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【用车V课堂】寒冬将至,你的纯电汽车电池穿“羽绒服”了吗?

受最近一段时间的冷空气影响,我国大多数地区开始正式进入寒冬模式,中东部地区将迎来雨雪天气,而华北和东北地区早已进入零下十几度的气温,首都北京也是下起了鹅毛大雪,故宫雪景再次刷爆朋友圈。

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在寒冷的天气里,开纯电汽车的车主这个时候又要开始头疼一些难以启齿的事情,当年购买纯电车的时候倒是信心满满,加电费也比加油费节省了不少,但是一到寒冬腊月,车子的动力电池就开始陆续出现续航缩减、充放电时间短的问题了,是买的纯电汽车品牌的技术不好吗?像这样的问题该怎么解决?
只要是动力电池,在寒冷气温下就一定会衰减
低温状态下,动力电池出现衰减的状况,其实这并不是购车时没有选好车的问题,更不是汽车厂商应该背的锅。常规采用的三元锂离子和磷酸铁锂动力电池内部化学反应产生电能释放过程,的确是会受到外在低温环境影响的,其根本原因在于动力电池的充放电反应和手机电池是类似的,想一想苹果手机在东北地区被冻坏是什么情况,就能大致了解动力电池遭遇寒冷环境下的问题,它也是被电池内部离子电化学反应的活性所影响的。低温下电池电极上电化学反应速率降低,内部电极阻抗增大,而且会同时影响到电池容量和功率,如果长期低温环境使用,甚至会加速动力电池的老化,缩短使用寿命。

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零下10度的环境下,动力电池的续航里程将衰减30%甚至更多,在零下20度时性能将进一步衰减,仅能保持常温30%的容量。与此同时,充电过程也会变得非常困难,随着温度的降低,充电时间会变得更长,整体充入的电量也会急剧下降。而且经过相关科学研究得出结论,同等温度下,磷酸铁锂类动力电池的衰减速率高于18650型镍钴锰动力电池。

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动力电池的充电与放电过程都需要有一个合理的工作温度,因此太高或太低的温度都会影响到电池的性能、老化、寿命的多方面问题,异常过高的温度环境不常有,但是对于大多数北方地区动辄零下20-40度的低温环境,却是非常普遍的冬季用车环境。
当前纯电汽车品牌的解决途径——电力加温、空调制热、柴油加热
新能源汽车的发展如今已经是势不可挡,动力电池容量衰减的问题,早已被电池企业提出了相应的解决方案,这方面的技术主要体现在电池管理系统和散热系统方面,尽可能保持电池恒温的工作环境,散热系统的问题不是很大,当前主要问题还是针对高寒地区的动力电池系统热管理技术。

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当前比较流行且已经通过实验验证的方法则是电热膜加热的方法,简单地说就是在动力电池模块中不同电池单体之间增加PTC如铝制加热板或者电热膜,通过电力的方式来促使加热板或加热膜产生热量,对动力电池单元进行加热。其次,则是利用空调系统来产生循环高温气体作为介质,使用强制空气对流方式来穿过动力电池模块,与冰冷的动力电池产生热交换,热量来源可以使电机热量、车内电器散热或者电热装置。

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第三种方式则是当前国内新能源企业的“异想天开”,那就是采用柴油系统燃烧获取能量来进行外部加热的方法,来促使动力电池温度恢复到常温状态,这种方法大概取材于货车司机烧油火烤来“温暖”油箱的做法,虽然看起来略显滑稽,但是从经济性、安全性和实用性的角度来说,也不失为一种相对务实的解决方案。

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类似威马当前就比较推崇柴油加温系统,即类似“天然气热水器”的原理,用柴油燃烧对管路里的液体进行加热,然后在同时对电池包和座舱内部进行热传导,连车内空调的热量也就有了来源。不仅解决了动力电池在极寒天气下的衰减问题,也减少了空调加热所消耗的电量,间接提升了续航里程。但是这样的“羽绒服”并没有让车主们买账,蜜汁操作让纯电车在寒冷天气下续航腰斩的缺点暴露得非常明显,而且还增加了车身重量和噪音,柴油机的维修保养也是一个大问题,被质疑为啥“不直接烧柴油上路”。
三种模式各有其优劣势,哪种方法最好?
当前电力加温方面研究较多,因为可以直接采用PTC(热敏电阻发热元件)的方法来对电池内部加热,因此相对来说温度管理系统会比较完善,不存在加热温度场分布不均匀的情况,整体动力电池加热的温度会比较一致,相对来说使用的便捷性较高。但是这种方法同样会消耗一部分电池能源,安全性也有待进一步的验证,需要较高水平的温感控制系统,对续航有一定的提升。

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而空调加热采用的空气作为传导介质,传导速度慢,能耗相对较高,加热温度场分布会不均匀,会出现部分电池包温度提升,部分电池包温度仍然较低的情况,虽然安全性较高,使用起来也比较便捷,直接启用空调系统对电池包加热就可以了,但是消耗电池能源太多,反而对提升续航没有太大的帮助,属于不划算的方法类型。

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当前受到质疑较多的柴油加热最大的好处,就是可以极大地提升续航能力,不使用电池能源来实现加热过程,但是需要另外去购买柴油,从成本和便捷性上来说,不一定是三种方法中最合算的,反而会增加柴油机保养和维修的问题,安全性也不如其他两种方式,“热水器”的安全隐患相对要多一些。

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除了以上这几种方法,产业界和科研机构还在研究例如像交流动力电池内部加热的方法,但是研究尚处于比较初级的阶段,安全性也有待进一步的研究来确认。总体来说,电力加热的综合指数会比较高,也是当前比较“可控”的温度管理技术实现方式,柴油加热的方法比较热门,但是遭遇的舆论阻力也会比较大。
极寒天气下,纯电动汽车车主该如何应对?
在漫长的冬日里,纯电动车主如果在行驶环境中遭遇降温或者长期处于极寒天气下,纯电汽车并没有燃油汽车发动机那样自然产生的热源,那么对爱车的动力电池保暖就显得非常必要。首先,在-10℃以下的温度环境中对爱车充电会造成不必要的损伤,而且充入的能量也颇为有限,因此需要注意充电时的环境温度,最好是选择在地下停车场或者室温环境里的充电桩进行充电,这样的环境温度要比室外冰天雪地里的充电站“温暖”得多,耐心等待电量充满至足够来回行驶距离,以免耽搁在路上。

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其次,在自身车辆拥有电力加热或者空调加热模式的情况下,尽可能地采用提前预热的方法,在预热过程中尽可能地充满电量再出发,车库停车位上安装有充电装置的车主就可以这么做,因为加热过程需要消耗一定的电量,也会大幅影响出行续航里程,所以提前预热显得尤为重要。最后,如果采用柴油加热方式的电动汽车,那么相对出行会更有保障一点,但是注意“电量”与“油量”都同等重要,千万别忘了给自己的纯电动汽车加油哦。
小结
买一辆纯电动车,再去加柴油燃烧来让动力电池保持温度,让电力能够释放出来,这并不是“脱裤子放屁”,这是北纬40°以北生活的车主们不得不面对的事实。在动力电池技术并没有取得实质突破以前,如何面对寒冷天气所带来的电池衰减,这并不是汽车厂商或动力电池厂商所能够解决的问题,而是整个摆在全球科学家面前的一道难题。因此,汽车厂商只能用最小的代价去获取最大的效果,因此,给自家汽车的动力电池穿上“羽绒服”并没有错,错的只是观念和人心而已。
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责任编辑:kakaszhang
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