电动汽车冬季续航里程缩减原因分析

上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心 刘俊任，贾思敏，韦学优，黄祖朋

电动汽车是一类仅依靠动力电池作为驱动能源的汽车，与传统燃油车相比，它具有不依赖化石能源、零排放、低噪音等特点。随着全球环保意识和节能意识加强，电动汽车的市场占有率越来越大，在全球疫情干扰及汽车市场半导体缺货的大背景下，电动汽车的销量表现依然可圈可点。

电动汽车经过多年的发展积累，技术上已经有了巨大的进步，但依旧有续航里程短、充电时间长、动力电池易燃等问题制约着其向前发展，其中续航里程短是影响电动汽车快速普及的重要因素之一。尤其到了冬天，电动汽车的续航里程普遍大幅度跳水，这引起不少人对电动汽车的质疑和抱怨，也让有意购买电动汽车的消费者望而却步。本文将从动力电池温度、空调及其他车载电子电器设备、剧烈工况等几个方面，分析电动汽车冬季续航里程缩减的主要原因。

1 影响因素分析

《乘用车燃料消耗量限值》（GB 19578—2021）规定，可外接充电及不可外接充电式混合动力车辆的燃料消耗量应按《轻型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法》（GB/T 19753）并采用全球统一轻型车辆测试循环（WLTC）标准进行测定。相对于新标欧洲循环测试（NEDC）标准，WLTC标准更为严格，测得的数据也更为准确，它包含了城市、环路、乡村和高速等4种不同的测试工况，并且将行驶过程中的滚动阻力、挡位、环境温度、载重等因素考虑进去，更加贴近真实用车环境，是当前最可靠的续航里程测试方法。本文旨在以WLTC标准测得的里程数据为基准，对比分析电动汽车冬季的行驶工况，得出影响续航的主要因素及影响程度。

1.1 动力电池温度

电动汽车由电动机直接驱动，而电动机的驱动能力则源自于动力电池，因此动力电池的容量决定了电动汽车的续航里程，动力电池的特性之一就是受温度影响大，过高或过低的温度都会对动力电池的充放电性能、容量及循环寿命造成影响。温度会影响动力电池内部电极和电解液的化学反应，当温度下降时，电极和电解液的反应速度会下降，放电电流也会减弱，同时低温环境会降低动力电池的活性，使得动力电池内部电阻增加，放电能力变弱。

1.2 空调及其他车载电子电器设备

冬季用车时空调的制热是造成电动汽车最大的耗电因素。由于没有发动机，不能像传统燃油车一样通过发动机的余热来提供暖风，电动汽车通常是通过PTC发热体（由PTC陶瓷发热元件与铝管组成）或加热泵来实现供暖，这2种加热方式本质都是将电能转化为热能。动力电池作为电动汽车上唯一的供能装备，除了空调外，如鼓风机、组合仪表等车载电子电器设备的使用都会间接消耗动力电池的能量，动力电池给蓄电池补电，蓄电池再给低压车载电子电器设备供电，使用的车载电子电器设备越多，所消耗的电量也越多，用于驱动电动汽车行驶的能量则越少。

1.3 剧烈工况

剧烈工况主要是指车速过快、急加速、急减速、载重过多等工况，车速越快，阻力越大，会消耗比平时更多的电量，同时电动机始终以大功率输出，发热量大，会使动力电池消耗比平时更大的电量，造成电能浪费。

2 整车测试与结果分析

如图1所示，以国内某低功率车型为例，依据WLTC标准的测试方法，由于该车型最高车速为100 km/h，则分别以低速、中速与高速3个部分测试，对应持续时间分别为589 s、433 s、455 s，最高车速分别为56.5 km/h、76.6 km/h、100 km/h。按照此工况循环测试，直至电池容量从100%放至0%，在WLTC标准工况下测得的续航里程为300 km左右。

图1 某车型WLTC标准工况测试

2.1 温度对动力电池容量影响

图2所示为某车型动力电池在不同温度下的容量保持率，当温度为-30 ℃时，动力电池容量保持率不到60%，即在该温度下动力电池放电能力直接减少近一半。随着温度的上升，容量保持率逐渐回升，当温度高于20 ℃时，动力电池容量保持率恢复正常，达到100%。以续航里程为300 km的电动汽车为例，仅从温度方面考虑，在0 ℃时，续航里程就会减少将近36 km。

图2 某车型动力电池的容量保持率

2.2 空调及其他车载电子电器设备对动力电池容量影响

表1所列为某车型的空调加热功率，该车暖风系统是通过一套PTC发热体来实现供暖，利用电能将电阻丝加热，由空调鼓风机将热风输送到车厢，以达到加热的效果。由能量守恒定律可知，在空调开启过程中，加热功率越大，消耗的电量也越多。该空调的最大功率为2.8 kW～3.0 kW，若将空调开至2挡，1 h消耗的电量约为2.0 kW·h。该车型总电量约为32 kW，续航里程为300 km，则对应减少里程为2.0 kW÷32 kW×300 km≈18.7 km，即将空调开至2挡持续1 h，续航里程就会减少将近18.7 km。

表1 某车型的空调加热功率

除空调外，电动汽车上其他车载电子电器设备的使用也会间接消耗动力电池电量，但消耗的动力电池电量较少。

2.3 剧烈工况对动力电池容量影响

汽车高速行驶时，空气阻力会变大，这时汽车就会消耗更多能量用来克服空气阻力。

对于电动汽车来说，车速过低也不利于延长续航里程，这是因为车速越低，电动汽车行驶相同距离所需时间越长，车载电子电器设备的耗电量也会越多。图3所示为某车型在不同车速下的百千米能耗，从图3中可以看出，该车型最佳驾驶车速为40 km/h～50 km/h，在此车速下行驶时，百千米消耗的动力电池电量也最少。

图3 某车型在不同车速下的百千米能耗

急加速与急减速会造成动力电池发热量过大，同样会造成行驶里程减少，但是急加速与急减速在平常用车时很少出现，且难以量化，因此不作为主要的因素分析。

2.4 综合影响

以动力电池温度线性插值，可以得到当前温度下的动力电池容量保持率，进而可以算出在当前温度下因动力电池容量衰减造成的续航里程缩减值。根据电动汽车在单位时间内的车速，可以累加不同测试因素对动力电池能耗的影响，进而得到因车速造成的续航里程缩减值。根据空调打开的时长和挡位，可以得到空调消耗的动力电池电量，进而可以计算出由于打开空调造成的续航里程缩减值。其余影响因素较小，不作为主要因素分析。综合以上因素，可以得到如表2所示的某车型续航里程影响因素分析表。

表2 某车型续航里程影响因素分析表

本文主要从动力电池温度、空调及其他车载电子电器设备、剧烈工况等几个方向对电动汽车的续航里程进行了分析，在低温环境下，使用空调制热和剧烈驾驶都会对电动汽车续航里程造成不同程度的影响。在冬季用车前，使用动力电池加热保温技术给动力电池加热，并合理使用空调，保持良好的驾驶习惯，将有效提高电动汽车冬季的续航里程。