电动乘用车能量密度及续驶里程2020年度报告

刘洋 董学锋

（1.北京航空航天大学，北京 100191；2.国汽（北京）汽车轻量化技术研究院有限公司，北京 100176）

主题词：电动乘用车 能量密度 续驶里程

1 前言

2014年8月至2020年12月，工信部先后发布了38批《免征车辆购置税的新能源汽车车型目录》（以下简称《目录》）。文献[1-2]分别以《目录》2014—2017年（第1～15批）、2014—2019年（第1～29批）2组时间跨度内的发布数据为研究内容，从动力电池能量密度、整车能量密度和续驶里程的角度出发，对所发布的电动乘用车产品进行了统计特征描述，并通过回归分析对各指标的发展趋势进行了预测。

本文在前述研究的基础上，继续围绕动力电池能量密度、整车能量密度和续驶里程，重点分析2020年度《目录》所公布的产品数据（第30～38批）。对于动力电池的低温工作性能，本研究将结合近期部分代表性电动车的实测数据[3-5]进行剖析。

2 动力电池系统能量密度

2.1 2020年产品动力电池的能量密度

2020年《目录》在纯电动汽车领域共发布415条乘用车产品数据，受市场和国家相关政策调整的因素影响，发布产品数量相比2019年（448项）有所回落，与文献[2]预测结果吻合。

动力电池能量密度被定义为单位质量动力蓄电池组所存储的标称能量。沿袭先例，图1对2020年电动乘用车产品的动力电池能量密度进行了统计特性表征。2020年共有8款车型的动力电池密度超过180（±2.5）W·h/kg，相比2019年大幅增加。

2.2 近7年电池能量密度的发展

表1以50,55,…,195 W·h/kg为区间中心，5 W·h/kg（±2.5 W·h/kg）为区间宽度，统计了2014～2020年间动力电池能量密度的分布情况。通过监测年度数据的边界移动情况，可以较为直观的发现近7年来，乘用车产品的动力电池能量密度总体上呈逐年提升的态势。

表1 2014—2020动力电池能量密度分布 个

图2通过电池能量密度的年度统计平均值，定量地表征了我国电动乘用车产品动力电池组系统性能的发展历程。值得注意的是，与2019年相比，2020年度新车型动力电池平均能量密度（146.42 W·h/kg）几乎未有增长，其增幅显著低于预期。按照2019年的趋势测算[2]，2020年的动力电池平均能量密度可达156.61 W·h/kg，动力电池技术发展的增速呈现明显放缓趋势。

图2 动力电池能量密度的年度变化

3 整车能量密度

3.1 2020年度产品的整车能量密度

整车能量密度是决定电动汽车续驶里程的主要因素，它被定义为动力电池标称能量与整备质量之比。与动力电池能量密度表征电池系统本身的储电能力不同，整车能量密度一定程度上反映了产品的实际使用潜能。当同一车型由于配置不同有多个整备质量时，本文使用整备质量平均值计算该车型的整车能量密度。

2020年《目录》中所有电动乘用车产品的NEDC续驶里程与对应的整车能量密度已绘制成图3（左），利用对数函数对离散数据进行拟合，拟合优度（R2）为0.87。

图3 2020年NEDC续驶里程与整车能量密度的关系

2020年发布产品的整车能量密度大体呈正态分布。33～35 W·h/kg的产品数量最多，共计67个车型。44（±1）W·h/kg及以上级别的车型数为13个，相比去年同水平的车型数（3个）大幅提升。

3.2 近7年产品整车能量密度的发展

表2回顾了2014—2020年间《目录》发布的电动乘用车产品整车能量密度的统计分布情况。涵盖当年样本总数50%以上（大于50%时取最接近50%的区间，见加粗字体）的整车能量密度分布区间分别为：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整车能量密度分布 个

图4整理了7年来整车能量密度的年度统计平均值。尽管整车能量密度总体上呈逐年上升的态势，但相比去年，2020年的增长速度有所回落。预计2021年度该指标平均值为35.55 W·h/kg。

图4 整车能量密度的年度变化

4 电动乘用车续驶里程

4.1 2020年度产品的续驶里程

图5从产品实用性能出发，以整车能量密度为自变量，统计了2018—2020年3年间《目录》发布车型的NEDC续驶里程分布情况，并通过线性拟合获得各年份的近似分布规律。拟合曲线斜率一定程度上反映了当年度电动乘用车产品的总体技术水平，2020年每单位整车能量密度能够提供的NEDC续驶里程为17.51 km，达到了《目录》公布以来的历史最高值。但相较2018和2019年的同项指标增速开始减缓。

图5 续驶里程与整车能量密度的关系

4.2 近年电动乘用车续驶里程的发展

续驶能力是电动类产品消费者最关心的指标之一。图6对2016—2020年《目录》公布电动乘用车车型的NEDC续驶里程进行了统计。5年来，我国电动乘用车续驶里程稳步提升。继2019年续驶里程首次突破600 km以来，2020年共有30款车型续驶能力在该水平之上，更有4款车型突破700 km。

图6 续驶里程年度统计

7年来电动乘用车产品的平均续驶里程总体呈直线上升的态势（见图7），动力电池系统的综合性能得到持续突破和提升。回归分析结论显示，2021年度我国电动乘用车平均续驶里程将突破430 km关口，向440 km发起冲刺。

图7 续驶里程的年度变化

5 电动乘用车低温工作表现

2019年2月以来，有专业测评团队围绕电动乘用车冬季低温严寒环境下的实际驾驶性能，先后组织25个车型开展了3批次实测工作[3-5]。受测车型均为当时具有代表性的热销或热点车型。本文通过聚焦低温条件下测试样本的高（低）速续驶里程、高（低）速衰减度以及实测百米加速时间等指标描述近期市场上主流车型低温下的工作表现。

表4 电动汽车低温测试结果（2019年12月）[4]

表5 电动汽车低温测试结果（2019年02月）[3]

需要强调的是，3次实测的测试项目不尽相同，某些测试项目的测试方法也不完全一致（如低温下高、低速续驶里程测试），测试场地、路线、路况乃至温度条件亦未做统一规范，因此对于某些指标而言，3组测试结果间的横向比较意义不大。测试条件及数据见表3～5。为表述方便，表3～5已隐去各受测车型的品牌、型号等信息，并用编号代替。待测试方法成熟、测试条件完善后系列结果将被持续关注。

表3 电动汽车低温测试结果（2020年12月）[5]

3期测试中，受测车型的电池组容量与NEDC续驶里程的整体水平均持续增长。低温条件下，车辆的低速（30±2 km/h）续驶里程普遍高于高速（70±2 km/h）续驶里程。若定义续驶衰减度为实际续驶里程（低温下）相较NEDC续驶里程减小的百分比，则高速续驶衰减度平均比低速续驶衰减度高9.4%。受测样本的0～100 km/h加速时间与官方数据（标准测试温度下获得）相差较小，低温对其影响不明显。

6 结束语

2020年我国电动乘用车产品的平均动力电池总能量达到了51.16 kW·h，较2019年实现了5.5%的增长。但由于电池系统总质量（平均值）也较上一年增长了3.3%，故动力电池的平均能量密度仅实现微幅增长。值得注意的是，180 W·h/kg以上具有尖端蓄电能力的车型数量明显增多，高新电池系统的研发技术仍在持续发力。尽管平均整备质量创下了1 538.66 kg的历史新高，2020年我国电动乘用车产品的整车能量密度仍有所上升，平均续驶里程更延续了一贯的高速增长态势。这从侧面反映了在动力电池组及整车双双增重的大背景下，电池系统蓄电能力的稳步跃升，更反映了整车轻量化工作持续深入推进的紧迫性和必要性。表6汇总了2020年上述指标的统计均值，并对2021年总体发展水平进行了预测。

表6 2020电动乘用车能量密度及续驶里程一览

连续3期的冬季电动乘用车实际驾驶性能测评数据显示，低温环境下电动乘用车的实际续驶里程比NEDC续驶里程平均降低46%左右，高速状态下续驶里程衰减更快。如何提升动力电池在低温下的工作表现仍是研究人员的重要命题。该系列测评结果也将被持续关注和追踪。