劉洋 董學(xué)鋒

（1.北京航空航天大學(xué)，北京 100191；2.國汽（北京）汽車輕量化技術(shù)研究院有限公司，北京 100176）

主題詞：電動(dòng)乘用車 能量密度 續(xù)駛里程

1 前言

2014年8月至2020年12月，工信部先后發(fā)布了38批《免征車輛購置稅的新能源汽車車型目錄》（以下簡稱《目錄》）。文獻(xiàn)[1-2]分別以《目錄》2014—2017年（第1～15批）、2014—2019年（第1～29批）2組時(shí)間跨度內(nèi)的發(fā)布數(shù)據(jù)為研究內(nèi)容，從動(dòng)力電池能量密度、整車能量密度和續(xù)駛里程的角度出發(fā)，對所發(fā)布的電動(dòng)乘用車產(chǎn)品進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)特征描述，并通過回歸分析對各指標(biāo)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了預(yù)測。

本文在前述研究的基礎(chǔ)上，繼續(xù)圍繞動(dòng)力電池能量密度、整車能量密度和續(xù)駛里程，重點(diǎn)分析2020年度《目錄》所公布的產(chǎn)品數(shù)據(jù)（第30～38批）。對于動(dòng)力電池的低溫工作性能，本研究將結(jié)合近期部分代表性電動(dòng)車的實(shí)測數(shù)據(jù)[3-5]進(jìn)行剖析。

2 動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度

2.1 2020年產(chǎn)品動(dòng)力電池的能量密度

2020年《目錄》在純電動(dòng)汽車領(lǐng)域共發(fā)布415條乘用車產(chǎn)品數(shù)據(jù)，受市場和國家相關(guān)政策調(diào)整的因素影響，發(fā)布產(chǎn)品數(shù)量相比2019年（448項(xiàng)）有所回落，與文獻(xiàn)[2]預(yù)測結(jié)果吻合。

動(dòng)力電池能量密度被定義為單位質(zhì)量動(dòng)力蓄電池組所存儲(chǔ)的標(biāo)稱能量。沿襲先例，圖1對2020年電動(dòng)乘用車產(chǎn)品的動(dòng)力電池能量密度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)特性表征。2020年共有8款車型的動(dòng)力電池密度超過180（±2.5）W·h/kg，相比2019年大幅增加。

2.2 近7年電池能量密度的發(fā)展

表1以50,55,…,195 W·h/kg為區(qū)間中心，5 W·h/kg（±2.5 W·h/kg）為區(qū)間寬度，統(tǒng)計(jì)了2014～2020年間動(dòng)力電池能量密度的分布情況。通過監(jiān)測年度數(shù)據(jù)的邊界移動(dòng)情況，可以較為直觀的發(fā)現(xiàn)近7年來，乘用車產(chǎn)品的動(dòng)力電池能量密度總體上呈逐年提升的態(tài)勢。

表1 2014—2020動(dòng)力電池能量密度分布 個(gè)

圖2通過電池能量密度的年度統(tǒng)計(jì)平均值，定量地表征了我國電動(dòng)乘用車產(chǎn)品動(dòng)力電池組系統(tǒng)性能的發(fā)展歷程。值得注意的是，與2019年相比，2020年度新車型動(dòng)力電池平均能量密度（146.42 W·h/kg）幾乎未有增長，其增幅顯著低于預(yù)期。按照2019年的趨勢測算[2]，2020年的動(dòng)力電池平均能量密度可達(dá)156.61 W·h/kg，動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展的增速呈現(xiàn)明顯放緩趨勢。

圖2 動(dòng)力電池能量密度的年度變化

3 整車能量密度

3.1 2020年度產(chǎn)品的整車能量密度

整車能量密度是決定電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的主要因素，它被定義為動(dòng)力電池標(biāo)稱能量與整備質(zhì)量之比。與動(dòng)力電池能量密度表征電池系統(tǒng)本身的儲(chǔ)電能力不同，整車能量密度一定程度上反映了產(chǎn)品的實(shí)際使用潛能。當(dāng)同一車型由于配置不同有多個(gè)整備質(zhì)量時(shí)，本文使用整備質(zhì)量平均值計(jì)算該車型的整車能量密度。

2020年《目錄》中所有電動(dòng)乘用車產(chǎn)品的NEDC續(xù)駛里程與對應(yīng)的整車能量密度已繪制成圖3（左），利用對數(shù)函數(shù)對離散數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，擬合優(yōu)度（R2）為0.87。

圖3 2020年NEDC續(xù)駛里程與整車能量密度的關(guān)系

2020年發(fā)布產(chǎn)品的整車能量密度大體呈正態(tài)分布。33～35 W·h/kg的產(chǎn)品數(shù)量最多，共計(jì)67個(gè)車型。44（±1）W·h/kg及以上級(jí)別的車型數(shù)為13個(gè)，相比去年同水平的車型數(shù)（3個(gè)）大幅提升。

3.2 近7年產(chǎn)品整車能量密度的發(fā)展

表2回顧了2014—2020年間《目錄》發(fā)布的電動(dòng)乘用車產(chǎn)品整車能量密度的統(tǒng)計(jì)分布情況。涵蓋當(dāng)年樣本總數(shù)50%以上（大于50%時(shí)取最接近50%的區(qū)間，見加粗字體）的整車能量密度分布區(qū)間分別為：2014年（13～19）W·h/kg，2015年（17～21）W·h/kg，2016年（17～23）W·h/kg，2017年（19～27）W·h/kg，2018年（27～33）W·h/kg，2019年（27～33）W·h/kg，2020年（29～37）W·h/kg。

表2 2014—2020整車能量密度分布 個(gè)

圖4整理了7年來整車能量密度的年度統(tǒng)計(jì)平均值。盡管整車能量密度總體上呈逐年上升的態(tài)勢，但相比去年，2020年的增長速度有所回落。預(yù)計(jì)2021年度該指標(biāo)平均值為35.55 W·h/kg。

圖4 整車能量密度的年度變化

4 電動(dòng)乘用車?yán)m(xù)駛里程

4.1 2020年度產(chǎn)品的續(xù)駛里程

圖5從產(chǎn)品實(shí)用性能出發(fā)，以整車能量密度為自變量，統(tǒng)計(jì)了2018—2020年3年間《目錄》發(fā)布車型的NEDC續(xù)駛里程分布情況，并通過線性擬合獲得各年份的近似分布規(guī)律。擬合曲線斜率一定程度上反映了當(dāng)年度電動(dòng)乘用車產(chǎn)品的總體技術(shù)水平，2020年每單位整車能量密度能夠提供的NEDC續(xù)駛里程為17.51 km，達(dá)到了《目錄》公布以來的歷史最高值。但相較2018和2019年的同項(xiàng)指標(biāo)增速開始減緩。

圖5 續(xù)駛里程與整車能量密度的關(guān)系

4.2 近年電動(dòng)乘用車?yán)m(xù)駛里程的發(fā)展

續(xù)駛能力是電動(dòng)類產(chǎn)品消費(fèi)者最關(guān)心的指標(biāo)之一。圖6對2016—2020年《目錄》公布電動(dòng)乘用車車型的NEDC續(xù)駛里程進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。5年來，我國電動(dòng)乘用車?yán)m(xù)駛里程穩(wěn)步提升。繼2019年續(xù)駛里程首次突破600 km以來，2020年共有30款車型續(xù)駛能力在該水平之上，更有4款車型突破700 km。

圖6 續(xù)駛里程年度統(tǒng)計(jì)

7年來電動(dòng)乘用車產(chǎn)品的平均續(xù)駛里程總體呈直線上升的態(tài)勢（見圖7），動(dòng)力電池系統(tǒng)的綜合性能得到持續(xù)突破和提升。回歸分析結(jié)論顯示，2021年度我國電動(dòng)乘用車平均續(xù)駛里程將突破430 km關(guān)口，向440 km發(fā)起沖刺。

圖7 續(xù)駛里程的年度變化

5 電動(dòng)乘用車低溫工作表現(xiàn)

2019年2月以來，有專業(yè)測評團(tuán)隊(duì)圍繞電動(dòng)乘用車冬季低溫嚴(yán)寒環(huán)境下的實(shí)際駕駛性能，先后組織25個(gè)車型開展了3批次實(shí)測工作[3-5]。受測車型均為當(dāng)時(shí)具有代表性的熱銷或熱點(diǎn)車型。本文通過聚焦低溫條件下測試樣本的高（低）速續(xù)駛里程、高（低）速衰減度以及實(shí)測百米加速時(shí)間等指標(biāo)描述近期市場上主流車型低溫下的工作表現(xiàn)。

表4 電動(dòng)汽車低溫測試結(jié)果（2019年12月）[4]

表5 電動(dòng)汽車低溫測試結(jié)果（2019年02月）[3]

需要強(qiáng)調(diào)的是，3次實(shí)測的測試項(xiàng)目不盡相同，某些測試項(xiàng)目的測試方法也不完全一致（如低溫下高、低速續(xù)駛里程測試），測試場地、路線、路況乃至溫度條件亦未做統(tǒng)一規(guī)范，因此對于某些指標(biāo)而言，3組測試結(jié)果間的橫向比較意義不大。測試條件及數(shù)據(jù)見表3～5。為表述方便，表3～5已隱去各受測車型的品牌、型號(hào)等信息，并用編號(hào)代替。待測試方法成熟、測試條件完善后系列結(jié)果將被持續(xù)關(guān)注。

表3 電動(dòng)汽車低溫測試結(jié)果（2020年12月）[5]

3期測試中，受測車型的電池組容量與NEDC續(xù)駛里程的整體水平均持續(xù)增長。低溫條件下，車輛的低速（30±2 km/h）續(xù)駛里程普遍高于高速（70±2 km/h）續(xù)駛里程。若定義續(xù)駛衰減度為實(shí)際續(xù)駛里程（低溫下）相較NEDC續(xù)駛里程減小的百分比，則高速續(xù)駛衰減度平均比低速續(xù)駛衰減度高9.4%。受測樣本的0～100 km/h加速時(shí)間與官方數(shù)據(jù)（標(biāo)準(zhǔn)測試溫度下獲得）相差較小，低溫對其影響不明顯。

6 結(jié)束語

2020年我國電動(dòng)乘用車產(chǎn)品的平均動(dòng)力電池總能量達(dá)到了51.16 kW·h，較2019年實(shí)現(xiàn)了5.5%的增長。但由于電池系統(tǒng)總質(zhì)量（平均值）也較上一年增長了3.3%，故動(dòng)力電池的平均能量密度僅實(shí)現(xiàn)微幅增長。值得注意的是，180 W·h/kg以上具有尖端蓄電能力的車型數(shù)量明顯增多，高新電池系統(tǒng)的研發(fā)技術(shù)仍在持續(xù)發(fā)力。盡管平均整備質(zhì)量創(chuàng)下了1 538.66 kg的歷史新高，2020年我國電動(dòng)乘用車產(chǎn)品的整車能量密度仍有所上升，平均續(xù)駛里程更延續(xù)了一貫的高速增長態(tài)勢。這從側(cè)面反映了在動(dòng)力電池組及整車雙雙增重的大背景下，電池系統(tǒng)蓄電能力的穩(wěn)步躍升，更反映了整車輕量化工作持續(xù)深入推進(jìn)的緊迫性和必要性。表6匯總了2020年上述指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)均值，并對2021年總體發(fā)展水平進(jìn)行了預(yù)測。

表6 2020電動(dòng)乘用車能量密度及續(xù)駛里程一覽

連續(xù)3期的冬季電動(dòng)乘用車實(shí)際駕駛性能測評數(shù)據(jù)顯示，低溫環(huán)境下電動(dòng)乘用車的實(shí)際續(xù)駛里程比NEDC續(xù)駛里程平均降低46%左右，高速狀態(tài)下續(xù)駛里程衰減更快。如何提升動(dòng)力電池在低溫下的工作表現(xiàn)仍是研究人員的重要命題。該系列測評結(jié)果也將被持續(xù)關(guān)注和追蹤。