纯电动汽车冬季续航里程下降浅析

文章来源：江苏省水文水资源勘测局办公室

据中国汽车工业协会发布的数据显示，2020年，我国新能源汽车共销售136.7万辆，同比增长10.9%，其中纯电动汽车的销量首次突破100万辆，占全年汽车销量的5%。随着续航里程的提高、充电基础设施的逐步完善，越来越多的纯电动汽车开始走入寻常百姓家。

1纯电动汽车冬季掉电快、续航里程下降明显遭吐槽

从2020年年末到2021年年初这将近1个月的时间里，超级寒潮吹过我国大部分地区，寒潮来袭，气温骤降，全国由北到南、由东到西都进入了冰冻模式，甚至连海南都要穿羽绒服才行。人觉得冷可以保暖御寒，可汽车怕冷怎么办？特别是近来被越来越多人接受并购置的纯电动汽车，它们怕冷吗？您还别说，它们还真的怕冷，寒冬的低温给纯电动汽车带来最直接的结果就是——续航爆降！纯电动汽车掉电快、续航里程下降明显，网上吐槽一片。

@冰天雪地：去年11月份，我对Model3磷酸铁锂版纯电动汽车进行了一个实测，发现其续航里程大幅缩水。特斯拉标准续航升级版标称的NEDC（NewEuropeanDrivingCycle，新欧洲驾驶周期）续航里程是468km，车辆充满电后表显的续航里程是420km，但实际行驶了241km后仅剩下5%的电量，折算下来续航里程大约打了“6折”。

@滔哥：我的纯电动汽车是2020年12月中旬购买的，官方宣传该车的续航里程为300km，但让我惊讶的是，这车开着暖风实际上只能行驶200km，掉电掉了40%。我每天的通勤里程为120km，这不每天都需要对该车进行充电吗？我去找4S店咨询，4S店的专业人士给我的解释是，“低温条件下电池正负极材料活性和电解液导电能力降低，电池容量下降，内阻升高，放电效率随之降低”。我作为一个车主，这话什么意思我也听不懂啊！不过，好在我单位的充电桩还算充裕，让我没有了后顾之忧。

@张先生：每天单程40km的路程，我刚买的广汽埃安车里程表会显示减少80km，下降了50%。

@朱女士：我2018年购买了一辆北汽EU5纯电动汽车，购车时，新车续航里程为418km，但冬天充满电只能跑370km，续航下降了22%。不仅如此，冬天打开车内暖气，电量消耗更大，同样的路程，冬天电量消耗比平时多出一倍。

@武先生：2018年7月购买的比亚迪宋EV400纯电动汽车，续航里程为400km，夏天开空调时续航里程约为390km，冬季开暖风续航里程为300km，下降了25%左右。

@于先生：我在上海，2020年1月底购买的特斯拉Model3，标定续航里程为670km，购入时恰逢上海冬季，气温介于0℃~7℃，打开暖气和座椅加热，新车实际上每次开400km左右就没电了，一般开到300km时就得赶紧充电。有一次，我的车显示续航里程还有180km，但实际上只能支撑不到50km，电量真是肉眼可见地往下掉。

图1所示为纯电动汽车续航里程下降情况调查结果，可见，65%以上的车主认为自己的纯电动汽车冬季续航里程下降超过20%，其中，有20%的车主认为自己的纯电动汽车续航里程下降超过40%。据测试，部分纯电动汽车在寒冬的低温天气下，如果不注意给爱车“保暖”，续航里程可能会下降57%左右，也就是说现在市面上大多续航里程在300km的纯电动汽车，在低温下续航里程也就100多km。表1所列为车质网制作的国内某位车主驾驶的某款纯电汽车一年中不同温度下的续航里程。纯电动汽车冬季掉电快、续航里程下降带来的后果不言而喻，续航里程下降影响了车主的用车生活，能耗增加影响用车效率，更有甚者开纯电动车冬季出行连空调都不敢开了。


2纯电动汽车冬季掉电快、续航里程下降的原因

中国工程院院士、北京理工大学教授孙逢春曾表示，纯电动汽车在冬天的续航里程问题在世界上依然是个难题，这是由当前纯电动汽车所使用的主流电池技术所决定。现试图就其主要原因和可能的改进方向进行粗略的分析。冬季汽车续航里程下降并不是纯电动汽车的“独有特性”，燃油车在低温下的油耗也会显著提升，但由于加油很方便，用户感受不深罢了。不过，由于纯电动汽车的特性，其冬季续航里程下降的影响要比燃油车更大。那么造成纯电动汽车冬季掉电快、续航里程下降的原因有哪些呢？

2.1所有汽车冬季面临的共性原因
（1）风阻问题。冬季的空气密度大，从而导致行车中的风阻增加，特别是跑高速时，燃油车耗油比夏天要多，纯电动车耗电也不例外。
（2）胎压问题。冬季汽车的胎压普遍会降低，汽车行驶中的轮胎阻力增加不可避免。

2.2纯电动汽车冬季面临的“专属”原因
（1）气温低导致电池活性下降。冬季燃油车油耗虽然也会高，但一般也不会出现续航里程打对折的情况，但对纯电动汽车来说就很普遍了。锂离子电池，包括常用的三元锂电池和磷酸铁锂电池，其化学结构决定了它的性能对温度非常敏感，化学反应的激烈程度与温度息息相关，温度太高了反应太激烈容易失控，温度太低了反应太慢性能受限。以三元锂电池为例，从原理上来看，由于电解液在低温下变得更加黏稠，使锂离子运动活性降低，导电率降低，内阻变大（-20℃时电池内阻是25℃时的7倍~10倍之多），最终导致其可用容量在低温下呈线性下降。根据上汽提供的资料，如图2所示，有的锂离子电池在25℃时的可用容量是100%，但在-20℃时，其可用容量只有61.24%，如果在-40℃，那就只有40.16%了。由于磷酸铁锂电池的低温性能相比三元锂电池更差一些，加上自重更大，冬季续航里程打折问题更明显，造成50%续航里程偏差也不稀奇。

在电解液中添加不同的添加剂，可以改善电池的低温性能，但电池的低温性能、高温性能和常温下的性能很难兼顾，设计制造企业需针对电池最主要的使用工况进行平衡决定。为解决这一问题，当前最主要的方法是采用液体加温和冷却的温控系统。但是无论是加温还是冷却，都需要消耗能量，所以在盛夏和严冬时，纯电动汽车的续航里程都会有所下降。另外，早些年设计的纯电动汽车，和当前一部分低价位的纯电动汽车，可能没有采用温控系统，冬季续航里程下降就会更加明显。

（2）低温下锂离子电池充电困难。除了容量降低外，低温状态下锂离子电池内电解液导电能力变差，充电变得很困难，由于锂离子移动能力变差，大功率充电可能会导致离子堆积，会使其负极表面容易堆积形成金属锂，形成锂枝晶。锂枝晶的生长可能会刺穿电池隔膜，造成电池正负极短路，诱发电池热失控（“自燃”）。为了避免析锂发生，会限定充电电流。图3所示为某款电池在不同温度下直流快充的时间变化。与7℃相比，-14℃时的充电时间延长超过70%（3%~80%SOC）。此时去充电桩充电的话，会发现充电速度非常慢，如果以前1h充到80%电量还可以接受的话，那么冬季动辄需要充电2h以上，这就让人直呼心凉了。

此外，大家都知道动能回收系统能有效地延长纯电动汽车的续航里程，但在低温状态下，由于充电功率受限，动能回收系统的能量回收能力也会受到影响，这也加剧了纯电动汽车续航里程的下降。

（3）空调/暖风耗电加剧。与燃油汽车不同，纯电动汽车在夏天使用空调和在冬天使用暖风都会明显缩短续航里程。夏天使用空调，其实燃油车和纯电动汽车都会多消耗能量，缩短续航里程。但燃油车由于油箱容量足够，所以使用者感觉不明显。但在冬季使用暖风时，两者的差别便会特别明显。这是因为燃油汽车冬天使用暖风，是利用发动机余热，当发动机的冷却系统给发动机散热后，通过风扇将散出的热量送入车内，形成暖风，并不会形成额外耗油，对于续航里程几乎没有什么影响。因为纯电动汽车的电动机、电池组、逆变器等工作效率都很高，产生的废热较少，难以收集利用，所以纯电动汽车的空调热风只能用自身制热的方式提供。当前纯电动汽车暖风的主要技术路线是直接使用PTC（热敏陶瓷元件）加热来实现（当然给电池自身加热也是用PTC），其本质上是通过电流的焦耳效应实现制热，但是其效率不能100%转化，一般为80%~95%，剩下的浪费掉，从而使得冬季车舱的环境控制负荷更大。对此，上汽给出了一组数据加以说明，一般加热器件功率为3kW~4kW，也就是车辆行驶1h耗电3kWh~4kWh，行驶2h耗电6kWh~8kWh……，以此类推。如果纯电动汽车电量为35kWh以上，空调整体能耗占比能达到20%左右。换句话说，空调的耗能直接转化为续航里程损失。对于这一点，目前主要的改进方向是使用热泵空调。从热力学原理上讲，采用热泵空调加热比电加热可以使能量消耗下降3/4。但由于热泵空调还没有大规模生产，当前成本还比较高。希望3年~5年以后，热泵空调可以大量使用，成本可以降下来。

（4）实际续航里程虚标。目前市场上的纯电动汽车，标注的续航里程，都是按照NEDC（NewEuropeanDrivingCycle，新欧洲驾驶周期）工况得出的，在NEDC工况的测试中，测试时所有其余负载（空调、前照灯、加热座椅等）都会关闭（燃油车和纯电动汽车都是如此），这与纯电动汽车实际应用中存在较大差距，从而导致纯电动汽车标注的续航里程会比实际行驶状况虚高10%~15%，从而会加剧使用者对于冬季纯电动汽车续航里程不实的感受。今后国际上会推广WLTC（WorldwideLight-dutyTestCycle，全球统一轻型汽车测试循环）工况，我国也会采取原理相同的中国工况（CATC），续航里程虚高的情况会得到纠正。如果各纯电动汽车生产厂家，在标注续航里程时，采用WLTC工况或中国工况，不仅要标注最长续航里程，还要标注在夏天开空调和冬天开暖风条件下的续航里程。也建议有关部门，在纯电动汽车市场准入时加强这一方面的核准。

3预防纯电动车冬季续航里程下降的措施

为了最大程度地为纯电动汽车“保暖”，尽量避免续航里程爆降带来的困扰，除了选择一辆配备优秀动力电池、综合实力强的纯电动汽车之外，在使用中采取以下措施，无疑是有效防止纯电动汽车冬季续航里程下降的方法。

（1）选择适当的停车或充电场所。冬季纯电动汽车应该尽量在地下车库停放或充电。如果没有地下车库，也应尽量在背风处停靠或充电。另外在停放时应用车衣或者挡风材料保护电池，避免受到冷空气的侵害。

（2）掌握正确的充电方式。冬季，应该防止纯电动汽车电池过放电，养成随用随充的习惯。在电池电量下降到30%左右的情况下就应该及时充电，尽量不要让纯电动汽车电池亏电时间过长，因为如果在亏电状态下长时间停放车辆，会直接影响到电池容量及寿命。在车辆需要充电时要尽量避免在露天的充电站充电，尽可能找到温度较高的室内充电桩，或者在温度较高的白天室外充电，这些都有利于提升动力电池活性，有效提升电池容量，减少续航里程损失和延长电池寿命。另外，要养成“趁热”充电的习惯，建议在每次行程结束后，趁电池还没完全冷下来，立即为车辆充电，充电时电流带来的热量还会使电池温度上升，充电效率比完全冷下来的电池更高。其实，有些纯电动汽车在研发时就考虑到冬季的用车场景，所以提前为电池配备了预热系统或外部加热系统，使用这些辅助系统能够保障电池在冬季充电和放电的稳定性。

（3）在要出行前为纯电动汽车预热。冬季纯电动汽车续航里程之所以会下降，正是因为温度太低影响到电池组性能，如果在出门前，能和传统燃油车一样先进行热车步骤，让电池组温度达到相对适宜的区间，便不会出现电量“跑掉”的情况。目前有很多纯电动车型都支持电池预加热功能，该功能在冬季时便可以派上用场了。

（4）要养成良好的驾驶习惯。冬季气温过低，应平稳缓加速起步行驶，尽量避免猛加速、猛减速、猛制动等激烈的驾驶方式，保持平稳驾驶最佳。因为激烈驾驶时，纯电动汽车的电池需要释放大量的电来提升车速，会使电量急速下降，而平缓的驾驶方式则可以尽量降低能耗，延长续航里程，且出行也更安全。特别是等红灯完毕时，千万不要去和别人拼起步。

（5）提前规划出行路线，熟悉沿途充电桩布局。出发前要合理规划行程，确保纯电动汽车能够行驶相应里程外，还能留出充足的电量富余。如果需要长途出行，则要提前了解沿途的充电桩分布及快/慢充桩数量等信息，以备电量无法支撑到目的地前能够迅速补充充电。

（6）合理使用空调暖风。由于纯电动汽车无法像燃油车那样利用发动机余温为座舱提供暖风，再加上目前许多纯电动汽车仍然依靠电加热PTC元件来取暖，因此使用空调暖风势必会影响续航里程，为了从牙缝中省出电来，也只能降低暖风的使用频率或降低预设温度。因此，冬季驾驶纯电动汽车切忌一直开着暖风空调，建议使用座椅加热来代替暖风，如果纯电动汽车没有配备座椅加热功能，则可以选择一些正品的加热坐垫；当确实需要使用暖风时，可以间歇性地开启和关闭暖风，做到在车内温度足够舒适的情况下关闭暖风。