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电动汽车续驶里程波动原因分析及建议

来源:车云网   更新时间:2019-03-13 16:01:39    

  随着保有量不断增长,电动汽车在高速、低温等状态下的续驶里程波动备受消费者关注。是什么原因导致里程焦虑?影响续驶里程的因素有哪些?产业各方应做出哪些改变?

  01 续驶里程与预期里程的差异是焦虑的主因

  1.传统燃油车也存在续驶里程波动现象,但电动汽车车主里程焦虑更加明显

  电动汽车与燃油汽车面临同样的里程波动现象,但由于燃油车的续驶里程相对较长,一般能够超过大部分消费者心理预期,目前对燃油车里程的焦虑不明显,社会争议较小。但由于电动汽车续驶里程与消费者预期尚存差距,且里程波动较大,在部分应用场景中达不到使用要求,从而导致消费者对电动汽车里程更为敏感。


燃油车与电动汽车续驶里程波动对比

  2.电动汽车实际续驶里程与测试及公布里程的差异性加剧了消费者的心理落差

  一是部分厂商将理想状态下的等速续驶里程数据作为主要宣传,与实际里程存在较大差距,目前业内已经明令禁止这种行为。

  二是我国能耗和排放法规引用欧洲NEDC测试体系,与我国纯电动汽车的实际行驶工况不相符,不能真实的反映出实际续驶里程。具体有以下几点原因:一是市区市郊里程分配不合理,在现行标准中城市工况占比70%,市郊占比30%,这与我国实际情况有很大差别,同时怠速比例也相差很多。二是工况测试是在常温不开空调的情况下进行的,而现实中车辆开启空调的时间很多,而且电池性能、制动回收效果也会随温度降低而下降。三是工况中减速阶段的较为缓慢,非常有利于电动汽车进行制动回收,实际使用中,汽车的减速往往更快速,制动回收不完全。

  由于上述原因,与电动汽车出厂标称里程相比,不同车型随着季节变化、路况变化、车辆使用寿命变化里程均出现了不同程度的衰减,成为电动汽车产品的普遍现象。


乘用车随时间和冬季(右图)续驶里程衰减情况


典型工况(左)与中国工况(右)差异性


制动回收和温度对电动汽车电耗的影响

  02冬季空调和行驶工况影响实际里程

  1.电动汽车实际续驶里程受能量因素和能耗因素多重影响

  电动汽车的续驶里程受多重因素影响,包括能量因素和能耗因素:一是车载剩余能量,电动汽车的车载剩余能量主要与电池当前状态有关;二是能耗,包括驱动用能耗和车载附件用能耗等。综合而言,电动汽车续驶里程除了与传统燃油车一样受到汽车重量、驱动系统效率、行驶工况、驾驶习惯、部分环境因素等多方面共性能耗因素影响外,由于动力电池自身化学特性,又对温度因素更加敏感,同时还受到电池材料、电池工艺、电池循环寿命与保养现状等多方面对动力电池本身能量因素影响。

  综合而言,与传统燃油车相比,引起电动汽车续驶里程变化增加了以下两个因素:一是冬季空调、电池加热导致的附件能耗因素变量,二是电池储能本身特性导致的能量因素。


电动汽车续驶里程影响因素

  2.与能量因素相比,能耗因素是影响电动汽车续驶里程的主要因素

  无论是从目前的用户体验、第三方测试结果数据分析来看,低温季节和高速路况两大情景下电动汽车续驶里程变化最为明显。

  根据统计数据,在其他情况相同而设置单一变量的对比分析中,100-120km/h行驶时续驶里程将普遍减少约1/4-1/3,使用空调时续驶里程普遍减少1/4-1/3,而-20℃极低气温无空调情景下时续驶里程仅仅减少10%。

  从EV-TEST对某电动车型的实测数据来看,极低温度下(-15℃)开空调和100km以上高速行驶是电动汽车能耗增加最多、续驶里程缩减百分比最大的应用场景,同时也可以看出,普通低温下(-7℃)不开空调时整车续驶里程没有显著缩减。

  综合上述分析,与低温等情况下导致的动力电池能量因素变化相比,由空调附件能耗和高速行驶能耗导致的能耗因素才是影响电动汽车续驶里程的主要因素。


不同工况及环境对续驶里程的影响

  (1)高速状态下风阻的非线性增加导致了高速续驶里程显著下降

  随着汽车行驶速度的增加,滚阻呈线性增加,而风阻呈非线性增加,在电动汽车速度超过100km/h后,风阻的快速非线性增加是电动汽车行驶损耗显著增加的主要原因,此外不同坡度下需要的牵引功率变化也将降低其续驶里程。

  (2)电动汽车冬季空调比夏季能耗更高,从而对续驶里程影响更大

  在夏季,电动汽车的空调耗能占驱动耗能的30%左右,具体与环境温度与太阳照射强度有关,但燃油车同样需要消耗发动机能量来制冷,两者并无显著差异。

  在冬季,与传统燃油车可依靠发动机排热取暖不同,电动汽车冬季空调仍然是其主要的驾驶舱供暖方式。而与夏季空调使用工况相比,冬季零下低温条件下空调需要更大能耗才能将舱内温度维持在舒适温度范围内,因而成为降低电动汽车续驶里程的最主要因素。


路况及行驶状态对续驶里程的影响


空调能耗对续驶里程的影响

  (3)制动能量回收、电池温度调节等因素也在一定程度上影响整车能耗

  理论上制动能量能达到驱动能量的70%,正常温度下回收能量可节能20%以上,具体节能效果与工况有关。因此能量回收技术的应用也将在一定程度上改善电动汽车续驶里程。

  此外电动汽车电池需要温度调节才能处在最佳的工作区域,在夏天时,传统燃油车发动机同样需要散热耗能。在冬季,电动汽车通常需要消耗7%以上的功率来加热保温,这在一定程度上也导致续驶里程略微缩短,但并不构成主要因素。

  整体而言,能耗方面,燃油车与电动汽车夏季均受工况和空调制冷、动力系统冷却(发动机散热和电池散热)影响,冬季电动汽车增加了驾驶舱取暖项和电池保温项。

  3.能量因素虽然并非导致续驶里程波动的主要因素,但是其决定着电动汽车的里程极限

  (1)由于电池的固有特性,电动汽车影响续驶里程的能量因素比燃油车更加复杂

  而随着行驶里程的增加,动力电池等关键部件性能均有不同程度的下降,比如动力电池容量随使用次数衰减、一致性差异变大,也将影响电动汽车的续驶里程。因此,与传统燃油车能量因素仅由油量决定相比,电动汽车能量因素要复杂得多。


电池状态对续驶里程的影响(左图)电池内阻典型特性曲线(右图)

  (2)未来电池材料技术的进步是提升电动汽车里程极限的主要因素之一

  从上述表达式及对应关系可以看出,如果不考虑电动汽车工况,仅仅考虑电池本身特性,能量因素主要与电池的两方面特性曲线密切相关:一是开路电压特性曲线,二是内阻变化曲线。目前电池内阻受到温度的显著影响随着电池保温技术的不断进步正在逐步改善,而开路电压特性改善、电池使用寿命延长等方面则主要依靠未来电池材料技术的进步,这也是未来决定电动汽车里程极限的主要因素之一。

  03电动汽车性能不断提升 未来可期

  1.电动汽车续驶里程不断提升并能满足大部分出行需求

  (1)动力电池能量密度及续驶里程逐步提升

  动力电池系统能量密度已经突破140Wh/kg。动力电池能量密度是影响续驶里程的一个重要因素,我国动力电池技术水平持续提升,2018年系统能量密度相对2015年提升约54%。

  电动汽车里程极限逐步逼近燃油车。随着动力电池系统能量密度提升以及车辆技术的进步,我国电动乘用车的平均续驶里程已经突破300公里,部分产品能够超过400公里,且随着技术进步,满足市场出行里程需求的产品将会成为普遍现象。


我国动力电池系统能量密度提升情况


2017-2018年各级别纯电动乘用车的工况续驶里程情况

  (2)电动汽车的续驶里程基本能够满足消费者出行需求

  在城市出行中,大部分居民主要以上班及日常通行为主,日行驶里程较短,根据北京交通发展研究院研究数据显示,典型城市日均行驶里程在50公里以内。而从北京出行特点来看,在普通工作日,日行驶里程低于200公里的占比为99.97%,在法定节假日,90.1%的车辆行驶在150公里以下。按照电动汽车续驶里程300公里为基准,考虑夏季与冬季的温度变化,假设里程波动为30%,综合续航能力约为210公里,仍可以满足绝大部分出行需求。

 


不同城市和时间段出行里程

  2.部分区域和工况仍存短板,但未来可期

  虽然电动汽车续驶里程能够满足大部分出行需求,但在在部分应用场景,比如极寒、城际长距离以及日行驶里程较长的运营车辆,在当前充电基础设施建设不完善、充电时间较长情况下,相对于传统燃油车仍存在短板。

  然而电动汽车相对燃油车在节能环保、使用成本、动力和舒适性方面具有一定的优势,且以电动汽车为载体的自动驾驶技术更容易实现。随着产品性能提升、整车成本下降以及充电基础设施的完善,未来将适合更多场景的应用。

  04多层面提升用户体验

  1.客观认识电动汽车里程问题

  电动汽车处于发展初期,不能因为里程问题否定产业的发展。电动汽车实际续驶里程差异问题是法规、技术、消费者使用习惯及环境、企业宣传等多种因素综合导致的。虽然与传统燃油车都面临这种诟病,但由于充电基础设施带来的不便利性,以及电池等核心技术突破带来的里程增加尚与燃油车里程存在差距,随着推广数量的增加,电动汽车里程问题越来越突出。然而从新兴产业发展的一般规律来看,在发展初期,产品容易出现一些问题,但问题不能无限放大。应当对初创产品持包容的态度,给予一定的空间和时间来完善管理和技术,不能因为出现问题就限制和否定其发展。

  重视电动汽车里程问题,完善管理并提升技术水平。续驶里程是消费者选择电动汽车的一个关键指标,如果实际续驶里程达不到或与宣传里程差异过大,且使用过程中里程衰减过于严重,消费者里程焦虑问题将进一步加大。这不仅会使电动汽车使用成本优势丧失,也会增加消费者对电动汽车性能的质疑,从而降低电动汽车的社会认可度,这对电动汽车的大规模推广极其不利。电动汽车的续驶里程问题应该引起各层面的重视,并通过完善政策法规和提升技术水平等多种手段尽快解决,提升消费者信心。

  2.加强事后监管,完善工况法规

  一是加强汽车产业事后监管制度。进一步加强电动汽车事后监管,通过大数据监控平台及年检等手段对车辆与电池等核心部件进行检测,对与公告车辆差距较大或造假等企业进行惩罚,比如负面清单或经济惩罚,保护消费者权益。

  二是加快中国汽车工况的导入工作。加快中国汽车工况验证及导入工作,并完善测试环境及附件能耗等测试标准及规程。从而能够准确评估电动汽车能耗水平,为双积分及其他财税补贴政策提供准确依据,另外可以让消费者更真实的了解不同汽车产品的真实能耗水平,从而准确评估电动汽车可达里程和使用过程中的费用。

  三是加强仪表等相关标准测试及测试方法的研究,保证续驶里程的真实性与可靠性,减少由于显示问题导致的抛锚及安全问题。

  3.完善标识管理,正确引导消费者

  一是完善标识管理,给与消费者更多参考信息。在综合工况续驶里程基础上,结合权威机构多种应用场景的测试,在产品标识中增加高温空调制冷、低温空调制暖、高速等典型场景的续驶里程,保障消费者能够根据自身的驾驶环境及条件合理选择产品,避免使用条件差异性导致的里程过大问题。

  二是企业在宣传时应正确引导消费者。企业及第三方平台在产品宣传时,要正确和积极的引导消费者,绝不能把60公里等速测试作为宣传误导消费者。

  4.提升电动汽车储能及节能核心技术

  一是提高动力电池能量密度。提高磷酸铁锂、三元电池等当前规模化应用的动力电池能量密度,同时对固态电池、锂硫电池等新型电池、材料和工艺进行研发和验证,在不增加电池载重基础上,提升电动汽车续驶里程。

  二是提升电动汽车及关键部件的节能技术。提升整车造型、关键部件轻量化及高效率驱动和制动回馈系统等技术水平,减少电动汽车行驶能耗;加快低温电池、热泵空调及关键耗能附件技术及应用,提升电动汽车能耗利用率。提升动力电池循环寿命、生产一致性及系统管理水平(包括热管理),降低电池容量衰减速度。

  5.创新运营模式,建立维保体系

  一是构建符合消费者工况的里程服务。基于大数据及消费者使用习惯、行驶目的,准确分析电动汽车实际续驶里程,为消费者行驶及充电提供个性化服务。

  二是因地制宜选择推广方案。根据运营和使用需要选择合理的电动汽车技术方案,比如通过快充与在线充电解决电动公交续驶里程需求,通过换电方式解决电动出租车对续驶里程的需求。

  三是建立维保体系。在电动汽车年检制度还未完善的前提下,企业应该建立电动汽车维保方案,引导消费者对动力电池等关键部件进行定期的检查和维修保养,更换不达标部件,避免由于关键部件性能下降导致的里程问题。

  6.完善充电基础设施布局

  一是合理推进基础设施建设。加快充电基础设施建设,合理规划和优化充电基础设施布局,推进充电基础设施互联互通,利用财税和非财税政策调动充电基础设施建设和运营商的积极性,为消费者提供便捷的充电服务,减少消费者里程焦虑。

  二是提升充电技术。加快快充技术、关键部件及配套设施的研发、改造和应用,以及充电标准的实施,提升消费者充电便利性,提高消费者出行效率。

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