新能源汽车
一到冬天电动车的续航就开始不如人意了,那么是什么原因造成的呢?我们先把电动汽车冬天续航做个测试,然后再来看看是什么原因造成的,有没有可以改善的方法。
众所周知,包括特斯拉、日产聆风在内众多电动汽车,冬季使用都会受到气候影响,导致续航里程缩短、充电兼容性降低等问题。
电动汽车,依赖磷酸铁或三元锂电池作为动力,经过电池控制系统、整车控制系统等软件,合理分配电量驱动整车行驶。无论采用何种材质电池,都会受到低温气候影响,而降低放电效率导致续航里程降低。只不过,高品质的电动汽车,通过“外力”来挽救因低温而损失的续航里程。对于冬季导致充电兼容性下降的问题,也是众多车厂要解决的重要问题。
实际上,冬季低温气候导致续航里程与充电兼容性问题,可以归为一类。整车制造厂的工程师们,要在动力电池稳定性、安全性、充电速度与可靠性进行“蛋疼菊紧”般的平衡。
续航里程:
在不增加电池容量前提下,提升电池密度(提高电池单体电压)是最直接增加续航里程的手段。但这种方法却存在电池稳定性下降容易出现异常故障的风险。因此,工程师要么增加电池散热(预热)系统、要么改进电池单体材质(活性与密度处于更水平的稳定)。
充电兼容性:
解决充电兼容性问题,与续航里程和稳定性一样,都是在矛盾中寻求突破。工程师们通过软件可以将整车搭载的电池充电周期调试的更短,充电电流和电压更高。但这种提高不是无限度的,电压与电流提高就意味着降低充电周期,也使得电池在短时间内承受更大的冲击,一旦安全防护措施不到位就要出现自燃等问题。因此,整车制造厂的工程师要对市面上众多充电设施进行测试同时,还要考虑,整车电池组件在众多环境、温度、湿度等参数下的表现。综合诸多因素之后,就导致在售不同品牌电动汽车充电电流高低之分以及充电兼容性异常。
笔者以江淮iEV5(6S)、吉利帝豪EV、比亚迪秦EV(e5)和北汽新能源EU260等车型为例,进行实际与理论上的冬季续航里程与充电兼容性比对。因为参考数据全部源于笔者在2015年10-2016年3月期间(北京秋冬之际)撰写的相关评测稿件。
1、江淮iEV5(6S):
2015年上市的江淮iEV5电动汽车,续航200公里、扣除补贴后售价9万余元(以北京市场补贴额度为准)。讨巧的外观与优良的操控性,是其迅速获收割市场销量的根源。
江淮iEV5电动汽车采用华擎动力提供的三元锂电池(与特斯拉使用的动力电池同源),整体表现优良。随着销量的提升,以及冬季用车反馈来看,江淮iEV5冬季续航里程普遍降低至150-160公里(热风状态),快充电流更从80安(夏季)降低至16-24安(冬季)。
而江淮iEV6S,作为江淮首款续航250公里的电动SUV,更以低廉的价格首发2016年北京市场。但随着而来的“电池目录”风波,导致使用南朝鲜三星SDI三元锂电池的江淮iEV6S不能享受补贴优惠政策。根据笔者此前评测反馈以及随后官方宣传的信息显示,其操控性仍然十分抢眼,但电池组件的充电系统并未有过多改进。
如果江淮iEV6S更换了电池供应商之后,在2016年-2017年交接的冬季上市,其充电兼容性和周期问题,或将拉低其口碑与用户感受度。
2、吉利帝豪EV:
之前笔者撰写的《独家评测:性价比出众的吉利帝豪EV》一文采用的标题就指出,这款十分出色的电动汽车的性价比高特点。至2016年9月,吉利帝豪EV共售出近8000台。众多消费者之所以选择帝豪EV,源于出色的设计、细腻的内饰和极具亲和力的悬架调校。
但是,在笔者测试期间(2016年3月早些时候)室外温度2摄氏度,在使用包括富电科技、国家电网等多种快充桩充电时,充电电流并不稳定,甚至出现在持续较长时间低电流充电状态,突然提高之后又回落低点。
吉利帝豪EV起始充电电流从33安起跳,随后升至34安并持续充电40分钟,转换为20公里续航里程。
当剩余电量充至67%时,充电电压提升至358.9伏、充电电流提升至74.9安。在笔者测试帝豪EV时,室外温度维持在1-3摄氏度,充电时车辆也已经行驶了近1个小时,从剩余电量48%至67%(已充电1小时20余分钟)后电流提升。
好吧,吉利帝豪EV的设计于制造品质无懈可击,无可挑剔。但是,作为一台电动汽车,充电电流如此之低且不稳定,这无疑是一颗定时炸弹,将在2016年的冬季引爆。
3、比亚迪秦EV(e5):
在传统车领域,比亚迪汽车的外观与内饰糟糕的程度已经不用笔者赘述了。但是在新能源领域,比亚迪制造的电动、混动汽车的表现十分优秀,乃至全球出击竟找不到竞争对手。在2015年晚些时候推出的秦EV和e5(相同动力、悬架和控制系统,不同的外观、内饰和市场定位)迅速抢占全国范围的众多个人与出租市场。
秦EV和e5电动汽车一样,在使用家用220V电进行“飞线”充电时,电流稳定在4.5安培。
在家用220V家用电充电时,需要较长时间为电池预热(达到设定值)后,开始进入正常充电状态。如果说比亚迪秦EV(e5)存在哪些不足,恐怕就是电池预热系统有待完善吧。
4:北汽新能源EU260:
源于绅宝95(萨博95)的悬架和操控调校,北汽新能源EU260的品质与可靠性完全脱离了之前制造的任何一款车型的范畴。
在2016年2月早些时候,北京室外温度介于-5摄氏度-4摄氏度。在不同室外温度条件下,笔者对北汽新能源EU260进行了快充与220V家用电慢充测试。
白色框内为剩余电量状态(从剩余65%电量开始充电)。
红色框内为充电模式(慢充模式)。
黄色框内为充电加热提示。
红色箭头为充电电流(始终稳定在5安培)。
白色箭头为充电提示标识。
在-4摄氏度的北京,经过一晚上的冰冻,EU260以220V家用电进行“飞线”慢充。测试出,北汽新能源为为EU260加装的“凉车充电电池预热”功能。在气温低至零下10摄氏度,动力电池保护机制开启,充电失败并非质量问题,而是车厂在权衡电池加温成本、售价与电池总体质量后无奈的折衷控制策略。如果为了解决低温充电故障,简单的办法就是为电池组件增设预热功能。当然,成本的上升与电池控制系统以及整车控制系统(软件)都要进行相应修改。
在“凉车充电电池预热”功能运行5分钟后,充电电流从5安提升至9安。这一数值完全超过江淮iEV系、吉利帝豪EV、比亚迪秦EV(e5)在低温环境220V家用电慢充电流。看似简单的一项配置的提升,却源于从大多数中国电动汽车使用者消费习惯出发。
1、锂电池特性
通常来说,目前市面上绝大多数的电动汽车、甚至是电子数码产品,使用的都是锂离子电池,也就是我们常说的锂电池。而常见的电动汽车锂电池主要以磷酸铁锂、锰酸锂和三元锂电池为主。
锂电池与我们常见的电池一样,也分为正负两极,其中所有的锂离子都被保存到正极,而负极则是由石墨(碳)组成。在正负两极之间则包括了电解液和隔膜。而锂电池的放电过程就是锂离子从负极到正极的移动过程,而通过锂电池的放电来为各种设备提供运行所需的电能,也包括我们要说的电动汽车。
需要注意的是,锂电池的正极并不是由单纯的金属锂组成,由于锂元素在空气中极不稳定,因此通常来说锂电池正极都是由包含锂元素的化合物组成。而这种化合物也就是我们今天要给大家介绍的重点“目标”。
在低温环境下,电动汽车续航变短主要是因为极低的温度会对锂化合物活性产生影响。而目前锂电池中最常见的化合物为磷酸铁锂,另外还包括了锰酸锂等。而这些化合物在不同温度下的活性,就决定了我们的电动汽车锂电池在不同温度下的续航能力。
比如最常见的磷酸铁锂就具有相当好的耐高温特性,因此在20到40度的春夏具有最好的放电容量。但是到了北方的冬天,从图表中我们就能看到随着温度的降低,活性逐渐下降,放电容量也会逐渐变少。尤其是在零下20度这种东北比较常见的低温环境下,甚至会接近50%。而目前国内以比亚迪为首的绝大多数国产电动汽车都采用的是磷酸铁锂电池。
而另外一种锰酸锂化合物就和磷酸铁锂正好相反,它具有非常好的耐低温性,在零下20度左右的环境中依然可以具有非常高的活性,电池的续航能力也不会受到太大的影响。而采用锰酸锂电池最具代表性的车型就是在北美市场销量很大的入门级电动汽车日产Leaf。
但是磷酸铁锂和锰酸锂电池都具有各自的优缺点。虽然锰酸锂更耐低温,但是由于其能量密度低,因此会导致电池重量变得很大,大幅增加电动汽车的自重。而磷酸铁锂虽然在低温环境下放电容量会降低,但是由于其能量密度高,可以有效的降低电池的体积和重量。
因此到了特斯拉这样最顶级的电动汽车上,锂电池的成份更加复杂了一些,变成了加入钴元素的三元锂电池,这样做也是为了综合各种元素受到温度环境的影响而采取的一种最平衡的选择。但是三元锂电池同时也存在高温安全性差,且PH值过高易使单体胀气,进而引发危险,同时造价较高。而作为目前全球头号电动汽车厂商的特斯拉就成为了三元锂电池的忠实拥趸。
2、冬天为何续航缩水
至于为何电动汽车一到冬天,那续航里程蹭蹭的往下掉,现在来看就显得一目了然了。过低的温度对锂电池正负极的活性均产生了比较大的影响,因此在低温条件下电动汽车的续航能力显然就不如其它季节这样游刃有余。
为了提高锂电池内元素的活性,需要将电池的温度恢复到最适宜的工作温度才行,因此电动汽车厂商会在车内采取一些措施来为锂电池“保温”,而这一个过程同样需要消耗电量。而电动汽车在未充电的情况下,所有的电量都来自于车内的锂电池,因此我们印象中被缩水的锂电池电量其实主要是被消耗在给电池保温或者加热的这个过程中。
比如特斯拉就为自己的三元锂电池配备了非常先进的热管理方案,针对每一节单体电池都配备了液体循环温度管理系统,除了保证汽车在运行时高温状态的散热之外,在动态低温状态下为了保持电池活性,甚至可以在停车的状态下依然通过消耗电量给电池加热,而这部分同样也会消耗掉一定的电量。
而这也就解释了为何冬天有时电动汽车在刚开始启动时续航里程反而要比行驶了一段距离、消耗了一定电量后更少的状况。因为随着锂电池温度的增加,电池内化合物的活性逐渐恢复,电池放电容量回归到正常水平,从数据上看当然就会让续航里程变得更多。
因此简单的总结起来就是,如果冬天电动汽车停放在室外或长时间在低温环境下停放,低温会直接影响锂电池的活性,而想要恢复电池活性就需要电量为电池加热恢复温度,而这部分被消耗掉的电量就是我们印象中电动汽车冬天续航“缩水”的部分。
另外,作为冬季驾驶的常规操作,比如座椅加热、玻璃除霜、空调暖风等一些耗电量比较大的功能都要比春夏的时候消耗更多的电量。而这也会让冬天电动汽车续航缩水的现象变得更明显。
其实对于电动汽车车主来说,冬天舍不得开空调、甚至戴手套开车这种相当影响使用体验和生活质量的省电方法并不可取。毕竟我们买车就是为了提高生活品质,而如果为了省电而委曲求全就看起来得不偿失了。
而小编给大家想出的办法,首先就是要保持良好的驾驶习惯,尽量匀速行驶,不要急踩油门刹车和高速行驶。要知道无论是电动汽车还是传统汽车,良好的驾驶习惯绝对是节省电量或燃油经济性的法宝。比如国外就有特斯拉车主在保持39km/h匀速行驶、关闭空调和音箱的状态下,总续航里程达到了惊人的728.7公里,在中提停车1小时休息的前提下开了整整19小时40分钟。
另外,我们还要从根本上来说就是保证电池的活性,不让电池的温度太低。因此我们可以在冬天出门之前做好行程规划,出发前事先将充电插头连接到汽车上,用外部的电量来为锂电池恢复温度。
如果是家中有车库的朋友来说就更方便了,每次回家就可以直接将充电桩与汽车连接,让电动汽车时刻保持温度。要知道现在不管是特斯拉、宝马i3这样的国际大牌还是国产电动汽车厂商,都已经为自己的产品配备了充电管理系统,因此就算整夜插在充电桩上也不会出现过度充电的问题。这样上所有耗电部件的能量皆来源于接入的电源,不会消耗电池的能量;同时车辆会根据需要,启动电池加热,始终保持适当地电池温度,下一次驾驶开始时,车辆可迅速进入最优的功率输出区间,也不会额外耗费续航里程。
当然,对于拥有别墅和车库的土豪用户来说,如果家中拥有独立车库并且还有暖气的话,就完全不用这样做了。
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