资料下载
来自电动汽车冬季续航里程的焦虑
李鸿洋
分享资料个
凛冬已至，随着气温逐渐降低到零下，电动汽车在冬季的行驶能耗不断上升，直接导致掉电极快。此前中汽研发布的一组数据显示，当室外温度为-7℃、车内22℃时，纯电动汽车的平均续航里程将下降39%之多，而如果是不具备电池温控系统的微型电动车，电量则会下降60%之多。
为何掉电快？
纯电动车型在冬季续航里程打折确实是一大通病，其中很大一部分的原因是锂电池内部的电化学特性所导致的。
电池的充放电原理为：电池在充电时正极的Li离子和电解液中的Li离子向负极聚集，得到电子，被还原成Li镶嵌在负极的碳素材料中。放电时镶嵌在负极碳素材料中的Li失去电子，进入电解液，电解液内的Li离子向正极移动。
然而在低温条件下，电池内部的电解液会变得更加黏稠，Li离子迁移的速率、材料本身的导电性都会降低，电解液的活性会下降，最终影响电池充放电效率降低以及容量下降，尤其是磷酸铁锂电池本身耐低温效果就比较差。
其次，随着冬季气温下降，汽车的传动系统阻力也会产生变化。比如-7℃的空气密度是25℃空气密度的1.12倍，车辆行进时的空气阻力自然变大，风阻系数成为了耗电的关键因素。并且，传动系统里的润滑油脂在气温降低后会变得更加黏稠，效率也会发生变化，从而增加驱动电耗，导致电动汽车在冬天用同样的动力行驶，消耗的电量比其他季节更多。
除此之外，空调暖风也是一大“罪魁祸首”。一项试验表明，电动汽车以-7℃标准进行测试时，空调耗电比例一般占整车电耗的20%~25%。
此前，北汽新能源研究院副院长代康伟在“冬季续航到底去哪了？”的主题沙龙活动上表示，燃油车空调系统的热源来自发动机余热，发动机的转化效率用在动力上仅占40%左右，剩余60%的热量转换完全可以满足驾乘人员空调采暖需求。然而电动汽车没有发动机，所有加热所需能量都要从动力电池处额外获取，因此空调系统的使用也成为电动汽车冬季电耗的主要来源。
破局之法
就像人们到了冬天要穿棉袄羽绒服御寒，电动汽车动力电池在冬天同样需要做保暖措施，要将电池温度保持在10℃以上，才能正常存放电。
增加电池的保温性能、提升空调热泵效率、加强动力回收效能、优化电池系统的热管理设计等，成为了各大车厂、电池厂商持续优化冬季续航里程的主要措施。
为了减弱电池在低温环境下的影响，行业内普遍的做法是采用PTC加热系统（正温度系数很大的元器件）来给电池加热，让电池能够处于正常的工作状态。换句话说也就是车端通过PTC加热系统来对冷却液进行加热，加热后的冷却液流入电池热管理流道，起到对电池进行升温加热的作用。
不过，PTC加热技术对车辆的电控系统提出了更高要求。因为加热技术会带来一些安全上的风险，比如PTC加热到一定温度后不能及时停下，继续加热可能会引发电池的热失控。
除了采用PTC加热方式外，北汽新能源还在研究两项创新的技术：超低温冷启动以及全气候电池，以提升加热效率。
据报道，超低温冷启动的技术原理是利用低温下电芯内阻增大的特性，通过高频大电流脉冲充/放电实现快速加热效果。与传统PTC加热方式比，由于电芯内自发热，这项技术温度一致性更好。
全气候电池技术则是通过给电芯间镍片通电生热的方式，快速向电芯传热使其升温。
为解决充电效率的问题，现在不少车辆都增加了低温充电预热电池的功能，即在充电的过程中多分出一部分电量用于发热来保障电池处于合适工况。例如特斯拉推出过的“沿途电池预热”功能，当车主通过手机向车辆发出寻找超级充电桩的指令时，系统就会自动给电池进行加热，保证了电池在充电前就已经达到了最佳的充电温度。
威马汽车给出的解决方案是在纯电动汽车上搭载一台柴油加热器。该工作方式类似于热水器，通过燃料燃烧对管道内的液体进行加热，让电池包适应不同环境温度区间，保持稳定性，确保电池在充放电过程中处在最佳温度区间。
此外，宁德时代官网信息显示，宁德时代正在发展自控温技术，电池温度从-20℃跃升至10℃仅需15分钟。
为应对空调能耗高的情况，不少车企为电动汽车配备了热泵空调，通过低沸点制冷剂液化放热的原理来辅助制热，减少耗能。
结尾
随着电动化技术的不断发展，低温改善技术也在稳步推进中，代康伟表示，包括改善导电率，即通过调整电解液材料配方优化低温下电解液的黏稠度，减小阻力；在磷酸铁锂正极材料上进行碳包覆，让Li离子移动更加通畅等都取得了一定效果。
以三元锂电池为例，在-7℃的试验环境下，2018年电池保持率能到85%的活性已经很高了，到了2020年，同样环境下电池活性已经可以释放到92%~93%。
话说回来，在现有的技术下提高电动汽车的冬季续航里程，还可以通过一些简单的用车技巧实现，比如尽量将电动汽车停放于地库等温度相对高一些的地方；行车时可选择开启动力回收模式增加续航里程；在电池尚有余温时及时充电，增加充电效率；充电完成后不急于拔枪，利用充电设施对电池的保温作用；冬季行驶时车辆应缓慢加速，尽量避免猛加速、急给油门，导致车辆频繁大功率的放电。
随着电化学储能行业的整体技术水平和工艺水平持续提升，电池安全性、循环寿命、充放电效率等性能持续改进，电池技术不断成熟，未来气温对于电池续航的影响将变得“微乎其微”。
来源：汽车电子应用网
声明：本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人，不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用，如有内容侵权或者其他违规问题，请联系本站处理。 举报投诉
- 相关下载
- 相关文章
