中国工况在电动汽车续航测试中的应用

刘 鹏，王儒梟，周博雅，李向荣

（1.中国汽车技术研究中心有限公司 汽车测评管理中心，天津 300300；2.中汽研汽车检验中心（天津）有限公司，天津 300300）

在国家的大力支持下，电动汽车行业发展迅速，逐步得到了消费者的认可，销量也在稳步提升，但随着保有量的不断增加，消费者在用车过程中发现的问题也越来越多。中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高也曾指出，里程焦虑、安全焦虑、成本焦虑仍然是制约电动汽车发展的重要因素，而里程焦虑主要体现在消费者实际驾驶的续驶里程和企业标称的续驶里程差距大。行驶路况是电动汽车续驶里程的重要影响因素，汽车产业较为发达的国家一般都会有适应各自国情的汽车行驶工况标准，目前，在国际上占据主导地位的是新欧洲驾驶循环（New European Driving Cycle, NEDC）和世界轻型汽车测试规程（World Light Vehicle Test Procedure,WLTP)这两大行驶工况。一直以来，我国的油耗、排放、续航测试使用的都是NEDC工况，但NEDC工况与我国实际道路情况差异明显，所以测试结果会明显好于消费者实际驾驶结果。国内外对电动车续航里程问题做了大量的研究，通过估计荷电状态（State of Charge, SOC）和剩余里程，分析实际行驶里程与表显之间的最大误差；利用确定系数、欧式距离和平均误差对车的高低温及常温续航做了评价，发现确定系数相比于另外两种方法能更好地评价续驶里程估计准确度。

本文将更符合中国实际道路情况的中国工况作为电动车续航测试工况，并针对高温、低温情况下电动汽车续驶里程明显衰减的问题，分别开展了高、低温续航试验，在试验过程中记录了表显剩余里程值、车内温度变化情况等数据，用以评价车辆表显里程准确性与空调效果等性能。本文制定了中国工况在电动车常温、高温、低温续航测试中的试验方法，为电动车续航测试提供了重要数据基础。

1 CLTC-P与NEDC工况对比分析

NEDC主要在欧洲、澳大利亚等国家和地区使用。中国乘用车行驶工况（China Light-Duty Vehicle Test Cycle-Passenger, CLTC-P）是中国汽车技术研究中心基于国内41座城市、3 832辆车，累积3 278万公里所采集的中国实际道路情况，相比于其他行驶工况，CLTC-P更加贴近中国消费者的用车场景。

CLTC-P与NEDC的循环工况对比情况如图1所示，NEDC循环工况中，包含4个市区循环和1个郊区循环（模拟），其中市区循环的低速工况，郊区循环的高速工况，与NEDC工况相比，CLTC-P工况包含更加丰富的道路信息，包括城市工况、郊区工况和高速工况。

NEDC循环工况在持续时间、循环里程以及循环中的最高车速等内容与中国工况均存在较大差别，具体循环工况对应的特征数据如表1所示。

图2是NEDC /CLTC-P在加速、减速、匀速和停车四种驾驶模式下的分布情况。由此可知，CLTC-P较NEDC，加、减速比例明显上升，这反映了中国工况的严苛性的提高；同时，CLTC-P较NEDC，停车比例加大，为23.33%，这与国内城市频繁的红绿灯停车工况保持一致。

2 研究方法与环境要求

电动汽车的续驶里程测试一般是在底盘测功机上进行，首先应该在实际道路上测得车辆的阻力参数，然后根据道路阻力参数设定转毂阻力，通过转毂阻力复现后，才能正式开始续航试验。

2.1 道路滑行阻力参数测量

本文中电动汽车续航测试采用的是中国工况，故其道路滑行试验标准将按照GB 18352.6—2016进行，由于中国工况的最高速度114 km/h，所以在道路滑行试验中，初速度最低值应大于114 km/h，在滑行的同时应记录实时车速与时间等参数。

车辆的道路滑行阻力会受到试验道路情况、环境气象条件等因素的影响。试验道路应该选取水平、干燥并且有一定长度的水平路面，坡度应该控制在千分之一以内，且应尽量选取无风的天气下开展试验。

2.2 续航试验

续航试验分为常温、高温以及低温续航和能耗试验（能耗试验仅在常温条件下进行），测试工况用CLTC-P工况替代原来的NEDC工况。试验过程中选用最节能的模式开展相关试验，但要求在此模式下车速能跟上CLTC-P工况曲线，如果车辆在此条件下不能很好地跟随曲线，则需更换其他模式。续航场景如图3所示。

2.2.1 常温续驶里程及能耗试验方法

常温续驶里程试验前，在（25±5）℃的常温环境中浸车12～15小时，使用CLTC-P工况，在（25±5）℃室温下开展常温续航试验。

常温续航试验结束后，在环境温度为（25±5）℃下，动力蓄电池充电按照符合模式2或者模式3要求的充电方式，使动力蓄电池达到完全充电状态（模式2或模式3的要求见GB/T20234.1—2015）。通过测试所得的续驶里程和完全充电的总电量可得电动汽车的百公里电耗值。

2.2.2 高温续航试验方法

高温试验前，车辆应该在（25±5）℃的常温环境中浸车12～15小时，随后在（35±3）℃的温度条件下浸车0.5～1.0小时，高温环境浸车期间光照强度保持为（850±45）W/m。完成浸车后，开启空调制冷，使用CLTC-P工况，在高温且有光照条件下开展高温续航试验。

2.2.3 低温续航试验方法

低温试验前，车辆应该在（−7±3）℃的温度条件下浸车12～15小时。完成浸车后，开启空调制热，使用CLTC-P工况，在低温条件下开展低温续航试验。

常温、高温、低温续航试验的具体环境要求以及车辆、空调设置情况如表2所示。

2.2.4 续航测试截止条件

车辆实际速度和测试循环规定的速度之间的允许公差：公差上限，+2.0 km/h，时间在±1.0 s之内；公差下限，−2.0 km/h，时间在±1.0 s之内，如图3所示。

不能满足本公差要求时，应立即停止试验，挡位保持在原行驶挡位，使车辆滑行至最低稳定车速或5 km/h，再踩下制动踏板进行停车。

3 测试车辆信息

本文所选取了5款市场主流的电动汽车作为研究对象，其中轿车4款，SUV1款，车辆售价从10万元至20万元不等，具体如图4所示。

5款车型整备质量从1 625 kg到1 742 kg不等，驱动形式主要分为两驱、前驱后随以及四驱三种形式。其中，两驱指仅两前轮为主动轮；前驱后随指车辆前轮驱动，后轮以相同速度旋转，但不提供动力；四驱指车辆的前后轮均提供动力。车辆的主要技术参数如表3所示。

4 试验结果与分析

4.1 道路滑行（风阻、转动惯量等）

空气阻力、滚动阻力和传动系统阻力是车辆道路滑行阻力的主要组成部分，一般认为车辆的道路滑行阻力与车速成二次函数关系，故采用最小二乘法对试验过程中采集到的数据进行处理，即可得到该试验车辆的道路滑行阻力系数，本文所研究的五款车型道路滑行试验结果如表4和图5所示。

通过道路滑行阻力曲线，可以发现3号SUV车型在低速条件下其阻力与其余四辆轿车相差不大，但随着速度不断提升，SUV车型的阻力增长幅度大于其余4款轿车。所以在低速段影响车辆滑行阻力的主要是车的滚动阻力，主要和车的整备质量和实验质量有关。随着速度的升高，风阻的影响逐渐加大，迎风面积越大，风阻越大。

4.2 续航与电耗测试

按照续航测试方法进行的常温续驶里程测试与各车型NEDC工况常温续驶里程结果对比，如图6所示。

综合结果可以发现，CLTC-P工况测试结果与NEDC工况测试结果较为接近，五辆车的偏差均在5 km以内，换算成百分比如表5所示。

通过表格，可以看出，5款车型中2号车型偏差最大为1%，而其他四款车型偏差均保持在1%以内，1号车型的结果偏差仅有0.2%。由此可见，对于纯电动汽车而言，CLTC-P与NEDC工况对其能量消耗率影响较小。

纯电动汽车的电耗与燃油车的油耗相对应，直接决定着消费者的用车经济性，也是衡量一辆电动车的重要指标，5辆车在中国工况下的常温电耗水平，其结果如图7所示。

本文所测试的5款车型，整备质量从1 625 kg到1 742 kg，总体差异较小，但也基本代表了目前主流的家用电动汽车的整备质量范围，从测试结果来看，5款车型的百公里电耗水平也较为接近，但由于受车辆外形、企业技术水平等因素的影响，百公里电耗测试结果也存在一定的差异性，例如车型4整备质量为1 742 kg，其百公里电耗为13.27 kWh，而另外一款车型整备质量为1 637 kg，但其百公里电耗为14.01 kWh，高于上一车型。从总体来看，整备质量处于1 650 kg左右的纯电动汽车，百公里电耗水平基本处于15 kWh以内。

本文的高温续航与低温续航测试结果是以常温续航结果为参照，考察车辆续驶里程的衰减情况，所测试的五款车型结果如图8所示。

低温续航的下降率明显高于高温续航下降率，即低温续驶里程比高温续驶里程短。五辆车的高温续航测试结果显示，高温开冷风空调时续航下降率最高为22.7%，最低为5.3%，五辆车的平均值为13.24%；低温浸车后在低温下开暖风时续航下降率最高的是46.4%，最低下降率为25.8%，平均下降率为36.2%。

可见，低温浸车后在低温下开暖风对于续航影响最大，高温开冷风空调对于续航影响相对较小。在常温下，车型1的续航409 km，相对于车型2的续航505 km，低了23.5%，但在同样的低温测试条件下，车型1的续航284.88 km，相对于车型2的续航273 km，反而高了4.17%。从消费者角度购车参考看，对于处于常年温度较低的北方用户，在考虑续航条件选择车型时，可以不只参考常温续航，而考虑购买低温续航表现更有优势的车型1。从企业技术水平角度看，相对于其他四款，车型5在高温、低温和高速下的能效水平都相对比较高。

本文在研究高、低温续航之外，还在续航测试的同时，记录了空调的制冷、制热效率。对于高温续航测试，要求记录车内温度第一次达到25 ℃的时间；对于低温续航测试，要求记录车内温度第一次达到20 ℃的时间，测试结果如图9所示。

针对五款正式测评车型，高温续航测试时车内达到要求温度的时间从3 min到10 min不等，低温续航时车内达到要求温度的时间从3.67 min到15 min不等，各车型空调性能差异较大，部分车型所配备的空调制热效果明显低于制冷效果。

4.3 表显剩余续驶里程准确度

表显剩余续驶里程准确度是在试验过程中，每完成一个中国工况循环，记录一次仪表显示的剩余里程，试验结束后，通过计算两组散点的差异程度，即表显剩余续驶里程准确度。测试结果如图10所示，车辆在常温条件下的里程估计可以达到0.9以上，而在高温条件下，各个车型的剩余里程估计准确度有了不同程度的降低，低温条件下多数车辆的剩余里程估计准确较低，仅一款车型尚能维持在0.9以上。

图11为某款EV的表显剩余续驶里程与实际剩余续驶里程的差异情况。测试工况分别为常温续航、高温续航和低温续航的测试工况。

该款车在常温条件下剩余续驶里程估计准确度较高，车辆启动后偏差绝对值最高，此时实际剩余续驶里程为505 km，表显值为509 km，偏差4 km为真实值的0.8%；之后随着里程增加，剩余里程估计值先是远离实际里程值，最后又逐渐逼近真实值，在行程三分之一处时偏差最大，估计值与真实值相差约为25 km；之后随着SOC值的降低，估计值偏差绝对值逐步降低。

该款车在高温条件下剩余续航里程估计准确度较低，车辆启动后偏差绝对值最高，此时实际剩余续驶里程为433 km，表显值为509 km，偏差76 km为真实值的17.6%；之后随着里程增加，剩余里程估计值与真实值的绝对差异近乎持续减小，在最后一个完整循环结束时实际剩余续航为12.8 km，表显值为0 km。

该款车在低温条件下剩余续航里程估计准确度很低，车辆启动后偏差绝对值最高，此时实际剩余续驶里程为271 km，表显值为510 km，偏差239 km为真实值的88.2%；之后随着里程增加，剩余里程估计值与真实值的绝对差异近乎持续减小，但相对偏差始终较高，在最后一个完整循环结束时，表显剩余续航值为0 km，实际值为10 km。

通过测试结果可见，该款车无论在常温、高温还是低温情况下，车辆启动后的表显值均无明显变化，都接近510 km，在行程推进中，持续调整剩余里程估计值，但明显在高温和低温下估计策略难度升高。

有车型在常温、高温和低温下启动车辆时表显续航并无变化，这里既有续航里程估计策略水平的原因，也同时是不同车企对于用户心理的不同理解和认知的体现。

5 结论

（1）电动车在低速行驶的状态下，具备较高的工作效率，同时受益于制动能量回收功能，电动车的CLTC-P与NDEC工况的常温续航测试结果具有较高的一致性，偏差基本保持在1%以内。

（2）在CLTC-P工况下，低温环境内，续驶里程一般只能保持常温续驶里程的63.8%左右；相比于低温条件，高温续航结果较好，能保持常温续驶里程结果的87%左右。

（3）CLTC-P工况下，常温环境的表显剩余里程结果较好，大多数车辆的准确性能达到0.95以上；高温环境的表显剩余里程准确性有所降低，但有半数车辆还能保持在0.9以上；低温条件下，仅有一款车型保持在0.99，多数车辆则处于0.2以下，甚至出现负值，这表明电动汽车在低温环境下，表显剩余里程准确度普遍较低，参考性不足。