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干货|电动车续航造假,是谁在欺骗你?

来源:新能源汽车网
时间:2020-03-24 07:02:32
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干货|电动车续航造假,是谁在欺骗你?在各类电动车交流平台中,类似的对话屡见不鲜。这种状况像极了当年智能手机刚出来那会儿,论坛中充斥着关于“充满电能用多久”的话题,却罕有一致的意见。

在各类电动车交流平台中,类似的对话屡见不鲜。这种状况像极了当年智能手机刚出来那会儿,论坛中充斥着关于“充满电能用多久”的话题,却罕有一致的意见。

拥有一辆车带来的最大改变,就是活动半径的增加,只要你愿意,可以在任何时候踏上一场“说走就走的远行”,即便你很少长途驾驶,但重点在于拥有自由选择的“权力”。这就是为什么尽管不少电动车的续航已经不输燃油车,但由于补能设施数量和补能速度与燃油车仍有差距,所以提速快、行驶安静、单踏板驾驶方便、用车成本低……这些电动车的优点,在“续航焦虑”问题面前似乎不堪一击。

通过车企的宣传也不难看出市场的“一致性”,几乎所有电动车的广告和传播中,续航一定是作为最重要的数据摆在醒目的位置。如果没有这么做,不用多想,大概率是续航表现不尽人意。

不过对于电动车如此重要的参数,续航一直被诟病存在“虚标”现象,实际续航远低于厂商宣传的标称续航。例如有些电动车,标称续航200公里,实际续航仅有100公里左右,高速行驶的续航可能100公里都没有,甚至如果遇到冬天或者夏天需要开空调,可能就更低了。

那么问题来了,为何有的人能够跑出比标称续航更长的数据,难道他们真的都是托么?要想弄清楚这个问题,得从电动车续航受哪些因素影响,以及电动车的标称数据的来源说起。

是什么扼杀了续航

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EPA<WLTP<国标工况法(CLTC)<NEDC<60等速。(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,是最为接近平时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。

(EPA颁发的能耗合格证示意图)

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,所以无论是美国的EPA测试还是IIHS测试,都偏“严格”。

当然,作为消费者肯定希望测试越严格越好,这样购买到的产品会相对放心。但是换个角度以国家监管部门来看,如果一个老师出的卷子,全班及格率不足50%,是不是这届学生就直接“废了”呢?

不过时代在变化,野蛮生长期逐渐褪去,国家的“保护政策”逐渐取消,接下来车企将面对的是纯粹的市场竞争,“是骡子是马,拉出来溜溜指就知道了”。至于那些还执迷不悟,以小学成绩“冒充”研究生毕设的车企,自己琢磨消费者会怎么选择吧。

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