一、四个标准的定义
为了让大家更好地理解这几个标准,需要先介绍下这几个标准的定义。懂定义的也可以直接从第二部分开始看。
1.EPA:全称是Environmental Protection Agency Federal Test Procedure,美国环保部1978年制定的标准[1]。测试里程28.5公里(17.71英里),平均车速46.82km/h(29.08mph)[2][3],是四个标准中车速最高的。
EPA城市测试循环
EPA高速测试循环
2.NEDC:全称是New European Driving Cycle,联合国欧洲经济委员会(UNECE)1970年制定的标准。测试里程10.9公里,平均车速33.6km/h[4]。中国在2021年前一直用NEDC作为燃油车、电动车的测试标准。
3.WLTP:全称是Worldwide-harmonized Light-duty-vehicles Test Procedure,联合国欧洲经济委员会(UNECE)2018年开始执行,用于替换过时的NEDC标准。测试里程23.25公里,平均车速46.5km/h[5],跟EPA的46.82km/h几乎一样。
4.CLTC:全称是China Light-duty-vehicles Test Cycle,是中国工信部委托中汽研制定的标准,2021年10月1日开始实施,用于替换欧洲NEDC标准。测试里程14.48公里,平均车速28.96km/h,是四个标准中车速最低的。
我做了张图,总结一下:
美国EPA标准是高速占比最大,最接近美国人一出门就上高速的真实使用环境的;
欧洲从NEDC切换至WLTP后,高速占比大大提升,平均车速与EPA几乎一样;
中国从NEDC切换至CLTC后,高速占比甚至比NEDC还低,平均速度29km/h其实是符合大部分中国司机每天在路上堵车的实际情况的。
二、影响电动车续航的因素
要想知道四个测试标准哪个最接近真实续航,我们首先要搞清楚影响电动车续航的因素。
1.电机效率:
大家都知道电机是把电能转化成机械能的部件,通俗的讲,就是把电池中的电能转化为车轮的驱动力。但受实际情况所限,电机并不能把输入的电能100%转化为机械能。
目前的电机最高效率可达95%左右,这个效率的意思是给电机输入100度电,电机可以向车轮输出95度的驱动力。那么损失的5%电能去哪儿了呢?去了铜损(电阻发热损耗)、铁损(磁滞损耗和涡流损耗)、机械损耗(机械摩擦)。
但这个95%的电机效率,是指理想状态下的最高效率,电动车的电机其实在大部分工作环境里都无法达到这个最佳状态的。
以下是某台电机的效率分布图,只有在那块深红色的区域,才能达到94%的最高效率。可以看到影响电机效率的因素有扭矩、转速。
如果我们不考虑电动车的爬坡、加减速,只考虑理想的匀速行驶,那么影响电机效率的因素就是速度。速度过高或高低,电机效率都会下降。
要想提高续航,最好把车速控制在电机最高效率区间。以我开了5万公里电动车的经验来看,我那台电动车如果行驶在60~80km/h附近,是最省电的。
2.风阻:
汽车行驶时需要克服四种阻力:风阻、轮胎滚阻、加速阻力、坡度阻力。我们接下来一一讨论。
风阻的公式是[6]:
从以上公式中可以看到,影响一台车风阻的因素中,空气密度、风阻系数、正面面积都是固定的常数,只有车速是变量,而且风阻跟车速的平方成正比!也就是说,车速增加一倍,风阻直接变成四倍!
上图是某台车风阻与车速的关系图,可以看到速度从60km/h提升到120km/h,风阻从50牛直接提高到了200牛!而且车速超过80km/h后,空气阻力就超过其他阻力,成为第一大阻力来源。
如果想开电车省电,在高速上就只能在右侧车道龟速行驶了。
3.轮胎滚阻:
轮胎滚动阻力主要受车速、胎压、路面类型、轮胎配方的影响,如下图所示:
针对以上四个滚阻影响因素,普通车主能做的就是:车速不要太快、适当调高胎压、选择平整的道路行驶、选择低滚阻轮胎(例如电动车专用的米其林PS EV)。
4.加速阻力:
汽车加速时,相比匀速行驶需要克服额外阻力,还好现在的电动车都有能量回收系统,每当司机松开油门或者踩刹车时,能量回收系统会让电机反转发电,将发出的电存储在动力电池中。
但这并不意味着鼓励司机频繁加速、加速,因为能量回收系统并不能将电池输出的能量100%回收,估计目前的回收效率在50%~70%,所以为了省电,建议还是保持在80km/h左右匀速行驶。
回收的能量可以占到总能耗的34%(数据来源:绿芯频道)
5.气温:
由因为离子的活性受气温影响巨大,所以过低气温会影响电芯容量,夏天满电100度的电池包,到了冬天可能只有98度的容量;而且气温过高或过低时,座舱和电池包都需要降温或升温,降温或升温的过程也需要消耗电量,尤其是冬天的升温制热。
下图是某款车在夏季和冬季的能耗测试,同样车速下,冬天能耗大概比夏天能耗高出3kWh/100km。
以我自己的车为例,我喜欢在气温合适的日子里打开车窗呼吸车外空气,不开冷气或暖气,真实电耗甚至会优于NEDC标准。
NEDC标称12.8kWh/100km,不开空调的话,经常被我开到12以下
6.其他用电器
除了空调的能耗,自动驾驶的各类传感器、域控制器,智能座舱的大屏、仪表、音响,电机控制器里的功率半导体原件、电池包液冷循环的水泵,虽然功率比动力电机小很多,但也是要耗电的。
如果真的碰到了在高速上续航只剩一二十公里,离下一个充电站还很远的极端情况,建议干脆关掉暖风、座椅加热、音响、自动驾驶,让宝贵的电量优先供给电机,至少可以多跑好几公里,以解燃眉之急。
7.是否下雨
我每个月都会开电动车跑长途,一般把速度控制在110km/h左右,无论冬天还是夏天,都可以跑出16kWh/100km左右的电耗,满电续航大概470公里。
但有一次暴雨天,高速路上全是积水,轮胎阻力明显增加,直到续航报警,也只跑了398.6公里,电耗高达20.1kWh/100km,可见雨天大概会增加25%左右的单位电耗,续航里程会降低20%左右。
如果可以选择出行日期,电动车主可以避开雨天出行。
三、哪个因素最重要
从以上7项因素可以看出,电机效率、风阻、轮胎滚阻都与车速相关,过了某个速度后(例如80km/h以上,每台车的特性不一样),三者都是随着车速的上升而阻力变大。
所以我们可以得出一个不严谨的结论:四个标准中谁的平均车速越低,谁的续航里程就越长。CLTC测试的平均车速仅为29km/h,是四个标准中最低的,用它测出来的电动车续航最长也就不足为奇了。
其实这几个测试标准被制定的时候,电动车销量还很小,所以这几个标准制定的初衷并不是测试电动车续航里程的,而是用于测试燃油车百公里油耗的。
只不过电动车恰好占到了“车速越低越省电”的便宜,才导致了:
放在燃油车上,这几个标准的严苛程度排序是:CLTC>NEDC>WLTP>EPA
放在电动车上,这几个标准的严苛程度变成了:EPA>WLTP>NEDC>CLTC
妥妥的大反转呀!
那为何燃油车速度越高越省油呢?
是因为发动机的最高热效率,一般出现在高转速、高功率区间,而只有在高速状态下,发动机效率才能从怠速、低速时的10%上升至37%左右[7]。
虽然车速越高,燃油车的风阻、轮胎滚阻也越大,但高车速让热效率提升到原来的四倍,弥补了风阻、轮胎滚阻的上升。
所以,影响燃油车能耗的首要因素是发动机热效率,而影响电动车能耗的首要因素是风阻!
四、结论
如果你的行驶环境是不开冷风/暖风、不跑高速,你很有可能跑到CLTC或NEDC续航里程;
如果你的行驶环境是开冷风,不跑高速,你很有可能跑到WLTP续航里程;
如果你的行驶环境是开暖风,跑高速,你很有可能跑到EPA续航里程;
如果你的行驶环境是开暖风最大温度、最大风量,跑高速,你很有可能连EPA续航里程也跑不到。