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影响纯电动汽车续航里程的因素有哪些?

汽车电子设计 来源:汽车电子设计 作者:汽车电子设计 2021-06-28 11:19 次阅读

所以本文分为两部分,先说一下影响续航里程的因素,再结合这些参数说一下实测情况,比较一下差异。对背景知识比较了解的,可以直接跳到第二部分。

一 、背景知识(续航里程受哪些方面影响)

纯电动汽车,最为关键的选购参数之一是它的续航里程,往往最具有争议的,也是这个续航里程。

标称的续航里程和真实里程为什么会有差异?又有多少差异呢?先简单明确一下这个问题。

续航里程定义是指,汽车在动力电池完全充电(仪表盘显示充满)的状态下,以一定的行驶工况,连续行驶的最大距离。

争议的原因主要在于测试标准里的行驶工况。目前常用的工况如下:

(1)欧盟NEDC工况,全球的主流测试标准之一。目前国内的工况标准(GB18386-2017《电动汽车能量消耗率和续航里程试验方法》)主要是参考NEDC标准制定。

(2)美国EPA工况,全球的主流测试标准之一。也是最严格的测试标准,针对纯电续航里程测试,NEDC与EPA 的续航测试结果差距在10-15%左右。

(3)WLTP工况。

(4)JC08,仅在日本地区采用。

关于这些标准,前面的答主都有一定的说明,就不多分析了。

影响续航里程的因素,可分为车辆使用(其实就是工况)和整车设计两大方面。

从车辆使用的角度来说,用户的驾驶习惯和使用环境等因素,跟标准规定的工况肯定存在差异。这个很容易理解:环境温度的变化,不同的驾驶员、不同的载重,在不一样的道路上,续航里程存在偏差。所以很多关于续航里程不准的争议,也是直接针对标准的工况是否合适的争议。

从整车设计方面来看,还有以下三个大的影响因素:性能设计、动力系统、整车的系统优化:

简单说一下这几个方面。

第一,性能设计

纯电动汽车在行驶过程中,受到的阻力越大,用于克服阻力而消耗的蓄电池电能就越多,相应的续航能力就越差。减小阻力,在提高纯电动汽车的动力性以及续航能力方面,有着重要的作用。那么,汽车行驶过程中,受到的阻力有哪些呢?主要包括:

1)首先,汽车在水平道路上,匀速行驶时,必须克服来自地面的滚动阻力和来自空气的阻力;

2)当汽车在坡道上,向上坡行驶时,还必须克服重力沿坡道的分力,称为坡阻;

3)还有,汽车加速行驶时,需要克服加速阻力。

对于空气阻力和滚动阻力,我们一般用风阻系数和滚阻系数来评价性能好坏。这个系数,可以看成是汽车行驶阻力与车速平方之间的比值,同样速度下系数大的汽车阻力就大,消耗功率大;反之,风阻和滚阻系数越小车阻力就小,消耗功率也小。,意味着,其它条件不变的情况下,纯电动汽车的耗电量越小,或者相同耗电量下速度越快。

要想减小风阻系数,一是要从整车的造型设计着手去优化,合理的车身形状,可以减小迎风面积,降低空气阻力系数,进而降低整车空气阻力。。另一方面,是车辆的制造精度。 车身曲面质量越高,车身越光滑,风阻系数就越小。曲面质量取决于工程结构设计、以及模具制造工艺。

减小滚动阻力系数也是从两方面入手,一是降低整车质量,控制总的质量,可以降低滚阻,进而降低车辆能耗。电动汽车性能优化中,需要对整备质量进行管理,有轻量化的要求,其目的之一,是为减少滚动阻力。另一个方面,是选用低滚阻轮胎。随便说一句,在当前纯电动汽车的研发难点普遍集中在续驶里程的提升上,而受困于电池技术,找不到特别行之有效的解决方法时,针对纯电动车型采用更低滚动阻力的轮胎,成了提升电动汽车续驶里程一个有效的办法。

第二动力系统

纯电动汽车是通过驱动电机将动力电池中的电能转换成机械能,从而驱动车辆行驶。

因此续航里程与电动汽车的三电系统(电池、电驱、电控)是直接相关:

(1)电池系统

动力电池的容量,直接决定了续航里程的长短。

提高电动汽车续航里程最直接的方法,就是增加电池容量,但这个数值不能无限地增加。这是因为,站在整车布置的角度,需要考虑 每单位瓦时(Wh)所占据的空间,这将决定在车身有限的位置里,能放多少电池;而每单位瓦时(Wh)的重量,则决定了电动汽车里面电池的重量占比。所以动力电池组的 “每升单位瓦时”(Wh/L)和“每千克单位瓦时”(Wh/kg)就是考察容量的核心要素。

另外,电池系统的温度过高或者过低,也会影响到续航的。为了降低电池发热,以及环境温度的影响,电池系统还需要做稳定的热管理,主要任务有:

• 绝热:既要让电池系统与外界环境隔绝,免受外部高温或者低温的影响;

•散热:又要将在电池处于工作状态时,产生的热量及时向外散发;

•均热:同时,电池模组之间还需要尽可能保证温度的一致性,电芯在不同温度状态下有特性上的差异,保持温度一致才能最大限度发挥电池组特性。

在相同的电池容量下,越稳定的电池温度越能保证续航里程。

(2)电驱动系统,主要包含驱动电机、控制器逆变器和减速器等等。它的效率根据输入功率和输出功率的比值来确定的。

当电池容量确定后,在相同的电压下,输出能量的高低就由驱动系统的效率来决定的,各个车企都会充分挖掘电机效率、电控效率,来达到优化能耗、提高续航里程的目的。

(3)整车控制系统:主要是指协调电池、驱动系统和底盘刹车能量回收的关系。在频繁加速、减速的工况下,可以根据电池的状态、刹车需求来动态调整能量回收(制动能量回收)的比例,从而提高能量利用效率。

电动汽车的制动能量回收策略,将会直接增加车辆的续驶里程

第三,系统优化

这个比较复杂,只能简单说说系统优化。

在动力系统开发的最后阶段,整车集成的过程中,工程上需要付出很多的努力,不仅要守住之前的整车减重目标,还要根据不同的工况的标定,在VCU上对于整车控制进行优化。

这是由于不同的工况下,电池耗费的能量完全不同,在电池管理系统和VCU里面就需要有专门的软件,来预测可行驶里程。这种预测能力,也是车企研发能力的体现。

VCU作为核心控制部件,是整车企业的软件算法和控制核心。在续航里程方面,VCU需要做的工作是:

• 控制能量管理与动力分配,提高系统综合效能;

• 控制制动能量回馈,回馈力度调节;

因此在优化阶段,主要是标定车辆的不同工作模式,协调整车的动力性和续航里程的燃油经济性。还要通过智能的能量管理策略来增加整车的续驶里程。

最后,小结一下第一部分:纯电动汽车的续航里程,从汽车设计的层面上来说,不仅仅是和电池容量直接相关,其实背后不仅有传统汽车设计中,对汽车造型和制造工艺的不断打磨;更有在软件层面上,系统算法的全面优化和提升。

从实际使用工况来说,测试标准的工况和实际使用有存在较大差异,所以,导致最后实测值与发布的标称值不能对应。

二、小鹏P7 实测续航里程

前面有答主(@张抗抗)贴了一个图,是易车2020年度实测EV汽车续航偏差率——定义为实际里程与工信部续航里程的偏差(NEDC)/工信部续航里程,小鹏P7超长版的偏差率是16.6%,在测试的的约20款车中排名中等,比较有意思的是,四驱高性能版本排名靠前,Model 3 垫底。

先看看P7的一些参数,为方便说明,也挑了几个热门车型的数据作为对比。

车型风阻系数电池容量标称续航里程

(km)轿车类型

小鹏P7

(超长续航版)0.2481kWh670km中型

特斯拉Medel 30.2355kWh468km紧凑型

蔚来ES80.2984kWh485km中大型

从参数可以看出,续航里程在类似的车型下(P7 和Model3),和电池容量正相关性明显。但一旦车型变大,风阻也大了,相似的续航里程需要更多的电池容量作为支撑(ES8 和Model3)

再说说实际开的情况。

这车刚拿回来的时候,是给老婆练车的。当时是春天,温度适应,没有开空调。

从市区到郊区的老家,单程70km,有60公里的高速或高架(延安高架+G50),路况较好,剩下10公里是郊区的二级公路;来回实际跑140公里,表显200公里, 相当于7折。

【说明一下,老婆虽然号称“新手”,其实很久之前也是练过一段时间的本本族,所以符合上高速的规定】

(图 新手女司机的里程消耗)

这两天我爸开同样的路回去,开了空调,也是路况较好的时候。我爸作为多年的老司机,实际从徐汇到青浦65公里路,表显掉了85公里,差不多8折左右。果然老司机就是不一样

另外,上周末两天老婆练车,一次去了青浦万达广场来回,一次去了奉贤的养蜂场,整个实际距离大概在200公里左右,因为大部分多是高速,表显600公里掉了270公里,这里既有开空调的原因,而拥有高速的原因,总体来看新手女司机技术进步了一点。

当然我们作为自己日常开车,就没有去严谨的测试从充满开到趴窝的临界值了。

但从以上的数据可以看出,无论是工信部标称的纯电续航,还是各种机构的实测数据,都只能作为基准参考值。在实际操作层面,要想开出接近标称的续航里程,首先要司机技术好[手动狗头]。

购买的时候,续航里程作为购买参数,还是有比较上的意义。作为生活中的实际开车,表显的续航里程,我们还是拿来当作电池的电量估计来看比较合理,类似手机的百分之几的电量,留出充足的到充电桩的时间和距离。

责任编辑:haq

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原文标题:纯电动汽车的续航受到哪些因素影响?

文章出处:【微信号:QCDZSJ,微信公众号:汽车电子设计】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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