電動汽車冬季續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中心 劉俊任，賈思敏，韋學優，黃祖朋

電動汽車是一類僅依靠動力電池作為驅動能源的汽車，與傳統燃油車相比，它具有不依賴化石能源、零排放、低噪音等特點。隨著全球環保意識和節能意識加強，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體缺貨的大背景下，電動汽車的銷量表現依然可圈可點。

電動汽車經過多年的發展積累，技術上已經有了巨大的進步，但依舊有續航里程短、充電時間長、動力電池易燃等問題制約著其向前發展，其中續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，電動汽車的續航里程普遍大幅度跳水，這引起不少人對電動汽車的質疑和抱怨，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、空調及其他車載電子電器設備、劇烈工況等幾個方面，分析電動汽車冬季續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）并采用全球統一輕型車輛測試循環（WLTC）標準進行測定。相對于新標歐洲循環測試（NEDC）標準，WLTC標準更為嚴格，測得的數據也更為準確，它包含了城市、環路、鄉村和高速等4種不同的測試工況，并且將行駛過程中的滾動阻力、擋位、環境溫度、載重等因素考慮進去，更加貼近真實用車環境，是當前最可靠的續航里程測試方法。本文旨在以WLTC標準測得的里程數據為基準，對比分析電動汽車冬季的行駛工況，得出影響續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動，而電動機的驅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、容量及循環壽命造成影響。溫度會影響動力電池內部電極和電解液的化學反應，當溫度下降時，電極和電解液的反應速度會下降，放電電流也會減弱，同時低溫環境會降低動力電池的活性，使得動力電池內部電阻增加，放電能力變弱。

1.2 空調及其他車載電子電器設備

冬季用車時空調的制熱是造成電動汽車最大的耗電因素。由于沒有發動機，不能像傳統燃油車一樣通過發動機的余熱來提供暖風，電動汽車通常是通過PTC發熱體（由PTC陶瓷發熱元件與鋁管組成）或加熱泵來實現供暖，這2種加熱方式本質都是將電能轉化為熱能。動力電池作為電動汽車上唯一的供能裝備，除了空調外，如鼓風機、組合儀表等車載電子電器設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備供電，使用的車載電子電器設備越多，所消耗的電量也越多，用于驅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 整車測試與結果分析

如圖1所示，以國內某低功率車型為例，依據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，對應持續時間分別為589 s、433 s、455 s，最高車速分別為56.5 km/h、76.6 km/h、100 km/h。按照此工況循環測試，直至電池容量從100%放至0%，在WLTC標準工況下測得的續航里程為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，當溫度高于20 ℃時，動力電池容量保持率恢復正常，達到100%。以續航里程為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 空調及其他車載電子電器設備對動力電池容量影響

表1所列為某車型的空調加熱功率，該車暖風系統是通過一套PTC發熱體來實現供暖，利用電能將電阻絲加熱，由空調鼓風機將熱風輸送到車廂，以達到加熱的效果。由能量守恒定律可知，在空調開啟過程中，加熱功率越大，消耗的電量也越多。該空調的最大功率為2.8 kW～3.0 kW，若將空調開至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，續航里程為300 km，則對應減少里程為2.0 kW÷32 kW×300 km≈18.7 km，即將空調開至2擋持續1 h，續航里程就會減少將近18.7 km。

表1 某車型的空調加熱功率

除空調外，電動汽車上其他車載電子電器設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，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，可以得到當前溫度下的動力電池容量保持率，進而可以算出在當前溫度下因動力電池容量衰減造成的續航里程縮減值。根據電動汽車在單位時間內的車速，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航里程縮減值。根據空調打開的時長和擋位，可以得到空調消耗的動力電池電量，進而可以計算出由于打開空調造成的續航里程縮減值。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所示的某車型續航里程影響因素分析表。

表2 某車型續航里程影響因素分析表

本文主要從動力電池溫度、空調及其他車載電子電器設備、劇烈工況等幾個方向對電動汽車的續航里程進行了分析，在低溫環境下，使用空調制熱和劇烈駕駛都會對電動汽車續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給動力電池加熱，并合理使用空調，保持良好的駕駛習慣，將有效提高電動汽車冬季的續航里程。