挥之不去的里程焦虑，影响电动车续航的诸多因素

现在的电动车车主天天都是不折不扣的新技术小白鼠，没办法，世界的进步不得不需要一些冒险的先行者

无论是燃油车还是电动车，简单来说，影响其续航的因素其实就两个，一是车载能源有多少，二是能源使用效率有多高。

相比燃油车而言，目前无论电动车搭载多少kW·h（度）的电池包，都无法与一箱油媲美能源大小。一加仑汽油所蕴含的能量相当于33.705kW·h电力（国际通用换算标准），也就是一升汽油相当于8.9kW·h。一辆普通的燃油车油箱大小约为60升左右，换算成电力约为534kW·h（大约是家庭平均月用电量的两倍），而目前市场上纯电动车搭载的电池包一般在30kW·h到100kW·h之间，对比之下，燃油车携带的能源大概是纯电动车的5~18倍之间。

一辆燃油车，续航平均在500公里左右，按理说电动车携带如此少的能量，其续航应该也就几十公里。但别忘了还有能源使用效率问题，也就能量守恒定律，燃油车的汽油能量要先经过发动机转换（平均33%，顶级热效率也就41%左右），随后经过一系列机械传动结构转换，最终呈现在续航上的效率大约只有22%左右（汽油20%，柴油25%，顶级30%多）；而对于电动车而言，电力进入电机转换（转换效率可高达90%多，顶级98%），再进过传动系统转换，最终成现在续航的效率可超过80%多（顶级90%多）。


能源使用效率其实就是电动车用车成本低的根本原因，也就是你为汽油花10块，仅有2块用于行驶，而电动车则有9块用于行驶。但也正是这个原因，使得电动车的续航非常“脆弱”。

燃油车就像是大土豪，钱多任性，例如在城市低速工况下，其效率更低，可能被浪费能量除了变成热能被排放掉之外，还可以用于带动发电机和空调压缩机进行能量转换，从而为车载电器提供电能和冷风，此外冬天时候，多余的热能被空调系统利用，送入车内取暖。所以即便燃油车开空调，无论冬天夏天，只要车辆不出现故障，续航影响程度都不会太夸张，因为这些能源恰恰来自于“被浪费”的部分，不用白不用。

而电动车由于电池包能量有限，且几乎没有“浪费”，除了动能回收系统和热管理系统（比如将电机、电池包产生的热能利用）能够回收一些能量，其他每一分“钱”都要精打细算。尤其是在冬天时候，除了需要直接消耗电能供发热系统（多种技术手段，效率不同，热泵系统综合比较下是最优解，例如Model Y即采用的热泵系统，而非Model 3所用的PTC）提供暖风，还需要给电池包加热。

有得必有失，当电动车拥有极高能源使用效率的时候，对于车载能源总量就相对敏感许多。但这还只是从使用层面角度考虑，电池包本身能量总数也会受到一些因素影响。

电动车与燃油车不同，汽油存入油箱后只要不发生泄露，储存的能量总数基本不会变（蒸发泄露的忽略不计），所以燃油车长期使用续航下降，多是发生在能量转换阶段，但电动车就不太一样。由于电动车机械零部件较少且结构简单，长时期使用虽然也会有损耗，但其使用寿命和可靠性要远比内燃机动力系统要好的多，所以电动车长期使用续航下降，多是由于能量总数减少。

目前市面上纯电动车大多数都是由锂电池作为能量来源，主流锂电池大致可以分为两类：磷酸铁锂和三元锂电池，而三元锂电池又可以分为NCA（镍钴铝，特斯拉专用）和NCM（镍钴锰，行业主流），其他关于电池的科普请看笔者另两篇文章（马斯克：下一步我干啥，你猜，200年的电池进化史）。但不管使用的是哪种锂电池，就目前的电池技术而言都会受到多种因素影响其表现，例如生产阶段问题、不同配方特性、极端温度情况、充放电情况等。

影响电池表现可分为两类：临时性和永久性。

临时性主要指的是温度影响，低温时会导致电池内阻增加、锂离子镀膜现象等，导致可用容量下降，放电速率下降（性能）。举个形象的比喻，大量的锂离子就像是一群小朋友，天气过冷，导致大家活动意愿下降，甚至三无成群取暖，即便老师强迫要求出去活动，也会因为速度下降，导致教室大门发生拥堵，进而单位时间出门的小朋友数量减少。

但过高的温度影响可用容量不太一样，同样是一群小朋友，在过热的温度会使得它们躁动不安，极高的活动热情虽然看似速度增加了，但是不但没有加速出入大门的速度，反而失序导致整体效率下降，对总电量影响不大，但对性能有影响，并且可能会造成电池不可逆的损伤。

由此带来的影响是巨大的，相比正常25度温度时，当气温下降至零下20度，续航可下降35%左右，零下10度，续航下降25%左右，零度，续航下降15%左右。如果考虑到暖风空调，续航下降会再添加10~15%。

相比之下，温度上升对续航影响并不显著，当温度上升至35度时，续航才下降5%左右，本质上是因为需要给电池降温（所以电池包越大，耗电会多一些）；而开了空调，下降将再提升10~15%左右。

（注：各个车型由于采用不同的电池和电池包技术，以及不同的温控系统，最终续航下降数据会有不同。比如AAA测试报告中：

零下7度开暖风的续航情况，2018款宝马i3续航下降46%，2018款雪佛兰Bolt续航下降47%，2018日产凌风下降32%，2017款Model S续航下降38%；零下7度不开暖风情况下，四款车续航下降分别为

14%、10.4%、10.8%、11.1%。

35度时开空调，上述四款车续航分别下降21%、19.1%、12.2%、15%；35度不开空调，分别下降4%、2.1%、2.2%、6%）

（另：对比续航下降数据的分母，是标称续航，非实际续航）

其实过低和过高都会导致电池发生不可逆的损伤，这是由物理和化学特性决定的。所以车企会在电池包中加入温控系统，通过对电池包温度调节，一方面可以保证电池包充放电性能，另一方面避免不可逆的损伤，延长电池使用寿命。（所以无论是否使用空调，温控系统都会在温度过高或者过低时，服务于电池包）

关于不可逆损伤的具体技术细节就不展开来谈，简单来说，在受到除了温度之外诸多因素影响，电池会出现不同程度的衰减（容量下降为主，性能损耗相比较少）。更好理解一些，电池像是水杯，充满电就是倒满水，放电就是将水倒出来，在这个过程中，“水洒了”意味着可用电能减少（不太准确，但充电过程不是从外界拿来水资源，而是帮助你将倒出的水倒回来，所以水洒了就会导致水的总量减少），“杯子磕碰了”意味着能够存储的总量减少了，两种形式形式最终都会导致电池衰减。

虽然电池衰减是不可避免的，但远没有大家想象的那么夸张，电池寿命在设计时已经考虑到了上述所有的情况，并给出了电池设计寿命值。



电池寿命可分为循环寿命和日历寿命，意思是当电池容量衰减为80%原始设计容量时，即为寿命终止时间（EOL，End Of Life）。循环寿命指的是在指定外部环境下，从100%到0%电量，可以实现多少次充放电到达EOL，但循环寿命与平时大家理解的“充一次电”不同，如果平时放电深度（DOD，Depth Of Discharge）不是100%，而是50%（例如80%到30%，70%到20%），其循环寿命并非是直觉理解的变为两倍，而是成几何级上涨，如果DOD平均值在40%左右，其循环寿命最高可增长十几倍甚至更高。





而日历寿命则指的是在长期不使用电池的情况下，在某一保留电量SOC（State Of Charge）标准时，电池在多久后会到达EOL。日历寿命取决于电池温度和SOC，较为理想的温度在20~35度区间，SOC保留在50%左右，其循环寿命可长达20年以上。





不同的电池其循环寿命和日历寿命都有些不同，但最差的循环寿命也有接近1000次（假设某电动车200公里续航，循环寿命内也能保证20万公里后到达EOL），日历寿命超过10年，这也是为什么所有的车企给出的电池保修政策几乎都是“15万公里，8年”免费更换电池包。另外循环寿命和日历寿命会互相影响，所以车企在保修政策中加入了“两者条件触发任意一个为准”。



实际上，过冲、过放、温度影响等诸多问题都可以由BMS以及隐藏电量来解决，比如电动车宣称电池容量与实际电池容量其实是不同的，以Model 3长续航为例，实际电池容量为78kW·h，可用容量为75kW·h，在设计之初已经考虑到了实际使用可能发生的情况。但同时也意味着，车企对于该温控和BMS的技术积累，决定着其电池的寿命情况。





比如在特斯拉车主长期统计数据中显示（包括最早一批的Model S/X），绝大多数用户在都在90%续航容量以上，甚至有行驶40万公里以后还保持在85%左右的用户，当然受诸多因素影响，也有个别用户遇到了严重衰减。





此外影响续航的另一个重要原因，就是驾驶习惯问题。驾驶习惯影响续航其实对于燃油车也一样，只是人们对于电动车续航“过于敏感”，从而严重放大了这个问题。这其中的原因笔者就不过多解释，稍微想一想就能明白为什么。





综上所述，电动车续航受到非常多的因素影响，有客观原因，有使用者主观原因，使得不同车主给出的实际续航数值出现较大的差别。但问题在于，对于一辆新车，其续航受到上述因素影响甚微，理论上其实际续航应该接近于广告宣传的标称续航，然而现实情况却完全不同，很多车型在新车状态下，实际续航与标称续航相差甚远，甚至能打对折，这又是为什么？



“善良”的出题人？



标称续航是有同一标准的，但这个标准大多“传承”于“汽车能耗测试”，也就是平时常见的“百公里油耗”“排放污染”等标准测试工况。目前全球采用的主流标准有NEDC（New European Driving Cycle，新欧洲驾驶循环）、EPA（Environmental Protection Agency，美国环境保护总署）、JC08（Janpanese Cycle，日本循环）、WLTP（Worldwide Harmonised Light Vehicles Test Procedure，欧洲提出的轻型车测试循环）。



标称续航的数据就是有关机构采用不同的测试标准，得出的实验数据。无论是燃油车油耗还是电动车续航，本质上测试数据都只是一个参考值，也就是“老师”统一出卷子，在保证绝对相同的测试条件下，对每个“学生”进行打分。毕竟实际使用情况各有不同，所以参考数据仅有一定参考价值，其目的是为了横向比较。哪怕“工信部油耗”与实际不符，但标称4.5升/百公里的车，使用喜欢相同情况下一定比6升/百公里的车要省油。



但关键点在于，燃油车哪怕油耗再高，由于加油站数量多和加速方便，车主大概率不会因此而产生焦虑，只不过是钱包焦虑罢了。所以虽然燃油车里程表大多也会显示“剩余里程”，但几乎没有几个人会在意这个数值。



电动车就不同了，无论是车主还是吃瓜路人，都丝毫不放松的盯着屏幕上的剩余里程，预估什么时候需要充电，以及是否能够行驶到目的地，所以表显里程对于车主使用十分重要。表显续航精准与否和BMS（Battery Management System，电池管理系统）技术有关，不过就算是大家BMS技术一致，一些车企也不得不“造假”。



为什么这么说呢？你设想一下，某车型宣传标称续航xxx公里，当你试驾时候或者提车后，发现表显里程与标称续航相差甚远，你会怎么做？



所以本质上，标称续航需要分为两部分来看，一方面是车企的“诚实程度”，另一方面测试标准是否接近现实使用环境。



去年理想汽车的创始人李想在年初发送的微博说：“看到国内不少有头有脸的汽车品牌，推广电动车的时候还在用60等速宣传自己的续航里程，甚至直接把这样的虚假续航里程数字贴在车屁股上（车型命名），真有点大跃进的感觉。”





所谓的虚假续航，就是测试标准的不同，导致得出不同的实验数据，而在这些测试标准中，以续航结果排名为EPAtrong>。（国内不常见JC08测试，仅用于日本市场）



为了搞清楚这其中的区别，笔者不惜花钱买来了SAE J1643文档（Battery electric Vehicle Energy Consumption and Range Test Procedure，电动车能源消耗和续航测试标准，网络上难以找到具体的测试细节），EPA测试采用的是SAE提出的测试标准（Society of Automotive Engineers，美国机动车工程师学会），而其他几个标准信息可以从维基百科获得。



先从最差的说起，60等速工况，顾名思义就是车辆以60km/h的速度匀速行驶，直到车辆电池耗尽，得出的续航里程。从原理上讲，之所以这种测试得出的续航最不切实际，一方面因为日常驾驶环境完全不会按照这种模式，另一方面无论对于燃油车来说，还是电动车来说，这个速度巡航得效率都处于最佳工况区间。所以也就不难理解为何60等速工况续航结果如此夸张，以及为何车企会以此作为宣传点。（具体有谁，不点名了）





（能耗效率与速度关系，MPH是英里/小时）

然后是NEDC标准，也就是中国一直以来所采用的标准。不过前几年国家依照WLTP测试提出了适应中国道路行驶国情的CLTC（China Light-Vehicles Test Cycle，中国轻型车测试循环），但目前还未全面实施（部分车企采用了该标准宣传，例如特斯拉），估计要到2022年左右才会全面落地。（从测试标准细则和结果来看，基本与下文讲的WLTP类似）





（Model 3全驱长续航，中国官网国标工况法，590km）



（Model 3全驱长续航，英国官网WLTP，约560km）



（Model 3全驱长续航，美国官网EPA，约518km）

NEDC工况测试是以欧洲行驶数据为基础，建立起的测试标准，被欧洲、澳大利亚、中国等地采用，最早于1970年提出，仅有低速城市行驶工况UDC（Urban Driving Cycle，标准来自于ECE R15文件），在1990年加入了时速较高得市郊行驶工况EUDC（Extra Urban Driving Cycle），后在1992年合并为NEDC，最后一次修改是1997年，加入了二氧化碳排放测试。



UDC阶段，车辆共行驶780秒，加速至一个数值稳定一段，再缓慢减速，依次循环。EUDC阶段，车辆从第800秒开始行驶400秒，具体速度变化过程如下图。 整个NEDC循环总用时19分20秒，UDC阶段最高车速为50km/h，平均车速 18.77km/h，EUDC阶段最高时速120km/h，平均车速62.6km/h。

NEDC测试循环）



本质上，NEDC测试标准仅仅适用于当时的燃油汽车测试，马力小、排放高等特点，欧洲为了推进排放的减少，推出的该测试标准，决定着当时NEDC测试的合理性，但NEDC早已不适用于现在的测试标准。简单来说，虽然NEDC测试标准相比于60公里等速要多样一些，但还远达不到接近实际驾驶工况，加速减速过于缓慢、室温控制在25度左右（20~30度）、测试时任何车载电器（包括空调、大灯等）全部关闭、无乘客和货物、在台架上测试（无风阻考虑）等诸多情况，都意味着其结果过于“理想”。







不过后来，欧洲也意识到了NEDC的不足，经过欧洲经济委员会UNECE（United Nations Economic Commission for Europe）联合提出WLTP方案，替代NEDC。于2015年正式发布最终版，并在2017年开始试行，过渡期直到2019年9月，此后全面施行。







WLTP测试分为三个级别，按照功率/车重区分，本质上是分别针对不同车辆种类，例如普通汽车为Class-3，厢式货车、大巴为Class-2，重型车辆或者马力极小的为Class-1。整个测试过程分为四个阶段，对应低速、中速、高速、超高速工况。全程耗时1800秒，低速阶段最高时速56.5km/h，平均车速为18.9km/h，中速阶段最高时速为76.6km/h，平均车速为39.4km/h，高速阶段最高时速为97.4km/h，平均车速为56.5km/h，超高速最高时速为131.3km/h，平均车速为91.7km/h，全部测试共行驶23.266km。











此外，上述测试虽然也是在测功仪台架上测试之外，但考虑到在测功机加入风阻系数负载，并且WLTP还加入了RED（Real Driving Emission，实际驾驶排放）测试，也就是除了在台架上测试之外，要在实际道路上行驶取测试结果。







WLTP整个测试相比于NEDC要严格许多，对测试前、测试中、测试后的各项标准要求更加合理和细化，各个循环工况的加减速过程也较为接近现实行驶情况。但仍然存在一个重要的缺点：整个测试如同NEDC一样，不开启任何车载电器（包括空调、大灯等）。所以尽管WLTP比NEDC要严格不少，但测试过程仍然是偏重于排放结果，对电动车的实际续航里程考虑不全。











（上文提到的CLTP中国综合工况测试示意图，与WLTP基本一致）



最后就是EPA测试，也是笔者花大量功夫和心思调研的测试标准。从实际结果来看，纵览所有的测试标准，EPA的测试结果是最接近实际续航的，其采用的循环标准SAE J1643最早于1993年推出，2017年更新的最后一版。











EPA测试中，对于电动车续航测试是单独的J1643标准（纯电动，其他类型的要参考另外的标准），虽然其中很多循环与燃油车相似，但根据电动车特点进行了诸多优化。多数循环测试也是在台架上进行测试，不过会考虑到风阻、负载、动能回收、前驱后驱和四驱等实际情况，加入测功仪调整，以模拟实际结果。











测试循环大致分为两种，一种是STC（Single-Cycle Test），采用简单的测试标准，即两次UDDS，两次HFEDS，综合起来乘以一个固定统计系数，得出结果。











（SCT中剩余电量与测试过程关系）



城市测功仪循环UDDS（Urban Dynamometer Driving Schedule）（或者叫FTP-72，Federal Test Procedure，于1978年提出），具体测试分为两个阶段，分别为冷启动阶段（模拟汽车过夜后刚启动行驶阶段）、瞬态阶段（正常行驶阶段）。整个测试持续1369秒，共行驶12.07km，平均时速为34.1km/h，最高时速为91.2km/h。











高速行驶阶段HWFET（Highway Fuel Economy Driving Schedule）采用热启动模式并且测试中不停止车辆，整个过程共用时765秒，总距离为16.45km，平均时速为77.7km/h，最高时速为96km/h。











但SCT的测试方式较为简单，EPA还提出了MCT（Multi-Cycle）测试标准，即结合UDDS、HFEDS以及CSC（Constant Speed Cycle，高速巡航循环）的多种工况综合模式（包括冷启动、热启动、瞬态等多种情况加入测试要求条件），以模拟更加真实的道路行驶状况。











高速巡航循环CSC工况为105km/h速度巡航，以模拟高速路段情况以及在剩余电量不多时，快速消耗电量直到车辆无法保证标定速度的范围时，即为测试结束，所以MCT整个测试过程的时间相对会有出入。







其实EPA有一套5种循环测试，除了UDDS和HFEDS之外，分别还有：







US06（超高速工况），车辆急加速急减速，最高时速可达130km/h，平均时速为77km/h，共行驶13km，最大加减速加速度可达3.7833m/s2，整个过程耗时596秒。











SC03（空调使用工况），将环境温度设定为35度，开启车内空调，共行驶5.8km，平均车速为35km/h，最大时速88.2km/h，整个过程耗时596秒。











Cold UDDS（低温工况），测试过程与UDDS一致，只是将温度从正常的25度（20度~30度之间），调整至零下7度，进行测试。







将5套测试标准综合起来，即为5种循环测试。从测试内容和要求来看，是最为接近日常驾驶情况的测试标准。







但是，无论是MCT测试也好，5种循环测试也好，在美国和加拿大的纯电动车车辆能耗证书（续航结果）中，目前是不需要的，准确来说这些标准由SAE制定而来，有不少单独的测试和研究机构有在采用这些标准，进行实验测试，但对于纯电动车来说，不是必须的。如果车企需要，可以自行选择。







（文中说截止标准出台时，美国&加拿大的纯电动车证书仅会采用SCT测试标准）







2017年时J643发布的最后一版，即2017年时候是不需要，笔者为了确认目前并没有改变这一规则，特意查看了近期保时捷Taycan的测试结果，发现应该目前仍是车企自主选择测试方式，保时捷选用的MCT测试模式。











以及近期特斯拉Model 3的测试结果，特斯拉同时选用了MCT和5种循环测试两种，对车辆进行测试。











（Model 3零下7度测试，续航为256.64英里，约等于413公里）



不过即便车企才用了SCT测试方式，也并不代表EPA最终结果会出现测试标准不一致的情况。事实上，EPA对多种测试结果进行了统计分析，算出了各种测试方法之间的倍数关系，即便是采用的标准SCT测试，最终结果可以通过将SCT测试结果乘以0.7，即可算出与5种循环模式接测试近的结果。







（SCT结果为UDDS*0.55+HFEDS*0.45，最终综合结果为SCT*0.7）







笔者特意以保时捷Taycan和Model 3的结果进行核对，发现与最终官方公布结果几乎一致。不过颇有意思的是，特斯拉Model 3长续航的计算结果为333英里，而实际公布的数据为310英里。后来笔者找到了当时的一条新闻，大概是马斯克当时与EPA商量，将333英里结果降至310英里，以更好符合用户实际使用情况。







讲了太多的枯燥的技术细节，总结成一段话方便大家对各种续航测试有个清晰的认识：







EPA续航测试结果最接近实际使用情况。换算方式为NEDC续航乘以0.7差不多为EPA续航（实际上NEDC差不多也就相当于EPA中的SCT测试循环），WLTP续航乘以0.9差不多为EPA续航，不过注意：EPA续航与真正的实际续航仍会有出入。







实际上 ，这些测试标准主要在于推进环保、排放等问题，都是To B类型的，也就是给车企打分，你仔细想想，哪个车主真的很在意过排放测试结果和油耗结果。当电动车加入测试后，续航成为了To C类型，车主十分关注续航测试结果，导致原本只是一个控制变量后的参考值，用于监管车企，最终成为了车企用于宣传的工具。







导致不同地区的测试标准“难度”不同的根本原因其实在于制度，就像CNCAP与EUNCAP差不多，中国一直都是参考欧洲区的多，因为背后的监管机构和政策都比较相近，即监管测试机构本质上是“一巴掌加一个糖豆”的做法，也就是起到监管的作用同时，还需要促进整个行业的发展。美国则稍有不同，监管机构是“只管杀不管埋”，也就是车企不符合标准，没关系，暂时没发现，一旦发现，先罚款50亿

谢谢分享！

自讨苦吃

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