 183861-2021《電動汽車能量消耗量和續(xù)駛里程試驗方法 第1部分：輕型汽車》[1] 中已經(jīng)率先提出了低溫續(xù)駛里程測試方法。團體標(biāo)準(zhǔn)T/BJQC 201903-2020《純電動汽車低溫冷啟動性能要求及方法》[2]中明確了在低溫冷啟動的測試評價方法和指標(biāo)。GB 22757.2-2017《輕型汽車能源消耗量標(biāo)識 第2部分：可外接充電式混合動力電動汽車和純電動汽車》中也體現(xiàn)了低溫續(xù)航這種以低溫環(huán)境為主導(dǎo)的能源消耗標(biāo)識，以及團體標(biāo)準(zhǔn)T/BJQC 2019013-2021《純電動汽車低溫整車性能主觀評價方法》[3]提出了對低溫條件下的主觀評價。除了標(biāo)準(zhǔn)以外，在行業(yè)內(nèi)關(guān)于低溫的整車關(guān)鍵性能也有不同程度的展現(xiàn)，如以中國汽車技術(shù)研究中心有限公司為主導(dǎo)的CCRT測評，是基于消費者的角度對電動汽車進行評價，將低溫續(xù)駛里程的下降率作為重要的評價指標(biāo)。同時行業(yè)內(nèi)也提出了極寒挑戰(zhàn)賽等評價電動車在低溫下關(guān)鍵性能的活動賽事，可見低溫環(huán)境下電動汽車的評價已經(jīng)是影響消費者的關(guān)鍵指標(biāo)。

相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)參考見表1。

1.2 低溫環(huán)境的關(guān)鍵測試技術(shù)

從整車的直觀表現(xiàn)來看，影響電動汽車低溫續(xù)航的關(guān)鍵問題主要有幾個原因：首先是低溫環(huán)境下整車的行駛阻力增加，相應(yīng)的能量回收效率下降；其次低溫環(huán)境下的電耗增加，低溫放電量下降，熱管理的能耗增加，附件的能耗增加；另外，低溫影響電動汽車?yán)m(xù)駛里程的算法精度，導(dǎo)致剩余續(xù)駛里程準(zhǔn)確度差。電池的可用能量、百公里電耗以及外部影響是影響電動汽車?yán)m(xù)駛里程的關(guān)鍵要素。電池的可用能量主要的影響因素包括動力電池的開路電壓、內(nèi)阻，工作電流和單體一致性。百公里電耗的主要影響因素是行駛能耗和附件能耗，如果細(xì)分的話行駛能耗又分為驅(qū)動能耗和回收能量，附件主要是空調(diào)和低壓的設(shè)備等。外部影響就包括環(huán)境溫度、行駛工況以及駕駛習(xí)慣。整體看來，影響低溫環(huán)境下電動汽車的續(xù)駛里程的因素眾多，不容小覷。

低溫下充電的問題也是影響消費者使用的關(guān)鍵因素。在低溫環(huán)境下，電流響應(yīng)較慢，車輛主動停止充電，導(dǎo)致充電的時間過長，充電樁的實際輸出與請求不一致等難題，在一定程度上增加了消費者的里程焦慮。為了解決低溫的充電問題，許多汽車廠家已經(jīng)開始了技術(shù)攻關(guān)，開展低溫充電策略的提升，包括低溫下的環(huán)境模擬充電試驗、高寒雪地實際充電試驗等，通過充電加熱策略和能量管理策略等驗證，提升充電的時間和速率，保證電池的質(zhì)量，優(yōu)化在寒區(qū)電動汽車的充電性能。

低溫下的充電安全性問題也是難題之一。電氣安全性、系統(tǒng)兼容性等充電系統(tǒng)的安全性問題，連接裝置的過流、過溫和材料老化問題，以及動力電池的過溫過充壽命異常衰減等問題也是影響充電安全的主要因素。

動力電池作為電動汽車的主要動力源，本體的低溫性能和系統(tǒng)集成性能提升是應(yīng)對低溫環(huán)境的關(guān)鍵。目前主流的提升電池本體的低溫性能方案策略包括提高電導(dǎo)率、降低界面阻抗、提升低溫倍率性能等。提升系統(tǒng)的低溫性能策略包括恒溫?zé)峁芾?、低溫功率限制、安全策略提升等技術(shù)手段。

1.3 問題與挑戰(zhàn)

對于電動汽車的大規(guī)模普及應(yīng)用，不僅僅對本身的性能進行改進測評，還需要從低溫的使用場景進行開展和技術(shù)攻關(guān)。目前電動汽車的低溫環(huán)境應(yīng)用還面臨著以下挑戰(zhàn)：（1）大功率的動力電池總體開發(fā)和維護成本仍然過高，并不滿足在低溫場景使用需求的能力；（2）低溫下的電動汽車性能需要通過電池的設(shè)計、充電安全、使用工況等多種角度進行綜合提升；（3）建議通過各個領(lǐng)域建立低溫性能的測試評價體系，從材料、單體、系統(tǒng)、充電等多角度開展延伸，需要制定全方位的測評規(guī)范，才能保證產(chǎn)業(yè)鏈的完整性。

2 燃料電池汽車的低溫評價技術(shù)

2.1 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀

燃料電池是一種由氫氣和氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)從而驅(qū)動車輛的能量裝置。其電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的水和熱是影響其在不同溫度場景下使用的關(guān)鍵因素。水既是反應(yīng)物又是產(chǎn)物，需要有效地控制好溫度才能使反應(yīng)過程中加濕的水能進行有效的傳質(zhì)傳熱，也需要產(chǎn)生的水能夠保持低溫下不結(jié)冰。這種原理注定對燃料電池汽車低溫性能要求更高。目前行業(yè)內(nèi)已經(jīng)開始制定從零部件到整車的低溫性能評價標(biāo)準(zhǔn)，并作為補貼測試項中重要的考核指標(biāo)。其中GB/T 24554-2022[7]增加了在低溫下考核燃料電池系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)方法，《燃料電池電動汽車的低溫冷啟動試驗方法》中提出了燃料電池整車低溫冷啟動和低溫冷起步的測試評價方法，另外還有一些團體標(biāo)準(zhǔn)提出了相應(yīng)的測試評價方法，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)參考見表2。

2.2 低溫測試評價技術(shù)

據(jù)不完全統(tǒng)計，低溫下燃料電池汽車的關(guān)鍵性能不僅局限在對低溫冷啟動和起步的能力要求，更多的企業(yè)也關(guān)注在低溫下的熱平衡、熱管理能力[10-11]，如圖1所示。整車企業(yè)用戶調(diào)研顯示低溫下的安全性和經(jīng)濟性也是關(guān)注的重點，包括低溫冷啟動、低溫起步能耗、尾排氫濃度、低溫續(xù)駛里程等評價指標(biāo)。

2.3 問題與挑戰(zhàn)

燃料電池汽車正處于大規(guī)模的示范運行期，需要全面地推動其低溫場景下的測試評價體系，建立從關(guān)鍵部件到整車的全方位一體化的檢測能力。燃料電池汽車的檢測難度在于測試設(shè)備和試驗室的涉氫安全性，大大加大了測試的難度和成本。測試設(shè)備包括試驗室層級的涉氫輕型、重型轉(zhuǎn)轂環(huán)境艙，試驗場的加氫資源等。需要在該領(lǐng)域持續(xù)資源的投入，健全軟硬件能力的支撐，滿足市場化的需求。

3 結(jié) 語

本文通過分析新能源汽車在低溫場景下的需求分析，分別提出電動汽車和燃料電池汽車關(guān)鍵技術(shù)難點和后續(xù)面臨的挑戰(zhàn)，為企業(yè)在下一步的技術(shù)攻關(guān)指明了方向，為后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)化工作的開展奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]電動汽車能量消耗量和續(xù)駛里程試驗方法 第1部分：輕型汽車： GB/T 183861-2021 [S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2021.

[2]純電動汽車低溫冷啟動性能要求及方法： T/BJQC 201903-2020 [S]. 北京：北京汽車行業(yè)協(xié)會，2019.

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[4]輕型汽車能源消耗量標(biāo)識 第2部分：可外接充電式混合動力電動汽車和純電動汽車： GB 22757.2-2017[S] . 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2021.

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[8]燃料電池汽車測試規(guī)范： 裝備中心（2021）367號[Z].

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[10]LIN C， YU X， ZHAO M. et al. Collaborative control of novel uninterrupted propulsion system for all-climate electric vehicles[J].Automotive Innovation，2022（5）：18-28.

[11]YI H， YANG S， ZHOU S. et al. An Innovative State-ofcharge Estimation Method of Lithium-ion Battery Based on 5th-order Cubature Kalman Filter[J]. Automotive Innovation， 2021， 4（4）：11.

作者簡介

吳迪，碩士，高級工程師，從事新能源汽車關(guān)鍵性能測試評價工作。

（責(zé)任編輯：袁文靜）