純電動汽車冬季續航里程下降淺析

江蘇省水文水資源勘測局辦公室 楊 俊

據中國汽車工業協會發布的數據顯示，2020年，我國新能源汽車共銷售136.7萬輛，同比增長10.9%，其中純電動汽車的銷量首次突破100萬輛，占全年汽車銷量的5%。隨著續航里程的提高、充電基礎設施的逐步完善，越來越多的純電動汽車開始走入尋常百姓家。

1 純電動汽車冬季掉電快、續航里程下降明顯遭吐槽

從2020年年末到2021年年初這將近1個月的時間里，超級寒潮吹過我國大部分地區，寒潮來襲，氣溫驟降，全國由北到南、由東到西都進入了冰凍模式，甚至連海南都要穿羽絨服才行。人覺得冷可以保暖御寒，可汽車怕冷怎么辦？特別是近來被越來越多人接受并購置的純電動汽車，它們怕冷嗎？您還別說，它們還真的怕冷，寒冬的低溫給純電動汽車帶來最直接的結果就是——續航爆降！純電動汽車掉電快、續航里程下降明顯，網上吐槽一片。

@冰天雪地：去年11月份，我對Model 3磷酸鐵鋰版純電動汽車進行了一個實測，發現其續航里程大幅縮水。特斯拉標準續航升級版標稱的NEDC（New European Driving Cycle，新歐洲駕駛周期）續航里程是468 km，車輛充滿電后表顯的續航里程是420 km，但實際行駛了241 km后僅剩下5%的電量，折算下來續航里程大約打了“6折”。

@滔哥：我的純電動汽車是2020年12月中旬購買的，官方宣傳該車的續航里程為300 km，但讓我驚訝的是，這車開著暖風實際上只能行駛200 km，掉電掉了40%。我每天的通勤里程為120 km，這不每天都需要對該車進行充電嗎？我去找4S店咨詢，4S店的專業人士給我的解釋是，“低溫條件下電池正負極材料活性和電解液導電能力降低，電池容量下降，內阻升高，放電效率隨之降低”。我作為一個車主，這話什么意思我也聽不懂啊！不過，好在我單位的充電樁還算充裕，讓我沒有了后顧之憂。

@張先生：每天單程40 km的路程，我剛買的廣汽埃安車里程表會顯示減少80 km，下降了50%。

@朱女士：我2018年購買了一輛北汽EU5純電動汽車，購車時，新車續航里程為418 km，但冬天充滿電只能跑370 km，續航下降了22%。不僅如此，冬天打開車內暖氣，電量消耗更大，同樣的路程，冬天電量消耗比平時多出一倍。

@武先生：2018年7月購買的比亞迪宋EV400純電動汽車，續航里程為400 km，夏天開空調時續航里程約為390 km，冬季開暖風續航里程為300 km，下降了25%左右。

@于先生：我在上海，2020年1月底購買的特斯拉Model 3，標定續航里程為670 km，購入時恰逢上海冬季，氣溫介于0 ℃~7 ℃，打開暖氣和座椅加熱，新車實際上每次開400 km左右就沒電了，一般開到300 km時就得趕緊充電。有一次，我的車顯示續航里程還有180 km，但實際上只能支撐不到50 km，電量真是肉眼可見地往下掉。

圖1所示為純電動汽車續航里程下降情況調查結果，可見，65%以上的車主認為自己的純電動汽車冬季續航里程下降超過20%，其中，有20%的車主認為自己的純電動汽車續航里程下降超過40%。據測試，部分純電動汽車在寒冬的低溫天氣下，如果不注意給愛車“保暖”，續航里程可能會下降57%左右，也就是說現在市面上大多續航里程在300 km的純電動汽車，在低溫下續航里程也就100多km。表1所列為車質網制作的國內某位車主駕駛的某款純電汽車一年中不同溫度下的續航里程。純電動汽車冬季掉電快、續航里程下降帶來的后果不言而喻，續航里程下降影響了車主的用車生活，能耗增加影響用車效率，更有甚者開純電動車冬季出行連空調都不敢開了。

圖1 電動汽車續航里程下降情況調查結果

表1 國內某位車主駕駛的某款純電汽車一年中不同溫度下的續航里程（據車質網資料）

2 純電動汽車冬季掉電快、續航里程下降的原因

中國工程院院士、北京理工大學教授孫逢春曾表示，純電動汽車在冬天的續航里程問題在世界上依然是個難題，這是由當前純電動汽車所使用的主流電池技術所決定。現試圖就其主要原因和可能的改進方向進行粗略的分析。冬季汽車續航里程下降并不是純電動汽車的“獨有特性”，燃油車在低溫下的油耗也會顯著提升，但由于加油很方便，用戶感受不深罷了。不過，由于純電動汽車的特性，其冬季續航里程下降的影響要比燃油車更大。那么造成純電動汽車冬季掉電快、續航里程下降的原因有哪些呢？

2.1 所有汽車冬季面臨的共性原因

（1）風阻問題。冬季的空氣密度大，從而導致行車中的風阻增加，特別是跑高速時，燃油車耗油比夏天要多，純電動車耗電也不例外。

（2）胎壓問題。冬季汽車的胎壓普遍會降低，汽車行駛中的輪胎阻力增加不可避免。

2.2 純電動汽車冬季面臨的“專屬”原因

（1）氣溫低導致電池活性下降。冬季燃油車油耗雖然也會高，但一般也不會出現續航里程打對折的情況，但對純電動汽車來說就很普遍了。鋰離子電池，包括常用的三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池，其化學結構決定了它的性能對溫度非常敏感，化學反應的激烈程度與溫度息息相關，溫度太高了反應太激烈容易失控，溫度太低了反應太慢性能受限。以三元鋰電池為例，從原理上來看，由于電解液在低溫下變得更加黏稠，使鋰離子運動活性降低，導電率降低，內阻變大（-20 ℃時電池內阻是25 ℃時的7倍~10倍之多），最終導致其可用容量在低溫下呈線性下降。根據上汽提供的資料，如圖2所示，有的鋰離子電池在25 ℃時的可用容量是100%，但在-20 ℃時，其可用容量只有61.24%，如果在-40 ℃，那就只有40.16%了。由于磷酸鐵鋰電池的低溫性能相比三元鋰電池更差一些，加上自重更大，冬季續航里程打折問題更明顯，造成50%續航里程偏差也不稀奇。

圖2 鋰離子電池可用容量隨溫度變化的關系（上汽資料）

在電解液中添加不同的添加劑，可以改善電池的低溫性能，但電池的低溫性能、高溫性能和常溫下的性能很難兼顧，設計制造企業需針對電池最主要的使用工況進行平衡決定。為解決這一問題，當前最主要的方法是采用液體加溫和冷卻的溫控系統。但是無論是加溫還是冷卻，都需要消耗能量，所以在盛夏和嚴冬時，純電動汽車的續航里程都會有所下降。另外，早些年設計的純電動汽車，和當前一部分低價位的純電動汽車，可能沒有采用溫控系統，冬季續航里程下降就會更加明顯。

（2）低溫下鋰離子電池充電困難。除了容量降低外，低溫狀態下鋰離子電池內電解液導電能力變差，充電變得很困難，由于鋰離子移動能力變差，大功率充電可能會導致離子堆積，會使其負極表面容易堆積形成金屬鋰，形成鋰枝晶。鋰枝晶的生長可能會刺穿電池隔膜，造成電池正負極短路，誘發電池熱失控（“自燃”）。為了避免析鋰發生，會限定充電電流。圖3所示為某款電池在不同溫度下直流快充的時間變化。與7 ℃相比，-14 ℃時的充電時間延長超過70%（3%~80%SOC）。此時去充電樁充電的話，會發現充電速度非常慢，如果以前1 h充到80%電量還可以接受的話，那么冬季動輒需要充電2 h以上，這就讓人直呼心涼了。

圖3 某款電池在不同溫度下直流快充的時間變化（蔚來資料）

此外，大家都知道動能回收系統能有效地延長純電動汽車的續航里程，但在低溫狀態下，由于充電功率受限，動能回收系統的能量回收能力也會受到影響，這也加劇了純電動汽車續航里程的下降。

（3）空調/暖風耗電加劇。與燃油汽車不同，純電動汽車在夏天使用空調和在冬天使用暖風都會明顯縮短續航里程。夏天使用空調，其實燃油車和純電動汽車都會多消耗能量，縮短續航里程。但燃油車由于油箱容量足夠，所以使用者感覺不明顯。但在冬季使用暖風時，兩者的差別便會特別明顯。這是因為燃油汽車冬天使用暖風，是利用發動機余熱，當發動機的冷卻系統給發動機散熱后，通過風扇將散出的熱量送入車內，形成暖風，并不會形成額外耗油，對于續航里程幾乎沒有什么影響。因為純電動汽車的電動機、電池組、逆變器等工作效率都很高，產生的廢熱較少，難以收集利用，所以純電動汽車的空調熱風只能用自身制熱的方式提供。當前純電動汽車暖風的主要技術路線是直接使用PTC（熱敏陶瓷元件）加熱來實現（當然給電池自身加熱也是用PTC），其本質上是通過電流的焦耳效應實現制熱，但是其效率不能100%轉化，一般為80%~95%，剩下的浪費掉，從而使得冬季車艙的環境控制負荷更大。對此，上汽給出了一組數據加以說明，一般加熱器件功率為3 kW~4 kW，也就是車輛行駛1 h耗電3 kWh~4 kWh，行駛2 h耗電6 kWh~8 kWh……，以此類推。如果純電動汽車電量為35 kWh以上，空調整體能耗占比能達到20%左右。換句話說，空調的耗能直接轉化為續航里程損失。對于這一點，目前主要的改進方向是使用熱泵空調。從熱力學原理上講，采用熱泵空調加熱比電加熱可以使能量消耗下降3/4。但由于熱泵空調還沒有大規模生產，當前成本還比較高。希望3年~5年以后，熱泵空調可以大量使用，成本可以降下來。

（4）實際續航里程虛標。目前市場上的純電動汽車，標注的續航里程，都是按照NEDC（New European Driving Cycle，新歐洲駕駛周期）工況得出的，在NEDC工況的測試中，測試時所有其余負載（空調、前照燈、加熱座椅等）都會關閉（燃油車和純電動汽車都是如此），這與純電動汽車實際應用中存在較大差距，從而導致純電動汽車標注的續航里程會比實際行駛狀況虛高10%~15%，從而會加劇使用者對于冬季純電動汽車續航里程不實的感受。今后國際上會推廣WLTC（Worldwide Light-duty Test Cycle，全球統一輕型汽車測試循環）工況，我國也會采取原理相同的中國工況（CATC），續航里程虛高的情況會得到糾正。如果各純電動汽車生產廠家，在標注續航里程時，采用WLTC工況或中國工況，不僅要標注最長續航里程，還要標注在夏天開空調和冬天開暖風條件下的續航里程。也建議有關部門，在純電動汽車市場準入時加強這一方面的核準。

3 預防純電動車冬季續航里程下降的措施

為了最大程度地為純電動汽車“保暖”，盡量避免續航里程爆降帶來的困擾，除了選擇一輛配備優秀動力電池、綜合實力強的純電動汽車之外，在使用中采取以下措施，無疑是有效防止純電動汽車冬季續航里程下降的方法。

（1）選擇適當的停車或充電場所。冬季純電動汽車應該盡量在地下車庫停放或充電。如果沒有地下車庫，也應盡量在背風處停靠或充電。另外在停放時應用車衣或者擋風材料保護電池，避免受到冷空氣的侵害。

（2）掌握正確的充電方式。冬季，應該防止純電動汽車電池過放電，養成隨用隨充的習慣。在電池電量下降到30%左右的情況下就應該及時充電，盡量不要讓純電動汽車電池虧電時間過長，因為如果在虧電狀態下長時間停放車輛，會直接影響到電池容量及壽命。在車輛需要充電時要盡量避免在露天的充電站充電，盡可能找到溫度較高的室內充電樁，或者在溫度較高的白天室外充電，這些都有利于提升動力電池活性，有效提升電池容量，減少續航里程損失和延長電池壽命。另外，要養成“趁熱”充電的習慣，建議在每次行程結束后，趁電池還沒完全冷下來，立即為車輛充電，充電時電流帶來的熱量還會使電池溫度上升，充電效率比完全冷下來的電池更高。其實，有些純電動汽車在研發時就考慮到冬季的用車場景，所以提前為電池配備了預熱系統或外部加熱系統，使用這些輔助系統能夠保障電池在冬季充電和放電的穩定性。

（3）在要出行前為純電動汽車預熱。冬季純電動汽車續航里程之所以會下降，正是因為溫度太低影響到電池組性能，如果在出門前，能和傳統燃油車一樣先進行熱車步驟，讓電池組溫度達到相對適宜的區間，便不會出現電量“跑掉”的情況。目前有很多純電動車型都支持電池預加熱功能，該功能在冬季時便可以派上用場了。

（4）要養成良好的駕駛習慣。冬季氣溫過低，應平穩緩加速起步行駛，盡量避免猛加速、猛減速、猛制動等激烈的駕駛方式，保持平穩駕駛最佳。因為激烈駕駛時，純電動汽車的電池需要釋放大量的電來提升車速，會使電量急速下降，而平緩的駕駛方式則可以盡量降低能耗，延長續航里程，且出行也更安全。特別是等紅燈完畢時，千萬不要去和別人拼起步。

（5）提前規劃出行路線，熟悉沿途充電樁布局。出發前要合理規劃行程，確保純電動汽車能夠行駛相應里程外，還能留出充足的電量富余。如果需要長途出行，則要提前了解沿途的充電樁分布及快/慢充樁數量等信息，以備電量無法支撐到目的地前能夠迅速補充充電。

（6）合理使用空調暖風。由于純電動汽車無法像燃油車那樣利用發動機余溫為座艙提供暖風，再加上目前許多純電動汽車仍然依靠電加熱PTC元件來取暖，因此使用空調暖風勢必會影響續航里程，為了從牙縫中省出電來，也只能降低暖風的使用頻率或降低預設溫度。因此，冬季駕駛純電動汽車切忌一直開著暖風空調，建議使用座椅加熱來代替暖風，如果純電動汽車沒有配備座椅加熱功能，則可以選擇一些正品的加熱坐墊；當確實需要使用暖風時，可以間歇性地開啟和關閉暖風，做到在車內溫度足夠舒適的情況下關閉暖風。

知識鏈接

NEDC工況、WLTC工況和CATC中國工況

對傳統燃油車來說，百千米油耗是一個關鍵指標，因為它關乎著用車成本。對電動汽車來說，百千米電耗更為重要，因為它關乎著續航里程。若電耗下降20%，則續航里程可以從400 km上升到480 km，這80 km可不是一個小數字。油耗/電耗指標與駕駛習慣、交通狀況、空調功率等多種條件相關。1 000個駕駛人便可開出1 000種不同的油耗/電耗來。所以便需要一個統一的標準——NEDC（New European Driving Cycle，新歐洲駕駛周期，大家也可以稱它為“新標歐洲循環測試）。在我國，工信部在對純電動車的綜合里程進行測試時，采用的就是NEDC測試標準。

簡而言之，NEDC工況就是一段速度-時間曲線，由4個市區循環（最大車速50 km/h、平均車速19 km/h）和1個市郊循環（最大車速120 km/h、平均車速62 km/h）組成。由專業駕駛人員在環境溫度為20 ℃~30 ℃且關閉空調情況下，按照規定的中的速度-時間曲線（±2 km/h）踩加速踏板與制動踏板，得到“工信部綜合工況”油耗/電耗。為了避免真實環境中會遇到堵車等問題，NEDC工況下的電耗是通過“轉鼓試驗”來測得的。在轉鼓試驗臺上，車輛會模擬加載真實行駛中的阻力，但并不會發生實際的移動。

我國引入NEDC工況，相當于統一了油耗/電耗測試的“度量衡”。這一從無到有的變化，不僅方便消費者在購車前進行橫向對比，也使得車企之間的技術競爭更加公平。然而NEDC工況的局限性也非常明顯，一是僅考慮了“駕駛習慣”“交通狀況”，并未考慮“空調功率”；二是平直的加減速與勻速曲線，與真實情況相差甚遠；三是特別針對電動汽車，勻減速曲線容易標定出效率奇高的制動回饋策略。NEDC工況的發源地歐洲，已經意識到了問題并施行了改革。從2008年啟動議程，到2017年9月正式施行，聯合國歐洲經濟委員會（UNECE）與歐盟（EU）花了整整9年時間，才完成了WLTC（Worldwide Light-duty Test Cycle，全球統一輕型汽車測試循環）工況，該工況由4個部分組成，即低速、中速、高速和超高速。

相比于NEDC工況，WLTC工況的改變主要體現在兩個方面：車速波動大、怠速工況少，而且沒有特別的規律性；涵蓋更廣的速度區間（最高車速較NEDC工況高出10 km/h），測試周期也更長（與NEDC工況相比，WLTC循環測試時間延長約10 min，循環距離延長約12 km）。與NEDC工況相比，WLTC測試工況、溫度等與實際駕駛情況更為接近，更加“真實”，也更加苛刻，能更好地反映車輛的真實油耗/電耗。根據Peter Mock等人的研究，WLTC工況將比NEDC工況平均碳排放高5.7%~7.7%（碳排放就對應著油耗/電耗），這樣一來，就與車輛實際行駛的數據較為接近了。

WLTC工況中沒有周期性的加速、減速，更好地體現了在不同擁堵程度的路面車速時快時慢的情況；而且，由于工況變化沒有周期性，加大了車企在標定發動機時“耍心眼兒”的難度。另外，相比于NEDC測試體系，WLTC工況的測試周期從1 180 s延長到1 800 s，測試平均速度也從34 km/h增至46 km/h。相比于NEDC工況4個最高車速不到50 km/h的城市循環，WLTC更長的測試周期和更高的平均速度，明顯更貼近車輛實際行駛情況，而且更廣的速度區間對車輛綜合性能的考驗也更嚴格。

雖然針對NEDC工況過于平穩的問題進行了改進，但這并不意味著WLTC工況無懈可擊，對于某些實際情況，它依然存在“盲區”。據了解，WLTC工況的測試方法為按照設定的標準加速后再減速，并且在一些減速的工況中摻雜再加速的情況。雖然看起來比較合理，但其加速度并不大，所以與日常駕駛依然存在一些偏差。比如，用25 s從靜止將車速提升到45 km/h，其實已是相當漫長的加速過程，而在日常遇到的實際情況是，駕駛人很可能在10 s左右就已將車速從靜止提升至60 km/h了。WLTC工況中大部分時間的車速要比NEDC工況高許多，但由于平均車速較高，有利于節省燃油，所以理論上來說WLTC工況所得出來的油耗/電耗結果仍然偏低。但即便如此，相對于NEDC而言，WLTC工況得出的數據仍具有更大的參考意義。

為獲得最符合中國特色的工況測試標準，在工信部、財政部、環保部、國標委和中國工程院共同指導下，中國工況項目組歷時3年時間，在全國41個代表性城市建立了約5 500輛車的采集車隊（輕型車、重型車和新能源汽車），收集了約5 500萬km的車輛行駛數據，覆蓋乘用車、輕型商用車、重型商用車的整車測試工況曲線8條及發動機工況曲線，采集的道路覆蓋了市區、郊區、主干路、快速路和高速路等，時間也覆蓋了四季、工作日、節假日、高峰時段和平峰時段，以做到數據采集最大程度接近實際駕駛情況。相較于WLTC的394輛車、64.5萬公里開發用數據，這是迄今為止全球規模最大、范圍最廣、參數最多的調查，完全能夠全面了解我國廣闊區域內各類車輛實際行駛工況研究。《2019年第13號國家標準公告》正式發布，而這其中夾雜了兩項即將改變中國汽車歷史的標準，即《中國汽車行駛工況第1部分：輕型汽車》（GB/T36146.1—2019）和《中國汽車行駛工況第2部分：重型商用車輛》（GB/T36146.2—2019）。至此，獨屬于中國自主的汽車行駛工況體系，即全國標準行駛循環工況（CATC，簡稱中國工況）初步建立，而中國汽車測試標準也將從跟隨，真正邁向獨立、自主。目前確定的方案是，2025年之前，輕型汽車中的汽柴油車、混合動力汽車、替代燃料汽車采用全球統一輕型車輛測試循環測試標準（WLTC）工況，而重型商用車、純電動汽車、燃料電池汽車將率先采用中國工況（CATC），2025年之后，所有車型都將采用CATC工況標準。