中國工況在電動汽車續航測試中的應用

劉 鵬，王儒梟，周博雅，李向榮

（1.中國汽車技術研究中心有限公司 汽車測評管理中心，天津 300300；2.中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司，天津 300300）

在國家的大力支持下，電動汽車行業發展迅速，逐步得到了消費者的認可，銷量也在穩步提升，但隨著保有量的不斷增加，消費者在用車過程中發現的問題也越來越多。中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高也曾指出，里程焦慮、安全焦慮、成本焦慮仍然是制約電動汽車發展的重要因素，而里程焦慮主要體現在消費者實際駕駛的續駛里程和企業標稱的續駛里程差距大。行駛路況是電動汽車續駛里程的重要影響因素，汽車產業較為發達的國家一般都會有適應各自國情的汽車行駛工況標準，目前，在國際上占據主導地位的是新歐洲駕駛循環（New European Driving Cycle, NEDC）和世界輕型汽車測試規程（World Light Vehicle Test Procedure,WLTP)這兩大行駛工況。一直以來，我國的油耗、排放、續航測試使用的都是NEDC工況，但NEDC工況與我國實際道路情況差異明顯，所以測試結果會明顯好于消費者實際駕駛結果。國內外對電動車續航里程問題做了大量的研究，通過估計荷電狀態（State of Charge, SOC）和剩余里程，分析實際行駛里程與表顯之間的最大誤差；利用確定系數、歐式距離和平均誤差對車的高低溫及常溫續航做了評價，發現確定系數相比于另外兩種方法能更好地評價續駛里程估計準確度。

本文將更符合中國實際道路情況的中國工況作為電動車續航測試工況，并針對高溫、低溫情況下電動汽車續駛里程明顯衰減的問題，分別開展了高、低溫續航試驗，在試驗過程中記錄了表顯剩余里程值、車內溫度變化情況等數據，用以評價車輛表顯里程準確性與空調效果等性能。本文制定了中國工況在電動車常溫、高溫、低溫續航測試中的試驗方法，為電動車續航測試提供了重要數據基礎。

1 CLTC-P與NEDC工況對比分析

NEDC主要在歐洲、澳大利亞等國家和地區使用。中國乘用車行駛工況（China Light-Duty Vehicle Test Cycle-Passenger, CLTC-P）是中國汽車技術研究中心基于國內41座城市、3 832輛車，累積3 278萬公里所采集的中國實際道路情況，相比于其他行駛工況，CLTC-P更加貼近中國消費者的用車場景。

CLTC-P與NEDC的循環工況對比情況如圖1所示，NEDC循環工況中，包含4個市區循環和1個郊區循環（模擬），其中市區循環的低速工況，郊區循環的高速工況，與NEDC工況相比，CLTC-P工況包含更加豐富的道路信息，包括城市工況、郊區工況和高速工況。

NEDC循環工況在持續時間、循環里程以及循環中的最高車速等內容與中國工況均存在較大差別，具體循環工況對應的特征數據如表1所示。

圖2是NEDC /CLTC-P在加速、減速、勻速和停車四種駕駛模式下的分布情況。由此可知，CLTC-P較NEDC，加、減速比例明顯上升，這反映了中國工況的嚴苛性的提高；同時，CLTC-P較NEDC，停車比例加大，為23.33%，這與國內城市頻繁的紅綠燈停車工況保持一致。

2 研究方法與環境要求

電動汽車的續駛里程測試一般是在底盤測功機上進行，首先應該在實際道路上測得車輛的阻力參數，然后根據道路阻力參數設定轉轂阻力，通過轉轂阻力復現后，才能正式開始續航試驗。

2.1 道路滑行阻力參數測量

本文中電動汽車續航測試采用的是中國工況，故其道路滑行試驗標準將按照GB 18352.6—2016進行，由于中國工況的最高速度114 km/h，所以在道路滑行試驗中，初速度最低值應大于114 km/h，在滑行的同時應記錄實時車速與時間等參數。

車輛的道路滑行阻力會受到試驗道路情況、環境氣象條件等因素的影響。試驗道路應該選取水平、干燥并且有一定長度的水平路面，坡度應該控制在千分之一以內，且應盡量選取無風的天氣下開展試驗。

2.2 續航試驗

續航試驗分為常溫、高溫以及低溫續航和能耗試驗（能耗試驗僅在常溫條件下進行），測試工況用CLTC-P工況替代原來的NEDC工況。試驗過程中選用最節能的模式開展相關試驗，但要求在此模式下車速能跟上CLTC-P工況曲線，如果車輛在此條件下不能很好地跟隨曲線，則需更換其他模式。續航場景如圖3所示。

2.2.1 常溫續駛里程及能耗試驗方法

常溫續駛里程試驗前，在（25±5）℃的常溫環境中浸車12～15小時，使用CLTC-P工況，在（25±5）℃室溫下開展常溫續航試驗。

常溫續航試驗結束后，在環境溫度為（25±5）℃下，動力蓄電池充電按照符合模式2或者模式3要求的充電方式，使動力蓄電池達到完全充電狀態（模式2或模式3的要求見GB/T20234.1—2015）。通過測試所得的續駛里程和完全充電的總電量可得電動汽車的百公里電耗值。

2.2.2 高溫續航試驗方法

高溫試驗前，車輛應該在（25±5）℃的常溫環境中浸車12～15小時，隨后在（35±3）℃的溫度條件下浸車0.5～1.0小時，高溫環境浸車期間光照強度保持為（850±45）W/m。完成浸車后，開啟空調制冷，使用CLTC-P工況，在高溫且有光照條件下開展高溫續航試驗。

2.2.3 低溫續航試驗方法

低溫試驗前，車輛應該在（?7±3）℃的溫度條件下浸車12～15小時。完成浸車后，開啟空調制熱，使用CLTC-P工況，在低溫條件下開展低溫續航試驗。

常溫、高溫、低溫續航試驗的具體環境要求以及車輛、空調設置情況如表2所示。

2.2.4 續航測試截止條件

車輛實際速度和測試循環規定的速度之間的允許公差：公差上限，+2.0 km/h，時間在±1.0 s之內；公差下限，?2.0 km/h，時間在±1.0 s之內，如圖3所示。

不能滿足本公差要求時，應立即停止試驗，擋位保持在原行駛擋位，使車輛滑行至最低穩定車速或5 km/h，再踩下制動踏板進行停車。

3 測試車輛信息

本文所選取了5款市場主流的電動汽車作為研究對象，其中轎車4款，SUV1款，車輛售價從10萬元至20萬元不等，具體如圖4所示。

5款車型整備質量從1 625 kg到1 742 kg不等，驅動形式主要分為兩驅、前驅后隨以及四驅三種形式。其中，兩驅指僅兩前輪為主動輪；前驅后隨指車輛前輪驅動，后輪以相同速度旋轉，但不提供動力；四驅指車輛的前后輪均提供動力。車輛的主要技術參數如表3所示。

4 試驗結果與分析

4.1 道路滑行（風阻、轉動慣量等）

空氣阻力、滾動阻力和傳動系統阻力是車輛道路滑行阻力的主要組成部分，一般認為車輛的道路滑行阻力與車速成二次函數關系，故采用最小二乘法對試驗過程中采集到的數據進行處理，即可得到該試驗車輛的道路滑行阻力系數，本文所研究的五款車型道路滑行試驗結果如表4和圖5所示。

通過道路滑行阻力曲線，可以發現3號SUV車型在低速條件下其阻力與其余四輛轎車相差不大，但隨著速度不斷提升，SUV車型的阻力增長幅度大于其余4款轎車。所以在低速段影響車輛滑行阻力的主要是車的滾動阻力，主要和車的整備質量和實驗質量有關。隨著速度的升高，風阻的影響逐漸加大，迎風面積越大，風阻越大。

4.2 續航與電耗測試

按照續航測試方法進行的常溫續駛里程測試與各車型NEDC工況常溫續駛里程結果對比，如圖6所示。

綜合結果可以發現，CLTC-P工況測試結果與NEDC工況測試結果較為接近，五輛車的偏差均在5 km以內，換算成百分比如表5所示。

通過表格，可以看出，5款車型中2號車型偏差最大為1%，而其他四款車型偏差均保持在1%以內，1號車型的結果偏差僅有0.2%。由此可見，對于純電動汽車而言，CLTC-P與NEDC工況對其能量消耗率影響較小。

純電動汽車的電耗與燃油車的油耗相對應，直接決定著消費者的用車經濟性，也是衡量一輛電動車的重要指標，5輛車在中國工況下的常溫電耗水平，其結果如圖7所示。

本文所測試的5款車型，整備質量從1 625 kg到1 742 kg，總體差異較小，但也基本代表了目前主流的家用電動汽車的整備質量范圍，從測試結果來看，5款車型的百公里電耗水平也較為接近，但由于受車輛外形、企業技術水平等因素的影響，百公里電耗測試結果也存在一定的差異性，例如車型4整備質量為1 742 kg，其百公里電耗為13.27 kWh，而另外一款車型整備質量為1 637 kg，但其百公里電耗為14.01 kWh，高于上一車型。從總體來看，整備質量處于1 650 kg左右的純電動汽車，百公里電耗水平基本處于15 kWh以內。

本文的高溫續航與低溫續航測試結果是以常溫續航結果為參照，考察車輛續駛里程的衰減情況，所測試的五款車型結果如圖8所示。

低溫續航的下降率明顯高于高溫續航下降率，即低溫續駛里程比高溫續駛里程短。五輛車的高溫續航測試結果顯示，高溫開冷風空調時續航下降率最高為22.7%，最低為5.3%，五輛車的平均值為13.24%；低溫浸車后在低溫下開暖風時續航下降率最高的是46.4%，最低下降率為25.8%，平均下降率為36.2%。

可見，低溫浸車后在低溫下開暖風對于續航影響最大，高溫開冷風空調對于續航影響相對較小。在常溫下，車型1的續航409 km，相對于車型2的續航505 km，低了23.5%，但在同樣的低溫測試條件下，車型1的續航284.88 km，相對于車型2的續航273 km，反而高了4.17%。從消費者角度購車參考看，對于處于常年溫度較低的北方用戶，在考慮續航條件選擇車型時，可以不只參考常溫續航，而考慮購買低溫續航表現更有優勢的車型1。從企業技術水平角度看，相對于其他四款，車型5在高溫、低溫和高速下的能效水平都相對比較高。

本文在研究高、低溫續航之外，還在續航測試的同時，記錄了空調的制冷、制熱效率。對于高溫續航測試，要求記錄車內溫度第一次達到25 ℃的時間；對于低溫續航測試，要求記錄車內溫度第一次達到20 ℃的時間，測試結果如圖9所示。

針對五款正式測評車型，高溫續航測試時車內達到要求溫度的時間從3 min到10 min不等，低溫續航時車內達到要求溫度的時間從3.67 min到15 min不等，各車型空調性能差異較大，部分車型所配備的空調制熱效果明顯低于制冷效果。

4.3 表顯剩余續駛里程準確度

表顯剩余續駛里程準確度是在試驗過程中，每完成一個中國工況循環，記錄一次儀表顯示的剩余里程，試驗結束后，通過計算兩組散點的差異程度，即表顯剩余續駛里程準確度。測試結果如圖10所示，車輛在常溫條件下的里程估計可以達到0.9以上，而在高溫條件下，各個車型的剩余里程估計準確度有了不同程度的降低，低溫條件下多數車輛的剩余里程估計準確較低，僅一款車型尚能維持在0.9以上。

圖11為某款EV的表顯剩余續駛里程與實際剩余續駛里程的差異情況。測試工況分別為常溫續航、高溫續航和低溫續航的測試工況。

該款車在常溫條件下剩余續駛里程估計準確度較高，車輛啟動后偏差絕對值最高，此時實際剩余續駛里程為505 km，表顯值為509 km，偏差4 km為真實值的0.8%；之后隨著里程增加，剩余里程估計值先是遠離實際里程值，最后又逐漸逼近真實值，在行程三分之一處時偏差最大，估計值與真實值相差約為25 km；之后隨著SOC值的降低，估計值偏差絕對值逐步降低。

該款車在高溫條件下剩余續航里程估計準確度較低，車輛啟動后偏差絕對值最高，此時實際剩余續駛里程為433 km，表顯值為509 km，偏差76 km為真實值的17.6%；之后隨著里程增加，剩余里程估計值與真實值的絕對差異近乎持續減小，在最后一個完整循環結束時實際剩余續航為12.8 km，表顯值為0 km。

該款車在低溫條件下剩余續航里程估計準確度很低，車輛啟動后偏差絕對值最高，此時實際剩余續駛里程為271 km，表顯值為510 km，偏差239 km為真實值的88.2%；之后隨著里程增加，剩余里程估計值與真實值的絕對差異近乎持續減小，但相對偏差始終較高，在最后一個完整循環結束時，表顯剩余續航值為0 km，實際值為10 km。

通過測試結果可見，該款車無論在常溫、高溫還是低溫情況下，車輛啟動后的表顯值均無明顯變化，都接近510 km，在行程推進中，持續調整剩余里程估計值，但明顯在高溫和低溫下估計策略難度升高。

有車型在常溫、高溫和低溫下啟動車輛時表顯續航并無變化，這里既有續航里程估計策略水平的原因，也同時是不同車企對于用戶心理的不同理解和認知的體現。

5 結論

（1）電動車在低速行駛的狀態下，具備較高的工作效率，同時受益于制動能量回收功能，電動車的CLTC-P與NDEC工況的常溫續航測試結果具有較高的一致性，偏差基本保持在1%以內。

（2）在CLTC-P工況下，低溫環境內，續駛里程一般只能保持常溫續駛里程的63.8%左右；相比于低溫條件，高溫續航結果較好，能保持常溫續駛里程結果的87%左右。

（3）CLTC-P工況下，常溫環境的表顯剩余里程結果較好，大多數車輛的準確性能達到0.95以上；高溫環境的表顯剩余里程準確性有所降低，但有半數車輛還能保持在0.9以上；低溫條件下，僅有一款車型保持在0.99，多數車輛則處于0.2以下，甚至出現負值，這表明電動汽車在低溫環境下，表顯剩余里程準確度普遍較低，參考性不足。