低溫環境下新能源汽車的測試評價現狀及建議

吳迪 郭婷

摘 要：本文闡述了在低溫環境下新能源汽車的測評技術發展現狀，介紹了整車到零部件低溫下性能的反應原理，提出了在低溫環境下新能源汽車的測試方法，結合目前的產業需求和現狀，研究提出了包括燃料電池汽車在內的新能源汽車低溫環境下的測評體系以及后續發展建議。

關鍵詞：新能源汽車，低溫環境，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，新能源汽車的發展已經占據了汽車行業的半壁江山。據不完全統計，2022年度，新能源汽車的銷量達688.7萬輛，市場占有率達25.6%，累計銷量突破1300萬輛，占據汽車總量的41%。隨著商業化的進展在低溫地區已經大規模地普及并持續上漲，2022年在東北等低溫地區累計規模超過200萬輛。隨著新能源汽車的市場占有率越來越高，其車輛的續駛里程、使用壽命、充電時間安全性等在低溫下的環境性能越來越受關注。

據相關報道，新能源汽車的冬季的投訴量排名前四的有續駛里程不準、動力電池故障、充電故障、空調故障。需要從整車、動力電池到充電等多個環節進行技術攻關。現階段在低溫下的評價標準和方法已經不滿足市場發展的需求，亟需建立更全面的低溫環境下的測評方法，促進新能源汽車的發展，同時使新能源汽車成為我國汽車高質量發展主力。

1 電動汽車的低溫測試評價技術

1.1 標準發展現狀

近年來，電動汽車的標準化工作正在積極地覆蓋低溫測評領域，從國家標準到團體標準，都出現了續駛里程、主觀評價、低溫啟動等低溫測評項目。其中國家強制性標準GB/T 183861-2021《電動汽車能量消耗量和續駛里程試驗方法 第1部分：輕型汽車》[1] 中已經率先提出了低溫續駛里程測試方法。團體標準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。GB 22757.2-2017《輕型汽車能源消耗量標識 第2部分：可外接充電式混合動力電動汽車和純電動汽車》中也體現了低溫續航這種以低溫環境為主導的能源消耗標識，以及團體標準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。除了標準以外，在行業內關于低溫的整車關鍵性能也有不同程度的展現，如以中國汽車技術研究中心有限公司為主導的CCRT測評，是基于消費者的角度對電動汽車進行評價，將低溫續駛里程的下降率作為重要的評價指標。同時行業內也提出了極寒挑戰賽等評價電動車在低溫下關鍵性能的活動賽事，可見低溫環境下電動汽車的評價已經是影響消費者的關鍵指標。

相關的標準參考見表1。

1.2 低溫環境的關鍵測試技術

從整車的直觀表現來看，影響電動汽車低溫續航的關鍵問題主要有幾個原因：首先是低溫環境下整車的行駛阻力增加，相應的能量回收效率下降；其次低溫環境下的電耗增加，低溫放電量下降，熱管理的能耗增加，附件的能耗增加；另外，低溫影響電動汽車續駛里程的算法精度，導致剩余續駛里程準確度差。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續駛里程的關鍵要素。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，如果細分的話行駛能耗又分為驅動能耗和回收能量，附件主要是空調和低壓的設備等。外部影響就包括環境溫度、行駛工況以及駕駛習慣。整體看來，影響低溫環境下電動汽車的續駛里程的因素眾多，不容小覷。

低溫下充電的問題也是影響消費者使用的關鍵因素。在低溫環境下，電流響應較慢，車輛主動停止充電，導致充電的時間過長，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，許多汽車廠家已經開始了技術攻關，開展低溫充電策略的提升，包括低溫下的環境模擬充電試驗、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，保證電池的質量，優化在寒區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、系統兼容性等充電系統的安全性問題，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集成性能提升是應對低溫環境的關鍵。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率、降低界面阻抗、提升低溫倍率性能等。提升系統的低溫性能策略包括恒溫熱管理、低溫功率限制、安全策略提升等技術手段。

1.3 問題與挑戰

對于電動汽車的大規模普及應用，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攻關。目前電動汽車的低溫環境應用還面臨著以下挑戰：（1）大功率的動力電池總體開發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）建議通過各個領域建立低溫性能的測試評價體系，從材料、單體、系統、充電等多角度開展延伸，需要制定全方位的測評規范，才能保證產業鏈的完整性。

2 燃料電池汽車的低溫評價技術

2.1 標準發展現狀

燃料電池是一種由氫氣和氧氣發生電化學反應從而驅動車輛的能量裝置。其電化學反應產生的水和熱是影響其在不同溫度場景下使用的關鍵因素。水既是反應物又是產物，需要有效地控制好溫度才能使反應過程中加濕的水能進行有效的傳質傳熱，也需要產生的水能夠保持低溫下不結冰。這種原理注定對燃料電池汽車低溫性能要求更高。目前行業內已經開始制定從零部件到整車的低溫性能評價標準，并作為補貼測試項中重要的考核指標。其中GB/T 24554-2022[7]增加了在低溫下考核燃料電池系統的標準方法，《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準提出了相應的測試評價方法，相關的標準參考見表2。

2.2 低溫測試評價技術

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

2.3 問題與挑戰

燃料電池汽車正處于大規模的示范運行期，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。測試設備包括試驗室層級的涉氫輕型、重型轉轂環境艙，試驗場的加氫資源等。需要在該領域持續資源的投入，健全軟硬件能力的支撐，滿足市場化的需求。

3 結 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鍵技術難點和后續面臨的挑戰，為企業在下一步的技術攻關指明了方向，為后續標準化工作的開展奠定了基礎。

參考文獻

[1]電動汽車能量消耗量和續駛里程試驗方法 第1部分：輕型汽車： GB/T 183861-2021 [S]. 北京：中國標準出版社，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：北京汽車行業協會，2019.

[3]純電動汽車低溫整車性能主觀評價方法：T/BJQC 2019013-2021[S]. 北京：北京汽車行業協會，2019.

[4]輕型汽車能源消耗量標識 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：中國標準出版社，2021.

[5]汽車啟動性能試驗方法： GB/T 12535-2021[S]. 北京：中國標準出版社，2021.

[6]汽車高寒地區環境適應性試驗方法：T/CSAE 153-2020[S].北京：中國標準出版社，2020.

[7]燃料電池發動機性能試驗方法：GB/T 24554-2022[S].北京：中國標準出版社，2022.

[8]燃料電池汽車測試規范： 裝備中心（2021）367號[Z].

[9]燃料電池電動汽車低溫冷啟動性能試驗方： T/CSAE-122-2019[S]. 北京：中國汽車工程學會，2019.

[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，從事新能源汽車關鍵性能測試評價工作。

（責任編輯：袁文靜）