江蘇省水文水資源勘測局辦公室 楊 俊

據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會發(fā)布的數(shù)據(jù)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(xù)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(xù)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(qū)，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(jié)果就是——續(xù)航爆降！純電動汽車掉電快、續(xù)航里程下降明顯，網(wǎng)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(fā)現(xiàn)其續(xù)航里程大幅縮水。特斯拉標準續(xù)航升級版標稱的NEDC（New European Driving Cycle，新歐洲駕駛周期）續(xù)航里程是468 km，車輛充滿電后表顯的續(xù)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(xù)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(xù)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(yè)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(nèi)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(xù)航里程為418 km，但冬天充滿電只能跑370 km，續(xù)航下降了22%。不僅如此，冬天打開車內(nèi)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(xù)航里程為400 km，夏天開空調(diào)時續(xù)航里程約為390 km，冬季開暖風續(xù)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(xù)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(xù)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(xù)航里程下降情況調(diào)查結(jié)果，可見，65%以上的車主認為自己的純電動汽車冬季續(xù)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(xù)航里程下降超過40%。據(jù)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(xù)航里程可能會下降57%左右，也就是說現(xiàn)在市面上大多續(xù)航里程在300 km的純電動汽車，在低溫下續(xù)航里程也就100多km。表1所列為車質(zhì)網(wǎng)制作的國內(nèi)某位車主駕駛的某款純電汽車一年中不同溫度下的續(xù)航里程。純電動汽車冬季掉電快、續(xù)航里程下降帶來的后果不言而喻，續(xù)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(diào)都不敢開了。

圖1 電動汽車續(xù)航里程下降情況調(diào)查結(jié)果

表1 國內(nèi)某位車主駕駛的某款純電汽車一年中不同溫度下的續(xù)航里程（據(jù)車質(zhì)網(wǎng)資料）

2 純電動汽車冬季掉電快、續(xù)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(xù)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(shù)所決定?，F(xiàn)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(xù)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(xù)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(xù)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(xiàn)續(xù)航里程打?qū)φ鄣那闆r，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(jié)構(gòu)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(guān)，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(nèi)阻變大（-20 ℃時電池內(nèi)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(jù)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(xù)航里程打折問題更明顯，造成50%續(xù)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(guān)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(yè)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(tǒng)。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(xù)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(tǒng)，冬季續(xù)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(tài)下鋰離子電池內(nèi)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(fā)電池熱失控（“自燃”）。為了避免析鋰發(fā)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(fā)現(xiàn)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(tǒng)能有效地延長純電動汽車的續(xù)航里程，但在低溫狀態(tài)下，由于充電功率受限，動能回收系統(tǒng)的能量回收能力也會受到影響，這也加劇了純電動汽車續(xù)航里程的下降。

（3）空調(diào)/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(diào)和在冬天使用暖風都會明顯縮短續(xù)航里程。夏天使用空調(diào)，其實燃油車和純電動汽車都會多消耗能量，縮短續(xù)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(fā)動機余熱，當發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)給發(fā)動機散熱后，通過風扇將散出的熱量送入車內(nèi)，形成暖風，并不會形成額外耗油，對于續(xù)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(chǎn)生的廢熱較少，難以收集利用，所以純電動汽車的空調(diào)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(shù)路線是直接使用PTC（熱敏陶瓷元件）加熱來實現(xiàn)（當然給電池自身加熱也是用PTC），其本質(zhì)上是通過電流的焦耳效應實現(xiàn)制熱，但是其效率不能100%轉(zhuǎn)化，一般為80%~95%，剩下的浪費掉，從而使得冬季車艙的環(huán)境控制負荷更大。對此，上汽給出了一組數(shù)據(jù)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(diào)整體能耗占比能達到20%左右。換句話說，空調(diào)的耗能直接轉(zhuǎn)化為續(xù)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(diào)。從熱力學原理上講，采用熱泵空調(diào)加熱比電加熱可以使能量消耗下降3/4。但由于熱泵空調(diào)還沒有大規(guī)模生產(chǎn)，當前成本還比較高。希望3年~5年以后，熱泵空調(diào)可以大量使用，成本可以降下來。

（4）實際續(xù)航里程虛標。目前市場上的純電動汽車，標注的續(xù)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(diào)、前照燈、加熱座椅等）都會關(guān)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(xù)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(xù)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(tǒng)一輕型汽車測試循環(huán)）工況，我國也會采取原理相同的中國工況（CATC），續(xù)航里程虛高的情況會得到糾正。如果各純電動汽車生產(chǎn)廠家，在標注續(xù)航里程時，采用WLTC工況或中國工況，不僅要標注最長續(xù)航里程，還要標注在夏天開空調(diào)和冬天開暖風條件下的續(xù)航里程。也建議有關(guān)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(xù)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(xù)航里程爆降帶來的困擾，除了選擇一輛配備優(yōu)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(xù)航里程下降的方法。

（1）選擇適當?shù)耐＼嚮虺潆妶鏊?。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?？炕虺潆姟Ａ硗庠谕７艜r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(yǎng)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(tài)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(nèi)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(xù)航里程損失和延長電池壽命。另外，要養(yǎng)成“趁熱”充電的習慣，建議在每次行程結(jié)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(fā)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(tǒng)或外部加熱系統(tǒng)，使用這些輔助系統(tǒng)能夠保障電池在冬季充電和放電的穩(wěn)定性。

（3）在要出行前為純電動汽車預熱。冬季純電動汽車續(xù)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(tǒng)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(qū)間，便不會出現(xiàn)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(yǎng)成良好的駕駛習慣。冬季氣溫過低，應平穩(wěn)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(wěn)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(xù)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(guī)劃出行路線，熟悉沿途充電樁布局。出發(fā)前要合理規(guī)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(shù)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(diào)暖風。由于純電動汽車無法像燃油車那樣利用發(fā)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(diào)暖風勢必會影響續(xù)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(diào)，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(guān)閉暖風，做到在車內(nèi)溫度足夠舒適的情況下關(guān)閉暖風。

知識鏈接

NEDC工況、WLTC工況和CATC中國工況

對傳統(tǒng)燃油車來說，百千米油耗是一個關(guān)鍵指標，因為它關(guān)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(guān)乎著續(xù)航里程。若電耗下降20%，則續(xù)航里程可以從400 km上升到480 km，這80 km可不是一個小數(shù)字。油耗/電耗指標與駕駛習慣、交通狀況、空調(diào)功率等多種條件相關(guān)。1 000個駕駛?cè)吮憧砷_出1 000種不同的油耗/電耗來。所以便需要一個統(tǒng)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(huán)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(qū)循環(huán)（最大車速50 km/h、平均車速19 km/h）和1個市郊循環(huán)（最大車速120 km/h、平均車速62 km/h）組成。由專業(yè)駕駛?cè)藛T在環(huán)境溫度為20 ℃~30 ℃且關(guān)閉空調(diào)情況下，按照規(guī)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(huán)境中會遇到堵車等問題，NEDC工況下的電耗是通過“轉(zhuǎn)鼓試驗”來測得的。在轉(zhuǎn)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(fā)生實際的移動。

我國引入NEDC工況，相當于統(tǒng)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?qū)Ρ龋彩沟密嚻笾g的技術(shù)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(diào)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(fā)源地歐洲，已經(jīng)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(lián)合國歐洲經(jīng)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(tǒng)一輕型汽車測試循環(huán)）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(xiàn)在兩個方面：車速波動大、怠速工況少，而且沒有特別的規(guī)律性；涵蓋更廣的速度區(qū)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(huán)測試時間延長約10 min，循環(huán)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(jù)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(shù)據(jù)較為接近了。

WLTC工況中沒有周期性的加速、減速，更好地體現(xiàn)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(fā)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(huán)，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(qū)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(wěn)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(qū)”。據(jù)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?cè)撕芸赡茉?0 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(jié)省燃油，所以理論上來說WLTC工況所得出來的油耗/電耗結(jié)果仍然偏低。但即便如此，相對于NEDC而言，WLTC工況得出的數(shù)據(jù)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(huán)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(shù)據(jù)，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(fā)動機工況曲線，采集的道路覆蓋了市區(qū)、郊區(qū)、主干路、快速路和高速路等，時間也覆蓋了四季、工作日、節(jié)假日、高峰時段和平峰時段，以做到數(shù)據(jù)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(fā)用數(shù)據(jù)，這是迄今為止全球規(guī)模最大、范圍最廣、參數(shù)最多的調(diào)查，完全能夠全面了解我國廣闊區(qū)域內(nèi)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(fā)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(huán)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(tǒng)一輕型車輛測試循環(huán)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。