電動乘用車能量密度及續(xù)駛里程2020年度報告

劉洋 董學鋒

（1.北京航空航天大學，北京 100191；2.國汽（北京）汽車輕量化技術(shù)研究院有限公司，北京 100176）

主題詞：電動乘用車 能量密度 續(xù)駛里程

1 前言

2014年8月至2020年12月，工信部先后發(fā)布了38批《免征車輛購置稅的新能源汽車車型目錄》（以下簡稱《目錄》）。文獻[1-2]分別以《目錄》2014—2017年（第1～15批）、2014—2019年（第1～29批）2組時間跨度內(nèi)的發(fā)布數(shù)據(jù)為研究內(nèi)容，從動力電池能量密度、整車能量密度和續(xù)駛里程的角度出發(fā)，對所發(fā)布的電動乘用車產(chǎn)品進行了統(tǒng)計特征描述，并通過回歸分析對各指標的發(fā)展趨勢進行了預測。

本文在前述研究的基礎(chǔ)上，繼續(xù)圍繞動力電池能量密度、整車能量密度和續(xù)駛里程，重點分析2020年度《目錄》所公布的產(chǎn)品數(shù)據(jù)（第30～38批）。對于動力電池的低溫工作性能，本研究將結(jié)合近期部分代表性電動車的實測數(shù)據(jù)[3-5]進行剖析。

2 動力電池系統(tǒng)能量密度

2.1 2020年產(chǎn)品動力電池的能量密度

2020年《目錄》在純電動汽車領(lǐng)域共發(fā)布415條乘用車產(chǎn)品數(shù)據(jù)，受市場和國家相關(guān)政策調(diào)整的因素影響，發(fā)布產(chǎn)品數(shù)量相比2019年（448項）有所回落，與文獻[2]預測結(jié)果吻合。

動力電池能量密度被定義為單位質(zhì)量動力蓄電池組所存儲的標稱能量。沿襲先例，圖1對2020年電動乘用車產(chǎn)品的動力電池能量密度進行了統(tǒng)計特性表征。2020年共有8款車型的動力電池密度超過180（±2.5）W·h/kg，相比2019年大幅增加。

2.2 近7年電池能量密度的發(fā)展

表1以50,55,…,195 W·h/kg為區(qū)間中心，5 W·h/kg（±2.5 W·h/kg）為區(qū)間寬度，統(tǒng)計了2014～2020年間動力電池能量密度的分布情況。通過監(jiān)測年度數(shù)據(jù)的邊界移動情況，可以較為直觀的發(fā)現(xiàn)近7年來，乘用車產(chǎn)品的動力電池能量密度總體上呈逐年提升的態(tài)勢。

表1 2014—2020動力電池能量密度分布 個

圖2通過電池能量密度的年度統(tǒng)計平均值，定量地表征了我國電動乘用車產(chǎn)品動力電池組系統(tǒng)性能的發(fā)展歷程。值得注意的是，與2019年相比，2020年度新車型動力電池平均能量密度（146.42 W·h/kg）幾乎未有增長，其增幅顯著低于預期。按照2019年的趨勢測算[2]，2020年的動力電池平均能量密度可達156.61 W·h/kg，動力電池技術(shù)發(fā)展的增速呈現(xiàn)明顯放緩趨勢。

圖2 動力電池能量密度的年度變化

3 整車能量密度

3.1 2020年度產(chǎn)品的整車能量密度

整車能量密度是決定電動汽車續(xù)駛里程的主要因素，它被定義為動力電池標稱能量與整備質(zhì)量之比。與動力電池能量密度表征電池系統(tǒng)本身的儲電能力不同，整車能量密度一定程度上反映了產(chǎn)品的實際使用潛能。當同一車型由于配置不同有多個整備質(zhì)量時，本文使用整備質(zhì)量平均值計算該車型的整車能量密度。

2020年《目錄》中所有電動乘用車產(chǎn)品的NEDC續(xù)駛里程與對應(yīng)的整車能量密度已繪制成圖3（左），利用對數(shù)函數(shù)對離散數(shù)據(jù)進行擬合，擬合優(yōu)度（R2）為0.87。

圖3 2020年NEDC續(xù)駛里程與整車能量密度的關(guān)系

2020年發(fā)布產(chǎn)品的整車能量密度大體呈正態(tài)分布。33～35 W·h/kg的產(chǎn)品數(shù)量最多，共計67個車型。44（±1）W·h/kg及以上級別的車型數(shù)為13個，相比去年同水平的車型數(shù)（3個）大幅提升。

3.2 近7年產(chǎn)品整車能量密度的發(fā)展

表2回顧了2014—2020年間《目錄》發(fā)布的電動乘用車產(chǎn)品整車能量密度的統(tǒng)計分布情況。涵蓋當年樣本總數(shù)50%以上（大于50%時取最接近50%的區(qū)間，見加粗字體）的整車能量密度分布區(qū)間分別為：2014年（13～19）W·h/kg，2015年（17～21）W·h/kg，2016年（17～23）W·h/kg，2017年（19～27）W·h/kg，2018年（27～33）W·h/kg，2019年（27～33）W·h/kg，2020年（29～37）W·h/kg。

表2 2014—2020整車能量密度分布 個

圖4整理了7年來整車能量密度的年度統(tǒng)計平均值。盡管整車能量密度總體上呈逐年上升的態(tài)勢，但相比去年，2020年的增長速度有所回落。預計2021年度該指標平均值為35.55 W·h/kg。

圖4 整車能量密度的年度變化

4 電動乘用車續(xù)駛里程

4.1 2020年度產(chǎn)品的續(xù)駛里程

圖5從產(chǎn)品實用性能出發(fā)，以整車能量密度為自變量，統(tǒng)計了2018—2020年3年間《目錄》發(fā)布車型的NEDC續(xù)駛里程分布情況，并通過線性擬合獲得各年份的近似分布規(guī)律。擬合曲線斜率一定程度上反映了當年度電動乘用車產(chǎn)品的總體技術(shù)水平，2020年每單位整車能量密度能夠提供的NEDC續(xù)駛里程為17.51 km，達到了《目錄》公布以來的歷史最高值。但相較2018和2019年的同項指標增速開始減緩。

圖5 續(xù)駛里程與整車能量密度的關(guān)系

4.2 近年電動乘用車續(xù)駛里程的發(fā)展

續(xù)駛能力是電動類產(chǎn)品消費者最關(guān)心的指標之一。圖6對2016—2020年《目錄》公布電動乘用車車型的NEDC續(xù)駛里程進行了統(tǒng)計。5年來，我國電動乘用車續(xù)駛里程穩(wěn)步提升。繼2019年續(xù)駛里程首次突破600 km以來，2020年共有30款車型續(xù)駛能力在該水平之上，更有4款車型突破700 km。

圖6 續(xù)駛里程年度統(tǒng)計

7年來電動乘用車產(chǎn)品的平均續(xù)駛里程總體呈直線上升的態(tài)勢（見圖7），動力電池系統(tǒng)的綜合性能得到持續(xù)突破和提升?；貧w分析結(jié)論顯示，2021年度我國電動乘用車平均續(xù)駛里程將突破430 km關(guān)口，向440 km發(fā)起沖刺。

圖7 續(xù)駛里程的年度變化

5 電動乘用車低溫工作表現(xiàn)

2019年2月以來，有專業(yè)測評團隊圍繞電動乘用車冬季低溫嚴寒環(huán)境下的實際駕駛性能，先后組織25個車型開展了3批次實測工作[3-5]。受測車型均為當時具有代表性的熱銷或熱點車型。本文通過聚焦低溫條件下測試樣本的高（低）速續(xù)駛里程、高（低）速衰減度以及實測百米加速時間等指標描述近期市場上主流車型低溫下的工作表現(xiàn)。

表4 電動汽車低溫測試結(jié)果（2019年12月）[4]

表5 電動汽車低溫測試結(jié)果（2019年02月）[3]

需要強調(diào)的是，3次實測的測試項目不盡相同，某些測試項目的測試方法也不完全一致（如低溫下高、低速續(xù)駛里程測試），測試場地、路線、路況乃至溫度條件亦未做統(tǒng)一規(guī)范，因此對于某些指標而言，3組測試結(jié)果間的橫向比較意義不大。測試條件及數(shù)據(jù)見表3～5。為表述方便，表3～5已隱去各受測車型的品牌、型號等信息，并用編號代替。待測試方法成熟、測試條件完善后系列結(jié)果將被持續(xù)關(guān)注。

表3 電動汽車低溫測試結(jié)果（2020年12月）[5]

3期測試中，受測車型的電池組容量與NEDC續(xù)駛里程的整體水平均持續(xù)增長。低溫條件下，車輛的低速（30±2 km/h）續(xù)駛里程普遍高于高速（70±2 km/h）續(xù)駛里程。若定義續(xù)駛衰減度為實際續(xù)駛里程（低溫下）相較NEDC續(xù)駛里程減小的百分比，則高速續(xù)駛衰減度平均比低速續(xù)駛衰減度高9.4%。受測樣本的0～100 km/h加速時間與官方數(shù)據(jù)（標準測試溫度下獲得）相差較小，低溫對其影響不明顯。

6 結(jié)束語

2020年我國電動乘用車產(chǎn)品的平均動力電池總能量達到了51.16 kW·h，較2019年實現(xiàn)了5.5%的增長。但由于電池系統(tǒng)總質(zhì)量（平均值）也較上一年增長了3.3%，故動力電池的平均能量密度僅實現(xiàn)微幅增長。值得注意的是，180 W·h/kg以上具有尖端蓄電能力的車型數(shù)量明顯增多，高新電池系統(tǒng)的研發(fā)技術(shù)仍在持續(xù)發(fā)力。盡管平均整備質(zhì)量創(chuàng)下了1 538.66 kg的歷史新高，2020年我國電動乘用車產(chǎn)品的整車能量密度仍有所上升，平均續(xù)駛里程更延續(xù)了一貫的高速增長態(tài)勢。這從側(cè)面反映了在動力電池組及整車雙雙增重的大背景下，電池系統(tǒng)蓄電能力的穩(wěn)步躍升，更反映了整車輕量化工作持續(xù)深入推進的緊迫性和必要性。表6匯總了2020年上述指標的統(tǒng)計均值，并對2021年總體發(fā)展水平進行了預測。

表6 2020電動乘用車能量密度及續(xù)駛里程一覽

連續(xù)3期的冬季電動乘用車實際駕駛性能測評數(shù)據(jù)顯示，低溫環(huán)境下電動乘用車的實際續(xù)駛里程比NEDC續(xù)駛里程平均降低46%左右，高速狀態(tài)下續(xù)駛里程衰減更快。如何提升動力電池在低溫下的工作表現(xiàn)仍是研究人員的重要命題。該系列測評結(jié)果也將被持續(xù)關(guān)注和追蹤。