摘要：探討了電動(dòng)汽車低溫環(huán)境下續(xù)航里程衰減的關(guān)鍵因素及改進(jìn)策略，分析了電池性能變化、行駛阻力增加、熱管理系統(tǒng)效率及測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)，并提出了一系列創(chuàng)新解決方案。通過(guò)電池?zé)嵴{(diào)控、行駛效率提高及高精度測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用，有效應(yīng)對(duì)了低溫環(huán)境挑戰(zhàn)，為提升電動(dòng)車寒季性能和推動(dòng)產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展提供了科學(xué)路徑。

關(guān)鍵詞：低溫環(huán)境；電動(dòng)汽車；續(xù)航衰減；電池性能；行駛阻力；測(cè)試技術(shù)

中圖分類號(hào)：U467.5 收稿日期：2024-03-15

DOI：1019999/jcnki1004-0226202408016

1 前言

隨著全球?qū)?jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的迫切需求，電動(dòng)汽車作為新能源汽車的主力軍，其市場(chǎng)占有率正逐年攀升。然而，低溫環(huán)境下電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的顯著衰減，一直是制約其廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸[1]。這一問(wèn)題不僅關(guān)乎技術(shù)層面的電池性能、熱管理效率，還涉及用戶體驗(yàn)與市場(chǎng)接受度。因此，系統(tǒng)性地研究低溫對(duì)電動(dòng)汽車性能的具體影響，提出有效的應(yīng)對(duì)措施，對(duì)促進(jìn)電動(dòng)汽車技術(shù)革新和市場(chǎng)拓展具有重大意義。

2 電池性能衰減與優(yōu)化策略

21 低溫電池特性的深入解析

鋰離子電池是目前電動(dòng)汽車最常用的電池類型，其工作原理基于鋰離子在正負(fù)極間的穿梭。在低溫環(huán)境下，電解液的黏度增加，鋰離子在電解液中的擴(kuò)散速度大幅減慢，這直接阻礙了鋰離子在正負(fù)極間快速、高效的遷移，導(dǎo)致電池內(nèi)部化學(xué)oUIlzuCLdHigs+FyKQzunfrIlPQOf7sFnMTBJGmP8ZE=反應(yīng)速率顯著下降。此外，低溫還可能引起電解液結(jié)晶，進(jìn)一步阻礙鋰離子通道，影響電池的充放電性能[2]。

低溫環(huán)境下，電池的可用容量會(huì)明顯降低，這是由于鋰離子在低溫下嵌入/脫嵌活性物質(zhì)的反應(yīng)速度變慢，導(dǎo)致可參與電化學(xué)反應(yīng)的鋰離子數(shù)量減少。研究表明，在-20 ℃時(shí)，某些類型的鋰離子電池容量可能會(huì)損失高達(dá)50%以上。同時(shí)，電池內(nèi)阻在低溫下顯著增加，這是由于電解液黏度增加、電極材料電阻增大以及SEI膜（固體電解質(zhì)界面膜）的阻抗增加，這不僅降低了電池的充放電效率，還可能引發(fā)電池過(guò)熱，影響電池安全。

為緩解低溫帶來(lái)的負(fù)面影響，預(yù)熱技術(shù)和保溫策略成為提升電池低溫性能的關(guān)鍵。預(yù)熱技術(shù)主要包括電池包外部加熱（如PTC加熱片）、電池內(nèi)部自發(fā)熱（如低電流預(yù)充加熱）以及熱泵輔助加熱等。這些方法能夠有效提升電池溫度，加速內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)，減少初始充放電過(guò)程中的能量損失。而保溫策略則側(cè)重于減少外界低溫對(duì)電池的影響，如采用高性能保溫材料包裹電池包、優(yōu)化車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以減少熱交換等，從而在不使用或少量使用外部能源的情況下保持電池溫度。

22 電池?zé)峁芾淼那把靥剿?/p>

221 熱泵系統(tǒng)高效熱能回收與利用

熱泵系統(tǒng)作為一種高效的能量回收技術(shù)，能夠從外部環(huán)境中吸收熱量，通過(guò)壓縮機(jī)做功提升至所需溫度后用于電池加熱，相比傳統(tǒng)的PTC加熱，其能效比更高，減少了對(duì)電池電量的直接消耗，從而間接提升了續(xù)航能力。熱泵系統(tǒng)在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用日益廣泛，特別是在極端低溫條件下，其優(yōu)勢(shì)更為明顯[3]。

222 智能溫控系統(tǒng)在電池保護(hù)中的應(yīng)用

智能溫控系統(tǒng)通過(guò)集成多種傳感器和算法，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池溫度、電流、電壓等狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)節(jié)電池的加熱或冷卻策略，確保電池工作在最適宜的溫度區(qū)間。例如，當(dāng)檢測(cè)到電池溫度過(guò)低時(shí)，系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)加熱機(jī)制，反之則啟動(dòng)冷卻機(jī)制，這樣既能防止電池過(guò)熱導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)，又能最大限度地減小低溫對(duì)電池性能的影響。

現(xiàn)代電動(dòng)汽車的熱管理系統(tǒng)與電池管理系統(tǒng)高度集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的全方位健康管理。這種集成優(yōu)化不僅包括溫度控制，還包括電池荷電狀態(tài)（SOC）的精確估算、電池老化狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及故障預(yù)警等功能。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，系統(tǒng)能夠根據(jù)歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)電池未來(lái)狀態(tài)，提前采取維護(hù)措施，延長(zhǎng)電池使用壽命。

23 電池管理系統(tǒng)（BMS）的低溫適應(yīng)性強(qiáng)化

在低溫環(huán)境下，傳統(tǒng)SOC估算算法的準(zhǔn)確性會(huì)受到影響，因?yàn)榈蜏貙?dǎo)致電池內(nèi)阻變化、電壓平臺(tái)偏移等。因此，研發(fā)適用于低溫環(huán)境的SOC估算算法至關(guān)重要。這包括引入溫度補(bǔ)償因子、利用電池模型進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)以及結(jié)合歷史數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，以提高估算精度，確保BMS能準(zhǔn)確反映電池的真實(shí)狀態(tài)，為駕駛員提供可靠的續(xù)航信息。

電池組中各個(gè)電池單元的溫度和性能可能存在差異，特別是在低溫環(huán)境下，這種差異更加明顯。動(dòng)態(tài)熱均衡技術(shù)通過(guò)內(nèi)部循環(huán)系統(tǒng)或主動(dòng)控制策略，調(diào)節(jié)電池單元間的熱量分配，確保每個(gè)電池單元都能在接近的最佳溫度下工作，減少局部過(guò)熱或過(guò)冷現(xiàn)象，提高整體電池包的性能和壽命。同時(shí)，結(jié)合健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，定期評(píng)估電池的衰退程度，及時(shí)調(diào)整充放電策略，預(yù)防電池性能的快速下降。

隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，BMS能夠根據(jù)實(shí)時(shí)的環(huán)境條件、車輛運(yùn)行狀態(tài)以及用戶駕駛習(xí)慣等多維度數(shù)據(jù)，智能化調(diào)整充放電策略和熱管理策略。例如，當(dāng)預(yù)測(cè)到即將進(jìn)入低溫環(huán)境時(shí)，BMS可以預(yù)先加熱電池，減小突然降溫對(duì)電池性能的影響；在行駛過(guò)程中，根據(jù)實(shí)時(shí)路況和剩余電量，動(dòng)態(tài)調(diào)整電機(jī)功率輸出，優(yōu)化能量分配，以達(dá)到最佳的續(xù)航效果。這種智能化調(diào)整策略，使得電動(dòng)汽車在低溫環(huán)境下也能保持較高的性能和續(xù)航穩(wěn)定性。

3 行駛阻力與能耗增加的機(jī)理與對(duì)策

31 低溫對(duì)行駛阻力的多維度分析

311 低溫下輪胎滾動(dòng)阻力與路面附著力變化

低溫導(dǎo)致輪胎橡膠硬化，彈性減小，與地面接觸面積的變形減小，從而增加了輪胎與路面間的滾動(dòng)阻力。此外，冰雪覆蓋的路面會(huì)進(jìn)一步增大摩擦因數(shù)的不確定性，降低輪胎的抓地力和路面附著力，這對(duì)電動(dòng)汽車的行駛安全與能耗均構(gòu)成挑戰(zhàn)。為緩解這一問(wèn)題，可采用特殊配方的低溫輪胎，這些輪胎在低溫下仍能保持較好的柔軟度和抓地力，減少滾動(dòng)阻力的同時(shí)提高安全性。

312 空氣阻力增加與空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)化策略

隨著溫度降低，空氣密度增加，根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理，電動(dòng)汽車在行駛中遇到的空氣阻力也會(huì)相應(yīng)增大。這意味著，即使在相同速度下，低溫環(huán)境中的車輛需要克服更大的空氣阻力，消耗更多能量。因此，優(yōu)化車輛的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)顯得尤為重要，包括采用流線型車身、主動(dòng)進(jìn)氣格柵、低風(fēng)阻輪轂等設(shè)計(jì)，以減少空氣阻力，提升低溫環(huán)境下的能效[4]。

313 減少行駛阻力的創(chuàng)新材料與設(shè)計(jì)

采用輕量化材料如碳纖維、鋁合金等減輕車體重量，是降低行駛阻力、減少能耗的有效途徑。此外，低摩擦涂層、自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，能進(jìn)一步減少行駛中的機(jī)械損耗，提高車輛在低溫環(huán)境下的運(yùn)行效率。

32 熱管理系統(tǒng)與能耗控制

在寒冷天氣，電動(dòng)汽車的空調(diào)系統(tǒng)成為主要的能耗來(lái)源之一。傳統(tǒng)的PTC加熱器能耗高，效率低，而熱泵系統(tǒng)通過(guò)吸取外界低溫環(huán)境中的熱量來(lái)加熱車廂，能效比遠(yuǎn)高于PTC。先進(jìn)的熱泵系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)熱量的雙向流動(dòng)，夏季用于制冷，冬季用于制熱，極大提高了能效，減少了對(duì)電池電量的消耗[5]。

低溫下，制動(dòng)系統(tǒng)中的液壓油或電子部件性能可能下降，影響制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的效率。采用耐低溫材料、優(yōu)化控制系統(tǒng)邏輯、增強(qiáng)電池快速充電能力等措施，可以有效提升低溫條件下的能量回收效率，減少能量損失。

除空調(diào)外，其他如座椅加熱、擋風(fēng)玻璃除霜等附件也是能耗大戶。通過(guò)智能電源管理系統(tǒng)，根據(jù)車輛狀態(tài)和環(huán)境溫度，動(dòng)態(tài)調(diào)整附件的工作狀態(tài)，如在電池電量低或環(huán)境溫度特別低時(shí)限制非必要的高能耗附件使用，以保障核心行駛功能的能源供應(yīng)。

33 傳動(dòng)系統(tǒng)與附件的低溫適應(yīng)性改造

低溫對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)中潤(rùn)滑油的流動(dòng)性影響顯著，可能導(dǎo)致摩擦增大，傳動(dòng)效率下降。選用低溫性能優(yōu)異的合成潤(rùn)滑油，可以在更低的溫度下保持良好的流動(dòng)性，減少摩擦損失。同時(shí)，新型低摩擦材料的研發(fā)，如納米復(fù)合涂層、自潤(rùn)滑材料的應(yīng)用，進(jìn)一步減少了低溫條件下的機(jī)械損耗。

優(yōu)化齒輪設(shè)計(jì)、采用高效變速器和差速器，減少傳動(dòng)過(guò)程中的機(jī)械摩擦和能量損失。在低溫環(huán)境下，確保傳動(dòng)系統(tǒng)部件的快速預(yù)熱，也是提升傳動(dòng)效率的有效手段，例如利用電機(jī)廢熱進(jìn)行加熱，縮短冷啟動(dòng)階段，快速達(dá)到最佳工作溫度。

現(xiàn)代電動(dòng)汽車普遍配備了先進(jìn)的能耗管理系統(tǒng)，能夠根據(jù)車輛狀態(tài)、環(huán)境條件和駕駛行為，智能調(diào)節(jié)各部件的能耗。例如，通過(guò)預(yù)測(cè)性算法，提前預(yù)判附件使用需求，合理分配電池能量，避免不必要的能耗。此外，系統(tǒng)還能學(xué)習(xí)駕駛員習(xí)慣，優(yōu)化充電策略，確保在必要時(shí)有足夠的電能供給高能耗附件使用，從而在低溫條件下最大化續(xù)航里程。

4 低溫環(huán)境測(cè)試技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展

41 低溫工況測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與方法論

CLTC（China Light Vehicle Test Cycle）是中國(guó)最新的輕型車測(cè)試循環(huán)標(biāo)準(zhǔn)，其低溫循環(huán)測(cè)試部分專為評(píng)估電動(dòng)汽車在低溫條件下的能耗和續(xù)航能力而設(shè)計(jì)。與之前的NEDC標(biāo)準(zhǔn)相比，CLTC更貼近中國(guó)實(shí)際道路駕駛情況，包含城市、郊區(qū)和高速等多種工況，對(duì)車輛的動(dòng)態(tài)性能要求更高。低溫測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求在模擬的-7℃環(huán)境中進(jìn)行，以反映電動(dòng)汽車在冬季的真實(shí)使用場(chǎng)景。通過(guò)對(duì)CLTC低溫循環(huán)的深度解讀，可確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和代表性，為車輛性能優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

為了高效、可控地評(píng)估電動(dòng)汽車低溫性能，實(shí)驗(yàn)室模擬測(cè)試成為主流方法。采用先進(jìn)的環(huán)境模擬艙，可以精確控制溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)，確保測(cè)試條件的一致性。然而，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果與真實(shí)環(huán)境下的表現(xiàn)可能存在差異。因此，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室模擬與真實(shí)環(huán)境測(cè)試的對(duì)比研究，不僅能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的有效性，還能揭示特定條件下可能被忽視的性能特征，為后續(xù)測(cè)試方法的改進(jìn)提供參考。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)在低溫測(cè)試中的應(yīng)用日益成熟。采用高精度傳感器陣列，如溫度、壓力、電流、電壓傳感器等，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛及電池系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)。先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理算法，如邊緣計(jì)算、人工智能分析，能夠快速提取有價(jià)值的信息，減少數(shù)據(jù)噪聲，提高測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和分析效率，為后續(xù)的性能優(yōu)化提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。

42 高精度測(cè)試儀器與數(shù)據(jù)分析

421 多傳感器融合技術(shù)在能耗測(cè)試中的應(yīng)用

在電動(dòng)汽車低溫性能測(cè)試中，多傳感器融合技術(shù)的應(yīng)用是提升測(cè)試精度的關(guān)鍵。通過(guò)整合不同類型的傳感器數(shù)據(jù)，如電池狀態(tài)、車輛動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)、環(huán)境條件等，可以構(gòu)建更加全面的能耗模型。這種技術(shù)不僅能夠更精細(xì)地識(shí)別能耗變化的細(xì)微差異，還可以通過(guò)交叉驗(yàn)證減少單一傳感器的誤差，提高測(cè)試結(jié)果的可靠性。

422 實(shí)時(shí)監(jiān)控與遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的效能評(píng)估

隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，實(shí)時(shí)監(jiān)控與遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)成為測(cè)試與維護(hù)電動(dòng)汽車的重要工具。這些系統(tǒng)能在測(cè)試過(guò)程中實(shí)時(shí)傳輸車輛數(shù)據(jù)至云端，進(jìn)行遠(yuǎn)程分析與診斷，快速識(shí)別潛在故障或性能瓶頸。評(píng)估這些系統(tǒng)的效能，如數(shù)據(jù)傳輸延遲、診斷準(zhǔn)確率、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間等，對(duì)于提升測(cè)試效率和準(zhǔn)確性至關(guān)重要。

423 數(shù)據(jù)處理算法對(duì)續(xù)航預(yù)測(cè)精度的提升

通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法對(duì)大量測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以構(gòu)建更加精確的續(xù)航預(yù)測(cè)模型。這些算法能夠?qū)W習(xí)歷史數(shù)據(jù)中的模式，識(shí)別影響續(xù)航的關(guān)鍵因素，并在新測(cè)試中實(shí)時(shí)調(diào)整預(yù)測(cè)模型，顯著提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，幫助制造商優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，減少用戶“里程焦慮”。

43 綜合性能評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

431 綜合續(xù)航能力與低溫適應(yīng)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)

構(gòu)建一套全面的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是衡量電動(dòng)汽車低溫性能的基礎(chǔ)。這套體系應(yīng)當(dāng)涵蓋續(xù)航里程、電池低溫充放電效率、熱管理系統(tǒng)效能、駕駛舒適性等多個(gè)維度，通過(guò)量化指標(biāo)反映車輛在低溫條件下的整體適應(yīng)性。例如，引入低溫下電池容量保持率、熱管理系統(tǒng)能耗比等專項(xiàng)指標(biāo)，可以更準(zhǔn)確地評(píng)估車輛在低溫環(huán)境下的綜合表現(xiàn)。

432 用戶體驗(yàn)導(dǎo)向的測(cè)試與評(píng)價(jià)模型

在低溫環(huán)境下，電動(dòng)汽車的用戶體驗(yàn)往往受到較大影響。因此，構(gòu)建以用戶體驗(yàn)為中心的測(cè)試模型，如模擬日常駕駛場(chǎng)景中的空調(diào)使用、急加速與減速等操作，能夠更直觀地反映出車輛在實(shí)際使用中的性能表現(xiàn)。通過(guò)用戶調(diào)研和反饋，不斷優(yōu)化測(cè)試方案，確保測(cè)試結(jié)果貼近真實(shí)使用感受。

433 測(cè)試結(jié)果反饋機(jī)制與產(chǎn)品迭代優(yōu)化

建立高效的測(cè)試結(jié)果反饋機(jī)制，將測(cè)試數(shù)據(jù)快速反饋給設(shè)計(jì)與研發(fā)團(tuán)隊(duì)，對(duì)于產(chǎn)品迭代優(yōu)化至關(guān)重要。通過(guò)分析低溫測(cè)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，如電池性能下降、能耗異常增加等，可以針對(duì)性地進(jìn)行技術(shù)改良或零部件升級(jí)。同時(shí)，結(jié)合市場(chǎng)反饋和用戶需求，不斷調(diào)整產(chǎn)品策略，確保新車型能夠更好地適應(yīng)低溫環(huán)境，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

5 結(jié)語(yǔ)

電動(dòng)汽車在低溫環(huán)境下的性能優(yōu)化是一個(gè)系統(tǒng)性工程，涉及電池性能、行駛阻力、熱管理、測(cè)試技術(shù)與綜合評(píng)價(jià)等多方面的深入研究與技術(shù)創(chuàng)新。通過(guò)解析電池低溫特性，采用先進(jìn)的熱管理策略與智能電池管理系統(tǒng)，結(jié)合行駛阻力的降低與能耗控制，以及發(fā)展高精度測(cè)試技術(shù)與構(gòu)建全面的性能評(píng)價(jià)體系，正逐步攻克低溫帶來(lái)的挑戰(zhàn)，推動(dòng)電動(dòng)汽車技術(shù)不斷向前。這些努力不僅緩解了用戶的續(xù)航焦慮，也為電動(dòng)汽車的廣泛普及與可持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。展望未來(lái)，隨著科技的不斷進(jìn)步和跨領(lǐng)域協(xié)作的加強(qiáng)，電動(dòng)汽車的低溫適應(yīng)性將得到顯著提升，成為無(wú)懼四季變換、引領(lǐng)綠色出行新時(shí)代的重要力量。

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作者簡(jiǎn)介：

李奎奎，男，1993年生，助理工程師，研究方向?yàn)榻煌ú堪踩_(dá)標(biāo)檢測(cè)、工信部強(qiáng)制性檢驗(yàn)檢測(cè)。