低温环境下新能源汽车的测试评价现状及建议

吴迪 郭婷

摘 要：本文阐述了在低温环境下新能源汽车的测评技术发展现状，介绍了整车到零部件低温下性能的反应原理，提出了在低温环境下新能源汽车的测试方法，结合目前的产业需求和现状，研究提出了包括燃料电池汽车在内的新能源汽车低温环境下的测评体系以及后续发展建议。

关键词：新能源汽车，低温环境，测试评价

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.13.032

Status Quo and Suggestions of Testing and Evaluation for Electric Vehicles at Low Temperature

WU Di1，2 GUO Ting1，2

（1. CATARC Automotive Test Center Co.， Ltd.， Tianjin； 2. China Automotive Technology and Research Center Co.， Ltd.）Abstract： This paper expounds the development status of evaluation technology of electric vehicles in low-temperature environment， introduces the reaction principle of the whole vehicle and components in low-temperature environment， puts forward the testing method of new energy vehicles in low-temperature environment. Based on current industrial demands and situation， the paper puts forward the evaluation system in low-temperature environment and further development suggestions on electric vehicles including fuel cell vehicles.

Keywords： nelectric vehicles， low-temperature environment， testing and evaluation

0 前 言

近年來，新能源汽车的发展已经占据了汽车行业的半壁江山。据不完全统计，2022年度，新能源汽车的销量达688.7万辆，市场占有率达25.6%，累计销量突破1300万辆，占据汽车总量的41%。随着商业化的进展在低温地区已经大规模地普及并持续上涨，2022年在东北等低温地区累计规模超过200万辆。随着新能源汽车的市场占有率越来越高，其车辆的续驶里程、使用寿命、充电时间安全性等在低温下的环境性能越来越受关注。

据相关报道，新能源汽车的冬季的投诉量排名前四的有续驶里程不准、动力电池故障、充电故障、空调故障。需要从整车、动力电池到充电等多个环节进行技术攻关。现阶段在低温下的评价标准和方法已经不满足市场发展的需求，亟需建立更全面的低温环境下的测评方法，促进新能源汽车的发展，同时使新能源汽车成为我国汽车高质量发展主力。

1 电动汽车的低温测试评价技术

1.1 标准发展现状

近年来，电动汽车的标准化工作正在积极地覆盖低温测评领域，从国家标准到团体标准，都出现了续驶里程、主观评价、低温启动等低温测评项目。其中国家强制性标准GB/T 183861-2021《电动汽车能量消耗量和续驶里程试验方法 第1部分：轻型汽车》[1] 中已经率先提出了低温续驶里程测试方法。团体标准T/BJQC 201903-2020《纯电动汽车低温冷启动性能要求及方法》[2]中明确了在低温冷启动的测试评价方法和指标。GB 22757.2-2017《轻型汽车能源消耗量标识 第2部分：可外接充电式混合动力电动汽车和纯电动汽车》中也体现了低温续航这种以低温环境为主导的能源消耗标识，以及团体标准T/BJQC 2019013-2021《纯电动汽车低温整车性能主观评价方法》[3]提出了对低温条件下的主观评价。除了标准以外，在行业内关于低温的整车关键性能也有不同程度的展现，如以中国汽车技术研究中心有限公司为主导的CCRT测评，是基于消费者的角度对电动汽车进行评价，将低温续驶里程的下降率作为重要的评价指标。同时行业内也提出了极寒挑战赛等评价电动车在低温下关键性能的活动赛事，可见低温环境下电动汽车的评价已经是影响消费者的关键指标。

相关的标准参考见表1。

1.2 低温环境的关键测试技术

从整车的直观表现来看，影响电动汽车低温续航的关键问题主要有几个原因：首先是低温环境下整车的行驶阻力增加，相应的能量回收效率下降；其次低温环境下的电耗增加，低温放电量下降，热管理的能耗增加，附件的能耗增加；另外，低温影响电动汽车续驶里程的算法精度，导致剩余续驶里程准确度差。电池的可用能量、百公里电耗以及外部影响是影响电动汽车续驶里程的关键要素。电池的可用能量主要的影响因素包括动力电池的开路电压、内阻，工作电流和单体一致性。百公里电耗的主要影响因素是行驶能耗和附件能耗，如果细分的话行驶能耗又分为驱动能耗和回收能量，附件主要是空调和低压的设备等。外部影响就包括环境温度、行驶工况以及驾驶习惯。整体看来，影响低温环境下电动汽车的续驶里程的因素众多，不容小觑。

低温下充电的问题也是影响消费者使用的关键因素。在低温环境下，电流响应较慢，车辆主动停止充电，导致充电的时间过长，充电桩的实际输出与请求不一致等难题，在一定程度上增加了消费者的里程焦虑。为了解决低温的充电问题，许多汽车厂家已经开始了技术攻关，开展低温充电策略的提升，包括低温下的环境模拟充电试验、高寒雪地实际充电试验等，通过充电加热策略和能量管理策略等验证，提升充电的时间和速率，保证电池的质量，优化在寒区电动汽车的充电性能。

低温下的充电安全性问题也是难题之一。电气安全性、系统兼容性等充电系统的安全性问题，连接装置的过流、过温和材料老化问题，以及动力电池的过温过充寿命异常衰减等问题也是影响充电安全的主要因素。

动力电池作为电动汽车的主要动力源，本体的低温性能和系统集成性能提升是应对低温环境的关键。目前主流的提升电池本体的低温性能方案策略包括提高电导率、降低界面阻抗、提升低温倍率性能等。提升系统的低温性能策略包括恒温热管理、低温功率限制、安全策略提升等技术手段。

1.3 问题与挑战

对于电动汽车的大规模普及应用，不仅仅对本身的性能进行改进测评，还需要从低温的使用场景进行开展和技术攻关。目前电动汽车的低温环境应用还面临着以下挑战：（1）大功率的动力电池总体开发和维护成本仍然过高，并不满足在低温场景使用需求的能力；（2）低温下的电动汽车性能需要通过电池的设计、充电安全、使用工况等多种角度进行综合提升；（3）建议通过各个领域建立低温性能的测试评价体系，从材料、单体、系统、充电等多角度开展延伸，需要制定全方位的测评规范，才能保证产业链的完整性。

2 燃料電池汽车的低温评价技术

2.1 标准发展现状

燃料电池是一种由氢气和氧气发生电化学反应从而驱动车辆的能量装置。其电化学反应产生的水和热是影响其在不同温度场景下使用的关键因素。水既是反应物又是产物，需要有效地控制好温度才能使反应过程中加湿的水能进行有效的传质传热，也需要产生的水能够保持低温下不结冰。这种原理注定对燃料电池汽车低温性能要求更高。目前行业内已经开始制定从零部件到整车的低温性能评价标准，并作为补贴测试项中重要的考核指标。其中GB/T 24554-2022[7]增加了在低温下考核燃料电池系统的标准方法，《燃料电池电动汽车的低温冷启动试验方法》中提出了燃料电池整车低温冷启动和低温冷起步的测试评价方法，另外还有一些团体标准提出了相应的测试评价方法，相关的标准参考见表2。

2.2 低温测试评价技术

据不完全统计，低温下燃料电池汽车的关键性能不仅局限在对低温冷启动和起步的能力要求，更多的企业也关注在低温下的热平衡、热管理能力[10-11]，如图1所示。整车企业用户调研显示低温下的安全性和经济性也是关注的重点，包括低温冷启动、低温起步能耗、尾排氢浓度、低温续驶里程等评价指标。

2.3 问题与挑战

燃料电池汽车正处于大规模的示范运行期，需要全面地推动其低温场景下的测试评价体系，建立从关键部件到整车的全方位一体化的检测能力。燃料电池汽车的检测难度在于测试设备和试验室的涉氢安全性，大大加大了测试的难度和成本。测试设备包括试验室层级的涉氢轻型、重型转毂环境舱，试验场的加氢资源等。需要在该领域持续资源的投入，健全软硬件能力的支撑，满足市场化的需求。

3 结 语

本文通过分析新能源汽车在低温场景下的需求分析，分别提出电动汽车和燃料电池汽车关键技术难点和后续面临的挑战，为企业在下一步的技术攻关指明了方向，为后续标准化工作的开展奠定了基础。

参考文献

[1]电动汽车能量消耗量和续驶里程试验方法 第1部分：轻型汽车： GB/T 183861-2021 [S]. 北京：中国标准出版社，2021.

[2]纯电动汽车低温冷启动性能要求及方法： T/BJQC 201903-2020 [S]. 北京：北京汽车行业协会，2019.

[3]纯电动汽车低温整车性能主观评价方法：T/BJQC 2019013-2021[S]. 北京：北京汽车行业协会，2019.

[4]轻型汽车能源消耗量标识 第2部分：可外接充电式混合动力电动汽车和纯电动汽车： GB 22757.2-2017[S] . 北京：中国标准出版社，2021.

[5]汽车启动性能试验方法： GB/T 12535-2021[S]. 北京：中国标准出版社，2021.

[6]汽车高寒地区环境适应性试验方法：T/CSAE 153-2020[S].北京：中国标准出版社，2020.

[7]燃料电池发动机性能试验方法：GB/T 24554-2022[S].北京：中国标准出版社，2022.

[8]燃料电池汽车测试规范： 装备中心（2021）367号[Z].

[9]燃料电池电动汽车低温冷启动性能试验方： T/CSAE-122-2019[S]. 北京：中国汽车工程学会，2019.

[10]LIN C， YU X， ZHAO M. et al. Collaborative control of novel uninterrupted propulsion system for all-climate electric vehicles[J].Automotive Innovation，2022（5）：18-28.

[11]YI H， YANG S， ZHOU S. et al. An Innovative State-ofcharge Estimation Method of Lithium-ion Battery Based on 5th-order Cubature Kalman Filter[J]. Automotive Innovation， 2021， 4（4）：11.

作者简介

吴迪，硕士，高级工程师，从事新能源汽车关键性能测试评价工作。

（责任编辑：袁文静）