來自電動汽車冬季續(xù)航里程的焦慮

凜冬已至，隨著氣溫逐漸降低到零下，電動汽車在冬季的行駛能耗不斷上升，直接導(dǎo)致掉電極快。此前中汽研發(fā)布的一組數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)室外溫度為-7℃、車內(nèi)22℃時，純電動汽車的平均續(xù)航里程將下降39%之多，而如果是不具備電池溫控系統(tǒng)的微型電動車，電量則會下降60%之多。

為何掉電快？

純電動車型在冬季續(xù)航里程打折確實是一大通病，其中很大一部分的原因是鋰電池內(nèi)部的電化學(xué)特性所導(dǎo)致的。

電池的充放電原理為：電池在充電時正極的Li離子和電解液中的Li離子向負(fù)極聚集，得到電子，被還原成Li鑲嵌在負(fù)極的碳素材料中。放電時鑲嵌在負(fù)極碳素材料中的Li失去電子，進(jìn)入電解液，電解液內(nèi)的Li離子向正極移動。

然而在低溫條件下，電池內(nèi)部的電解液會變得更加黏稠，Li離子遷移的速率、材料本身的導(dǎo)電性都會降低，電解液的活性會下降，最終影響電池充放電效率降低以及容量下降，尤其是磷酸鐵鋰電池本身耐低溫效果就比較差。

其次，隨著冬季氣溫下降，汽車的傳動系統(tǒng)阻力也會產(chǎn)生變化。比如-7℃的空氣密度是25℃空氣密度的1.12倍，車輛行進(jìn)時的空氣阻力自然變大，風(fēng)阻系數(shù)成為了耗電的關(guān)鍵因素。并且，傳動系統(tǒng)里的潤滑油脂在氣溫降低后會變得更加黏稠，效率也會發(fā)生變化，從而增加驅(qū)動電耗，導(dǎo)致電動汽車在冬天用同樣的動力行駛，消耗的電量比其他季節(jié)更多。

除此之外，空調(diào)暖風(fēng)也是一大“罪魁禍?zhǔn)住薄Ｒ豁椩囼灡砻?，電動汽車?7℃標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試時，空調(diào)耗電比例一般占整車電耗的20%~25%。

此前，北汽新能源研究院副院長代康偉在“冬季續(xù)航到底去哪了？”的主題沙龍活動上表示，燃油車空調(diào)系統(tǒng)的熱源來自發(fā)動機(jī)余熱，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)化效率用在動力上僅占40%左右，剩余60%的熱量轉(zhuǎn)換完全可以滿足駕乘人員空調(diào)采暖需求。然而電動汽車沒有發(fā)動機(jī)，所有加熱所需能量都要從動力電池處額外獲取，因此空調(diào)系統(tǒng)的使用也成為電動汽車冬季電耗的主要來源。

破局之法

就像人們到了冬天要穿棉襖羽絨服御寒，電動汽車動力電池在冬天同樣需要做保暖措施，要將電池溫度保持在10℃以上，才能正常存放電。

增加電池的保溫性能、提升空調(diào)熱泵效率、加強動力回收效能、優(yōu)化電池系統(tǒng)的熱管理設(shè)計等，成為了各大車廠、電池廠商持續(xù)優(yōu)化冬季續(xù)航里程的主要措施。

為了減弱電池在低溫環(huán)境下的影響，行業(yè)內(nèi)普遍的做法是采用PTC加熱系統(tǒng)（正溫度系數(shù)很大的元器件）來給電池加熱，讓電池能夠處于正常的工作狀態(tài)。換句話說也就是車端通過PTC加熱系統(tǒng)來對冷卻液進(jìn)行加熱，加熱后的冷卻液流入電池?zé)峁芾砹鞯?，起到對電池進(jìn)行升溫加熱的作用。

不過，PTC加熱技術(shù)對車輛的電控系統(tǒng)提出了更高要求。因為加熱技術(shù)會帶來一些安全上的風(fēng)險，比如PTC加熱到一定溫度后不能及時停下，繼續(xù)加熱可能會引發(fā)電池的熱失控。

除了采用PTC加熱方式外，北汽新能源還在研究兩項創(chuàng)新的技術(shù)：超低溫冷啟動以及全氣候電池，以提升加熱效率。

據(jù)報道，超低溫冷啟動的技術(shù)原理是利用低溫下電芯內(nèi)阻增大的特性，通過高頻大電流脈沖充/放電實現(xiàn)快速加熱效果。與傳統(tǒng)PTC加熱方式比，由于電芯內(nèi)自發(fā)熱，這項技術(shù)溫度一致性更好。

全氣候電池技術(shù)則是通過給電芯間鎳片通電生熱的方式，快速向電芯傳熱使其升溫。

為解決充電效率的問題，現(xiàn)在不少車輛都增加了低溫充電預(yù)熱電池的功能，即在充電的過程中多分出一部分電量用于發(fā)熱來保障電池處于合適工況。例如特斯拉推出過的“沿途電池預(yù)熱”功能，當(dāng)車主通過手機(jī)向車輛發(fā)出尋找超級充電樁的指令時，系統(tǒng)就會自動給電池進(jìn)行加熱，保證了電池在充電前就已經(jīng)達(dá)到了最佳的充電溫度。

威馬汽車給出的解決方案是在純電動汽車上搭載一臺柴油加熱器。該工作方式類似于熱水器，通過燃料燃燒對管道內(nèi)的液體進(jìn)行加熱，讓電池包適應(yīng)不同環(huán)境溫度區(qū)間，保持穩(wěn)定性，確保電池在充放電過程中處在最佳溫度區(qū)間。

此外，寧德時代官網(wǎng)信息顯示，寧德時代正在發(fā)展自控溫技術(shù)，電池溫度從-20℃躍升至10℃僅需15分鐘。

為應(yīng)對空調(diào)能耗高的情況，不少車企為電動汽車配備了熱泵空調(diào)，通過低沸點制冷劑液化放熱的原理來輔助制熱，減少耗能。

結(jié)尾

隨著電動化技術(shù)的不斷發(fā)展，低溫改善技術(shù)也在穩(wěn)步推進(jìn)中，代康偉表示，包括改善導(dǎo)電率，即通過調(diào)整電解液材料配方優(yōu)化低溫下電解液的黏稠度，減小阻力；在磷酸鐵鋰正極材料上進(jìn)行碳包覆，讓Li離子移動更加通暢等都取得了一定效果。

以三元鋰電池為例，在-7℃的試驗環(huán)境下，2018年電池保持率能到85%的活性已經(jīng)很高了，到了2020年，同樣環(huán)境下電池活性已經(jīng)可以釋放到92%~93%。

話說回來，在現(xiàn)有的技術(shù)下提高電動汽車的冬季續(xù)航里程，還可以通過一些簡單的用車技巧實現(xiàn)，比如盡量將電動汽車停放于地庫等溫度相對高一些的地方；行車時可選擇開啟動力回收模式增加續(xù)航里程；在電池尚有余溫時及時充電，增加充電效率；充電完成后不急于拔槍，利用充電設(shè)施對電池的保溫作用；冬季行駛時車輛應(yīng)緩慢加速，盡量避免猛加速、急給油門，導(dǎo)致車輛頻繁大功率的放電。

隨著電化學(xué)儲能行業(yè)的整體技術(shù)水平和工藝水平持續(xù)提升，電池安全性、循環(huán)壽命、充放電效率等性能持續(xù)改進(jìn)，電池技術(shù)不斷成熟，未來氣溫對于電池續(xù)航的影響將變得“微乎其微”。

來源：汽車電子應(yīng)用網(wǎng)