为何天冷了电动汽车的续航能力就大打折扣
2022-04-26 08:44 艾森ECU升级(北京运营中心)
关于电动车冬季续航里程“缩减”的讨论声不绝于耳,一时间网络上开始充斥电动汽车“虚假续航”和“续航减半”的言论,还开始出现了唱衰电动车的声音。大家不仅要问了,到底是什么原因导致了电动车冬季续航里程“缩减”呢,到底是技术不过关还是产品质量有问题? 负责的说,我认为导致电动车冬季续航里程“缩减”的原因既不是技术的问题也不是产品的问题。其实电动车在冬季续航里程减少的情况一直都存在,也是任何一家车企生产的电动车都会遭遇到的情况,只是这种“里程焦虑”会在冬季变得更加敏感,难免让人们过分放大这一事实而已。归根到底,导致电动车冬季续航里程“缩减”的罪魁祸首是气候!
一:为何电动汽车冬季续航里程会缩水?
1:温度问题
相信这一问题是新能源汽车用户普遍关注,包括电动车用户也会很感兴趣的话题;因为不论是各类锂电池还是普通的铅酸电瓶,每到冬季都会出现容量的下降。这是个无法克服的问题,因为各类电池的本质都是「化学电源」;比如铅酸电瓶是依靠电解液(硫酸铅溶液)与极板活性物质进行反应,在反应过程中产生电流为电机供电,充电则是通过电网电流作用于正极,促进电解液从极板分解出铅来调整电解液浓度。
但是在低温环境中电解液与负极隔膜的相容性变差(锂电池也有相同问题),温度降低会影响粘度或冻结,导电率是肯定会受到影响的。同时铅合金格栅内部的海绵纤维活性也会变差,活性物质脱离强度受限;这些因素都会造成放电容量的增加,续航里程也会随之缩短。
各类动力电池的理想运行温度为25℃,温度每下降1摄氏度,电池容量就有可能下降≤1‰;所以电瓶车冬季的续航会明显下降,燃油汽车的电瓶也容易亏电。而且在低于零度的环境中电瓶就很难有效充电了,这也是北方车辆不得不选择室内或地库充电的原因。
充电衰减:直观地理解,负极材料的晶格就像蜂巢一样,锂离子来了之后可以“嵌入”进去,英文叫intercalation。在低温下,晶格就收缩了,锂离子“嵌入”变得困难。所以电池管理系统就自觉地降低充电速度,这就会导致第二天早上也充不满,本来就堪忧的续航,雪上加霜。有人说,如果让BMS在低温下强行加大电流呢,就不能把锂离子给强行挤进晶格吗?答案是,可以是可以,但晶格有可能就“挤破”了,这会造成电池容量的永久性损耗。也就是对锂电池伤害最大的“晶体析出”现象,这部分损伤是不可逆的,除非换电池。
2:制暖需求量更大、效率低
制暖/冷的消耗主要由温差决定,冬季北方平均气温在0℃以下,制暖需求温度一般在25-30℃,相差至少25℃。
制冷由压缩机通过电能/动能搬运热量来实现。而制暖通常还是由“电能转化热量”的PTC来实现,效率要低得多。燃油车也开暖风,为什么没觉得冬天更耗油呢? 原因在于,发动机工作会产生大量的热,这些热量足以家用小轿车使用了。而电动汽车呢? 工作的时候电池、电机都非常地“冷静”,没有余热可用啊!
咱们也可以换个角度来理解,电动汽车正是因为能量转换效率高达90%以上,比发动机的20-40%高很多,所以余热才少、所以才需要消耗额外的制暖能量的。
除了以上会造成冬季续航减少之外,根据每款车辆厂商的研发策略不同,很多车企在电池温度低于0摄氏度时,为了保障电池使用寿命更长,动能回收回来的电量是不会回充到动力电池的。工信部公布的车辆NEDC综合工况续航指的是车辆在特定工况下行驶的里程,而这些工况下包含减速制动能量回收,当这些能量不再回收给电池时,就相当于减少了能量来源,因此如果车辆标定的策略是低温动能回收能量不充入电池的话,那么其续航也会相应减少。
二:有没有办法缓解呢?
1:动力电池组预热系统基本成为标配
电池充电也是有极限低温标准的,虽然主流的镍钴锰或磷酸铁锂电池的温度极限更高,但温度越低充电所需要的时间也会越长,电解液很难完成锂离子的脱嵌和嵌入。所以在充电之前就要把电池组加热到相对高的温度标准,以提高充电效率(缩短充电时间);那么既然能在充电过程中加热电池组,是不是能维持理想温度标准,或者在用车之前通过电网电流预热呢?答案显然是肯定的,BMS电池组管理系统已经足够先进;在充电完成后的浮充阶段,电池组可以维持理想温度。而且在温度升高到正常标准后,恒温阶段的电耗并不会很高,且家用充电桩的电价很低,所以基本可以忽略。电动汽车的暖风系统多为「PTC陶瓷模块」,听起来感觉会有些高端,其实原因非常容易理解——电加热&水暖循环系统!
原理:高电阻的模块通过大电流后会升温,这是电子碰撞的结果;升温后会用于加热防冻冷却液,水泵驱动防冻液在电池组和暖风水箱管路中流动。水箱被加热后再通过鼓风机把低温空气吹过水箱,空气吸热升温送入车内就是暖风了。
汽车冬季续航下降的两大核心因素,其一是电池性能与温度的关系,其二就是PTC加热防冻冷却液的过程电耗太高。那么在充电过程中完成最高电耗的防冻液加热,随后的用车只是进行防冻液的恒温,暖风电耗是不是就能降低很多了呢?同时电池组也能维持高水平的工况,只是要养成随时挂上充电桩的习惯了。
2:液冷循环控制电池包的温度
像特斯拉这种脑回路总是与众不同的企业,独辟蹊径的将液冷温控技术和自主研发的“八通阀”结合起来。让PTC、热泵空调和整车的液冷循环融为一体,互取所需。可以说是博众家之长的集大成者了。但是,液冷温控的优势在于用较低的电量获取长时间恒温。相比于电池自加热技术,在升温速度上仍然略逊一筹。
其实近几年开始研究电池自加热技术、液冷循环控制、比亚迪的脉冲加热等先进技术推陈出新,在面对电动车浪潮的当下,任何技术都有可能称霸一时,也有可能会在一夜之间被另一项新技术甚至是老技术所超越。这种百家争鸣的技术路线之争,反而让我们更加期待接下来的电动战局,将会把我们带往何处。
现今纯电动汽车,以及新能源汽车是新兴产业,就整个产业而言,其有待突破的“瓶颈”还是不少的;但我们要给予其耐心,毕竟谁都知道,新能源汽车是汽车产业的未来。