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          2. 電動汽車續駛里程波動原因分析及建議丨 深度

            • 研究咨詢部
            • 發表于: 2019/03/13 09:45:07 來源:中國電動汽車百人會

            隨著保有量不斷增長,電動汽車在高速、低溫等狀態下的續駛里程波動備受消費者關注。

            隨著保有量不斷增長,電動汽車在高速、低溫等狀態下的續駛里程波動備受消費者關注。是什么原因導致里程焦慮?影響續駛里程的因素有哪些?產業各方應做出哪些改變?

            01 續駛里程與預期里程的差異是焦慮的主因

            1.傳統燃油車也存在續駛里程波動現象,但電動汽車車主里程焦慮更加明顯

            電動汽車與燃油汽車面臨同樣的里程波動現象,但由于燃油車的續駛里程相對較長,一般能夠超過大部分消費者心理預期,目前對燃油車里程的焦慮不明顯,社會爭議較小。但由于電動汽車續駛里程與消費者預期尚存差距,且里程波動較大,在部分應用場景中達不到使用要求,從而導致消費者對電動汽車里程更為敏感。

            15524447694293.png燃油車與電動汽車續駛里程波動對比


            2.電動汽車實際續駛里程與測試及公布里程的差異性加劇了消費者的心理落差

            一是部分廠商將理想狀態下的等速續駛里程數據作為主要宣傳,與實際里程存在較大差距,目前業內已經明令禁止這種行為。

            二是我國能耗和排放法規引用歐洲NEDC測試體系,與我國純電動汽車的實際行駛工況不相符,不能真實的反映出實際續駛里程。具體有以下幾點原因:一是市區市郊里程分配不合理,在現行標準中城市工況占比70%,市郊占比30%,這與我國實際情況有很大差別,同時怠速比例也相差很多。二是工況測試是在常溫不開空調的情況下進行的,而現實中車輛開啟空調的時間很多,而且電池性能、制動回收效果也會隨溫度降低而下降。三是工況中減速階段的較為緩慢,非常有利于電動汽車進行制動回收,實際使用中,汽車的減速往往更快速,制動回收不完全。

            由于上述原因,與電動汽車出廠標稱里程相比,不同車型隨著季節變化、路況變化、車輛使用壽命變化里程均出現了不同程度的衰減,成為電動汽車產品的普遍現象。

             15524448527469.png乘用車隨時間和冬季(右圖)續駛里程衰減情況

            15524448771878.png典型工況(左)與中國工況(右)差異性

            15524449144792.png制動回收和溫度對電動汽車電耗的影響

            02冬季空調和行駛工況影響實際里程

            1.電動汽車實際續駛里程受能量因素和能耗因素多重影響

            電動汽車的續駛里程受多重因素影響,包括能量因素和能耗因素:一是車載剩余能量,電動汽車的車載剩余能量主要與電池當前狀態有關;二是能耗,包括驅動用能耗和車載附件用能耗等。綜合而言,電動汽車續駛里程除了與傳統燃油車一樣受到汽車重量、驅動系統效率、行駛工況、駕駛習慣、部分環境因素等多方面共性能耗因素影響外,由于動力電池自身化學特性,又對溫度因素更加敏感,同時還受到電池材料、電池工藝、電池循環壽命與保養現狀等多方面對動力電池本身能量因素影響。

            綜合而言,與傳統燃油車相比,引起電動汽車續駛里程變化增加了以下兩個因素:一是冬季空調、電池加熱導致的附件能耗因素變量,二是電池儲能本身特性導致的能量因素。

            1552444956424.png電動汽車續駛里程影響因素


            2.與能量因素相比,能耗因素是影響電動汽車續駛里程的主要因素

            無論是從目前的用戶體驗、第三方測試結果數據分析來看,低溫季節和高速路況兩大情景下電動汽車續駛里程變化最為明顯。

            根據統計數據,在其他情況相同而設置單一變量的對比分析中,100-120km/h行駛時續駛里程將普遍減少約1/4-1/3,使用空調時續駛里程普遍減少1/4-1/3,而-20℃極低氣溫無空調情景下時續駛里程僅僅減少10%。

            從EV-TEST對某電動車型的實測數據來看,極低溫度下(-15℃)開空調和100km以上高速行駛是電動汽車能耗增加最多、續駛里程縮減百分比最大的應用場景,同時也可以看出,普通低溫下(-7℃)不開空調時整車續駛里程沒有顯著縮減。

            綜合上述分析,與低溫等情況下導致的動力電池能量因素變化相比,由空調附件能耗和高速行駛能耗導致的能耗因素才是影響電動汽車續駛里程的主要因素。

            1552445012620.png不同工況及環境對續駛里程的影響


            (1)高速狀態下風阻的非線性增加導致了高速續駛里程顯著下降

            隨著汽車行駛速度的增加,滾阻呈線性增加,而風阻呈非線性增加,在電動汽車速度超過100km/h后,風阻的快速非線性增加是電動汽車行駛損耗顯著增加的主要原因,此外不同坡度下需要的牽引功率變化也將降低其續駛里程。

            (2)電動汽車冬季空調比夏季能耗更高,從而對續駛里程影響更大

            在夏季,電動汽車的空調耗能占驅動耗能的30%左右,具體與環境溫度與太陽照射強度有關,但燃油車同樣需要消耗發動機能量來制冷,兩者并無顯著差異。

            在冬季,與傳統燃油車可依靠發動機排熱取暖不同,電動汽車冬季空調仍然是其主要的駕駛艙供暖方式。而與夏季空調使用工況相比,冬季零下低溫條件下空調需要更大能耗才能將艙內溫度維持在舒適溫度范圍內,因而成為降低電動汽車續駛里程的最主要因素。

            15524450537602.png路況及行駛狀態對續駛里程的影響

             15524450758879.png空調能耗對續駛里程的影響

            (3)制動能量回收、電池溫度調節等因素也在一定程度上影響整車能耗

            理論上制動能量能達到驅動能量的70%,正常溫度下回收能量可節能20%以上,具體節能效果與工況有關。因此能量回收技術的應用也將在一定程度上改善電動汽車續駛里程。

            此外電動汽車電池需要溫度調節才能處在最佳的工作區域,在夏天時,傳統燃油車發動機同樣需要散熱耗能。在冬季,電動汽車通常需要消耗7%以上的功率來加熱保溫,這在一定程度上也導致續駛里程略微縮短,但并不構成主要因素。

            整體而言,能耗方面,燃油車與電動汽車夏季均受工況和空調制冷、動力系統冷卻(發動機散熱和電池散熱)影響,冬季電動汽車增加了駕駛艙取暖項和電池保溫項。

            3.能量因素雖然并非導致續駛里程波動的主要因素,但是其決定著電動汽車的里程極限

            (1)由于電池的固有特性,電動汽車影響續駛里程的能量因素比燃油車更加復雜

            電池累計可釋放能量的表達式如下:

            15524451466767.png


            其中Ut為端電壓=開路電壓-內阻*電流,開路電壓與電池本身材料有關,內阻與電池溫度和荷電狀態(SOC)有關,電流則與電動汽車工況有關。Qst則是電池的標稱容量。

            而隨著行駛里程的增加,動力電池等關鍵部件性能均有不同程度的下降,比如動力電池容量隨使用次數衰減、一致性差異變大,也將影響電動汽車的續駛里程。因此,與傳統燃油車能量因素僅由油量決定相比,電動汽車能量因素要復雜得多。

            15524451819258.png電池狀態對續駛里程的影響(左圖)電池內阻典型特性曲線(右圖)

            (2)未來電池材料技術的進步是提升電動汽車里程極限的主要因素之一

            從上述表達式及對應關系可以看出,如果不考慮電動汽車工況,僅僅考慮電池本身特性,能量因素主要與電池的兩方面特性曲線密切相關:一是開路電壓特性曲線,二是內阻變化曲線。目前電池內阻受到溫度的顯著影響隨著電池保溫技術的不斷進步正在逐步改善,而開路電壓特性改善、電池使用壽命延長等方面則主要依靠未來電池材料技術的進步,這也是未來決定電動汽車里程極限的主要因素之一。

            03電動汽車性能不斷提升 未來可期

            1.電動汽車續駛里程不斷提升并能滿足大部分出行需求

            (1)動力電池能量密度及續駛里程逐步提升

            動力電池系統能量密度已經突破140Wh/kg。動力電池能量密度是影響續駛里程的一個重要因素,我國動力電池技術水平持續提升,2018年系統能量密度相對2015年提升約54%。

            電動汽車里程極限逐步逼近燃油車。隨著動力電池系統能量密度提升以及車輛技術的進步,我國電動乘用車的平均續駛里程已經突破300公里,部分產品能夠超過400公里,且隨著技術進步,滿足市場出行里程需求的產品將會成為普遍現象。

            15524452312602.png我國動力電池系統能量密度提升情況

            15524452551159.png2017-2018年各級別純電動乘用車的工況續駛里程情況

             (2)電動汽車的續駛里程基本能夠滿足消費者出行需求

            在城市出行中,大部分居民主要以上班及日常通行為主,日行駛里程較短,根據北京交通發展研究院研究數據顯示,典型城市日均行駛里程在50公里以內。而從北京出行特點來看,在普通工作日,日行駛里程低于200公里的占比為99.97%,在法定節假日,90.1%的車輛行駛在150公里以下。按照電動汽車續駛里程300公里為基準,考慮夏季與冬季的溫度變化,假設里程波動為30%,綜合續航能力約為210公里,仍可以滿足絕大部分出行需求。

            1552445288675.png不同城市和時間段出行里程

            2.部分區域和工況仍存短板,但未來可期

            雖然電動汽車續駛里程能夠滿足大部分出行需求,但在在部分應用場景,比如極寒、城際長距離以及日行駛里程較長的運營車輛,在當前充電基礎設施建設不完善、充電時間較長情況下,相對于傳統燃油車仍存在短板。

            然而電動汽車相對燃油車在節能環保、使用成本、動力和舒適性方面具有一定的優勢,且以電動汽車為載體的自動駕駛技術更容易實現。隨著產品性能提升、整車成本下降以及充電基礎設施的完善,未來將適合更多場景的應用。

            15524453181262.png典型車型不同工況下的續駛里程衰減情況

            04多層面提升用戶體驗

            1.客觀認識電動汽車里程問題

            電動汽車處于發展初期,不能因為里程問題否定產業的發展。電動汽車實際續駛里程差異問題是法規、技術、消費者使用習慣及環境、企業宣傳等多種因素綜合導致的。雖然與傳統燃油車都面臨這種詬病,但由于充電基礎設施帶來的不便利性,以及電池等核心技術突破帶來的里程增加尚與燃油車里程存在差距,隨著推廣數量的增加,電動汽車里程問題越來越突出。然而從新興產業發展的一般規律來看,在發展初期,產品容易出現一些問題,但問題不能無限放大。應當對初創產品持包容的態度,給予一定的空間和時間來完善管理和技術,不能因為出現問題就限制和否定其發展。

            重視電動汽車里程問題,完善管理并提升技術水平。續駛里程是消費者選擇電動汽車的一個關鍵指標,如果實際續駛里程達不到或與宣傳里程差異過大,且使用過程中里程衰減過于嚴重,消費者里程焦慮問題將進一步加大。這不僅會使電動汽車使用成本優勢喪失,也會增加消費者對電動汽車性能的質疑,從而降低電動汽車的社會認可度,這對電動汽車的大規模推廣極其不利。電動汽車的續駛里程問題應該引起各層面的重視,并通過完善政策法規和提升技術水平等多種手段盡快解決,提升消費者信心。

            2.加強事后監管,完善工況法規

            一是加強汽車產業事后監管制度。進一步加強電動汽車事后監管,通過大數據監控平臺及年檢等手段對車輛與電池等核心部件進行檢測,對與公告車輛差距較大或造假等企業進行懲罰,比如負面清單或經濟懲罰,保護消費者權益。

            二是加快中國汽車工況的導入工作。加快中國汽車工況驗證及導入工作,并完善測試環境及附件能耗等測試標準及規程。從而能夠準確評估電動汽車能耗水平,為雙積分及其他財稅補貼政策提供準確依據,另外可以讓消費者更真實的了解不同汽車產品的真實能耗水平,從而準確評估電動汽車可達里程和使用過程中的費用。

            三是加強儀表等相關標準測試及測試方法的研究,保證續駛里程的真實性與可靠性,減少由于顯示問題導致的拋錨及安全問題。

            3.完善標識管理,正確引導消費者

            一是完善標識管理,給與消費者更多參考信息。在綜合工況續駛里程基礎上,結合權威機構多種應用場景的測試,在產品標識中增加高溫空調制冷、低溫空調制暖、高速等典型場景的續駛里程,保障消費者能夠根據自身的駕駛環境及條件合理選擇產品,避免使用條件差異性導致的里程過大問題。

            二是企業在宣傳時應正確引導消費者。企業及第三方平臺在產品宣傳時,要正確和積極的引導消費者,絕不能把60公里等速測試作為宣傳誤導消費者。

            4.提升電動汽車儲能及節能核心技術

            一是提高動力電池能量密度。提高磷酸鐵鋰、三元電池等當前規模化應用的動力電池能量密度,同時對固態電池、鋰硫電池等新型電池、材料和工藝進行研發和驗證,在不增加電池載重基礎上,提升電動汽車續駛里程。

            二是提升電動汽車及關鍵部件的節能技術。提升整車造型、關鍵部件輕量化及高效率驅動和制動回饋系統等技術水平,減少電動汽車行駛能耗;加快低溫電池、熱泵空調及關鍵耗能附件技術及應用,提升電動汽車能耗利用率。提升動力電池循環壽命、生產一致性及系統管理水平(包括熱管理),降低電池容量衰減速度。

            5.創新運營模式,建立維保體系

            一是構建符合消費者工況的里程服務。基于大數據及消費者使用習慣、行駛目的,準確分析電動汽車實際續駛里程,為消費者行駛及充電提供個性化服務。

            二是因地制宜選擇推廣方案。根據運營和使用需要選擇合理的電動汽車技術方案,比如通過快充與在線充電解決電動公交續駛里程需求,通過換電方式解決電動出租車對續駛里程的需求。

            三是建立維保體系。在電動汽車年檢制度還未完善的前提下,企業應該建立電動汽車維保方案,引導消費者對動力電池等關鍵部件進行定期的檢查和維修保養,更換不達標部件,避免由于關鍵部件性能下降導致的里程問題。

            6.完善充電基礎設施布局

            一是合理推進基礎設施建設。加快充電基礎設施建設,合理規劃和優化充電基礎設施布局,推進充電基礎設施互聯互通,利用財稅和非財稅政策調動充電基礎設施建設和運營商的積極性,為消費者提供便捷的充電服務,減少消費者里程焦慮。

            二是提升充電技術。加快快充技術、關鍵部件及配套設施的研發、改造和應用,以及充電標準的實施,提升消費者充電便利性,提高消費者出行效率。

            (完)




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