電動(dòng)汽車開(kāi)到一半就沒(méi)電，踩下油門也沒(méi)勁兒，為了省電不敢開(kāi)暖風(fēng),，車主裹著羽絨服在車?yán)镆廊簧l(fā)抖……近期，全國(guó)氣溫驟降,，電動(dòng)汽車車主們也經(jīng)歷了由電動(dòng)車電池帶來(lái)的種種“苦難”。事實(shí)上,，電池在低溫下的續(xù)航折損一直都是車主們冬日里最擔(dān)心的問(wèn)題,。在低溫環(huán)境下，如何解決續(xù)航難題是電動(dòng)汽車領(lǐng)域未來(lái)重要的攻關(guān)方向之一,。
低溫掉電現(xiàn)象頻發(fā)
“天冷為省電不敢開(kāi)暖風(fēng),，電動(dòng)汽車出租車司機(jī)放毛毯于后座供乘客御寒”“電動(dòng)汽車車主上班路上瘋狂找充電樁補(bǔ)電”……一直以來(lái)，低溫掉電都是電動(dòng)汽車在冬季逃不過(guò)的“劫難”,，電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航難問(wèn)題在低溫天氣下屢次引發(fā)熱議,。為什么一到冬天，平時(shí)一路暢通的電動(dòng)汽車就出現(xiàn)了“癱瘓”現(xiàn)象，電池掉電如此嚴(yán)重?
記者通過(guò)采訪了解到,，電動(dòng)汽車電池在低溫下出現(xiàn)性能衰減問(wèn)題,，主要與鋰離子電池的特性有關(guān)。目前,，市面上在售的電動(dòng)車電池技術(shù)主要分為兩種,，分別為三元聚合物鋰電池以及磷酸鐵鋰電池。在低溫環(huán)境下,，電動(dòng)汽車的鋰離子電池會(huì)受溫度影響,，出現(xiàn)性能衰減問(wèn)題，具體表現(xiàn)為低溫環(huán)境下電池電量驟減,，續(xù)航能力大幅縮水,。
欣旺達(dá)電池系統(tǒng)研究院院長(zhǎng)陳斌斌向《中國(guó)電子報(bào)》記者解釋道，低溫環(huán)境會(huì)使得鋰離子電池內(nèi)部活性物質(zhì)的活性降低,，由此導(dǎo)致電池的內(nèi)阻升高,，這必然會(huì)降低電池的功率輸出和充電能力。過(guò)低的電池功率能力無(wú)法滿足駕駛的需要,，所以在不考慮加熱能耗的情況下,，電池的續(xù)航里程也就下降了。
電動(dòng)汽車電池遇冷后會(huì)出現(xiàn)“乏力”現(xiàn)象已是客觀事實(shí),，因此很多產(chǎn)品都被開(kāi)發(fā)出來(lái),，以更好地為電池保溫。據(jù)了解,，市面上大多數(shù)電動(dòng)車產(chǎn)品都會(huì)設(shè)計(jì)電池保溫功能,。以大家熟知的“電池保護(hù)者”——BMS系統(tǒng)為例，當(dāng)電池工作溫度過(guò)低時(shí),，電池管理系統(tǒng)(BMS)會(huì)將一部分電力轉(zhuǎn)化為熱能,，為整個(gè)電池組進(jìn)行加熱,。賽迪智庫(kù)電子信息研究所副所長(zhǎng)余雪松告訴記者,，BMS系統(tǒng)主要采取熱管理系統(tǒng)，用電加熱,、外部能源加熱兩種模式為電池保溫,。
“在具備相應(yīng)功能的前提下，BMS系統(tǒng)可以啟動(dòng)電池加熱功能,，用一部分能量來(lái)提高電池的溫度,，以改善電池的功率性能?！标惐蟊笠舱劦?。
顯而易見(jiàn)，在為電動(dòng)車電池保溫這一點(diǎn)上,，BMS系統(tǒng)還存在不完善之處,。余雪松指出,，BMS系統(tǒng)的最大問(wèn)題體現(xiàn)在兩方面。一是系統(tǒng)在電加熱模式下,，加熱過(guò)程需要消耗動(dòng)力電池的電量;二是系統(tǒng)的算法模型有待提升,。目前系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力電池的衰減速度預(yù)估不準(zhǔn)確，使預(yù)期續(xù)航里程遠(yuǎn)低于實(shí)際行駛里程,，導(dǎo)致部分消費(fèi)者使用新能源汽車時(shí)出現(xiàn)“趴窩”現(xiàn)象,。
業(yè)界聚焦低溫電池研發(fā)
雖然BMS系統(tǒng)在為電池保溫方面還存在一定問(wèn)題，但低溫條件下電池性能的衰減不應(yīng)完全歸咎于BMS系統(tǒng),。陳斌斌認(rèn)為,，低溫環(huán)境下電池的不佳表現(xiàn)與電動(dòng)汽車整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念有著極強(qiáng)關(guān)聯(lián)。他表示,，低溫條件下,，整車除了電池能放出來(lái)的能量減少以外，轎廂,、座椅,、電池等加熱能耗也大幅增加，這占用了部分功率,，也加重了電池的負(fù)擔(dān),，所以低溫下電動(dòng)汽車很容易“癱瘓”。
那么低溫環(huán)境下,，該如何解決電動(dòng)汽車電池電量衰減,、續(xù)航能力大幅下降的痛點(diǎn)?對(duì)此，相關(guān)企業(yè),、高校和研究機(jī)構(gòu)做出了很多努力,，并取得了相應(yīng)進(jìn)展。
余雪松表示,，為解決低溫下電池性能衰減問(wèn)題,，多數(shù)企業(yè)同時(shí)采取了兩方面措施。一方面是增加熱管理系統(tǒng),，通過(guò)電加熱,、外部能源加熱方式為動(dòng)力電池加熱，以提高電池活性,。
大部分企業(yè)采用了電加熱方式,，如特斯拉Model S、Model X和Model 3使用了電阻絲供暖管理系統(tǒng),，而最新上市的Model Y則采用了熱泵供暖管理系統(tǒng),。余雪松表示，這種方式簡(jiǎn)單，操作方便,，但耗電量大,。相比之下，以威馬為代表的企業(yè)則采用了柴油加熱方式,，這種方式需要額外增加柴油加熱系統(tǒng),，占用空間，需補(bǔ)充柴油,，操作較為繁瑣,。
在增加熱管理系統(tǒng)的同時(shí)，企業(yè)采取的另一種措施是優(yōu)化算法,。優(yōu)化電池管理系統(tǒng),，對(duì)電池電量的動(dòng)態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，能夠更好地控制加溫手段,，以提高里程預(yù)測(cè)的精確程度,。
高校、科研機(jī)構(gòu)和部分企業(yè)則更多地將目光放在了低溫電池的研發(fā)上,，就低溫條件下,，如何提升電池性能得出了一些研發(fā)結(jié)論。余雪松介紹,，在材料改性方面,，可通過(guò)多種手段優(yōu)化正負(fù)極材料，改善導(dǎo)電性,，以提高低溫條件下鋰離子電池的脫嵌能力;在開(kāi)發(fā)低溫電解液體系方面,，可采取“添加劑”方式;在電芯設(shè)計(jì)方面，可設(shè)計(jì)出全天候電芯,，即在電芯中增加自加熱功能,。“但需要注意的是,，添加自加熱功能同樣會(huì)消耗電芯的電量,，因此具備該功能的產(chǎn)品目前尚未得到大規(guī)模應(yīng)用?！?余雪松說(shuō),。
值得一提的是,，目前,，寧德時(shí)代已將“材料改性”作為提升電池性能的研發(fā)重點(diǎn)之一。寧德時(shí)代公布的鋰離子電池包專利對(duì)正負(fù)極材料進(jìn)行了創(chuàng)新改進(jìn),，使這種鋰離子電池在低溫低SOC條件下的功率,、工作能量效率、低溫容量和能量保持率等關(guān)鍵性能得到了顯著提高。
核心技術(shù)攻關(guān)迫在眉睫
電動(dòng)汽車的低溫使用問(wèn)題關(guān)乎廣大消費(fèi)者的切身利益,，因此加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān),，以提升電動(dòng)汽車低溫行駛性能、改善用戶體驗(yàn),，是目前電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重中之重,。未來(lái)，無(wú)論是電動(dòng)汽車電池本身,，還是為電池保駕護(hù)航的BMS系統(tǒng),，乃至電動(dòng)汽車的整個(gè)系統(tǒng)，都存在很多需要完善的地方,。
優(yōu)化系統(tǒng)的SOC算法,，并提升系統(tǒng)預(yù)測(cè)車輛行駛里程的精準(zhǔn)性，是BMS系統(tǒng)亟待提升的兩個(gè)主要方面,。除此之外,，余雪松認(rèn)為，就BMS系統(tǒng)而言,，還應(yīng)提升電加熱系統(tǒng)的性能,，如采用發(fā)熱效率更高的加熱材料和采取隔熱保溫措施等。
從電動(dòng)汽車電池的角度來(lái)看,，開(kāi)發(fā)在低溫條件下也能夠正常工作的動(dòng)力電池,，無(wú)疑是現(xiàn)階段的當(dāng)務(wù)之急。余雪松認(rèn)為,，電芯企業(yè),、高校和研究機(jī)構(gòu)應(yīng)著重開(kāi)發(fā)能夠適應(yīng)低溫環(huán)境的動(dòng)力電池，還可以采用能耗更低的電池保溫方式,，如使用發(fā)熱材料等,。
在相關(guān)材料的使用方面，余雪松補(bǔ)充道,，新材料的開(kāi)發(fā)可以削弱低溫對(duì)電池續(xù)航帶來(lái)的影響,。他表示，電池新材料的開(kāi)發(fā)是避免低溫對(duì)電池續(xù)航不利影響的根本手段,。據(jù)悉,，比亞迪、中航鋰電,、麥克賽爾等很多企業(yè)都在開(kāi)發(fā)低溫電池,，低溫電池也在部分領(lǐng)域得到了應(yīng)用。
但需要看到的是,，低溫電池只是在一定程度上提升了寒冷天氣下電池的性能,，無(wú)法完全消除低溫對(duì)電池性能的不利影響,。此外，由于低溫電池的價(jià)格較高,，目前低溫電池還沒(méi)有真正應(yīng)用于電動(dòng)汽車領(lǐng)域,。
電動(dòng)汽車在冬季低溫條件下出現(xiàn)的掉電快、續(xù)航難問(wèn)題與車輛的整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)高度相關(guān),，因此只攻克電動(dòng)車電池或BMS系統(tǒng)中存在的問(wèn)題,，并不足以完全避免低溫條件下電動(dòng)汽車的“癱瘓”現(xiàn)象。陳斌斌認(rèn)為,，要想真正解決冬季電動(dòng)汽車面臨的種種難題,，還需從結(jié)構(gòu)熱設(shè)計(jì)、熱管理策略設(shè)計(jì),、極低溫快速加熱設(shè)計(jì),、高效率熱泵應(yīng)用等多方面進(jìn)行考量，以提出綜合全面的解決之道,。
業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,，車輛里程測(cè)試辦法的優(yōu)化與完善可以更好地反映電動(dòng)汽車電池的狀況，一定程度上也能夠推動(dòng)電池續(xù)航問(wèn)題的解決,。在接受采訪時(shí),，一位電動(dòng)汽車用戶向記者表達(dá)了自己的心聲。他呼吁,，有關(guān)部門應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化電動(dòng)汽車的車輛里程測(cè)試辦法,，通過(guò)更有效的測(cè)評(píng)手段來(lái)體現(xiàn)電動(dòng)汽車的實(shí)際續(xù)航里程。此外,，對(duì)高溫環(huán)境和低溫環(huán)境下的最高續(xù)航里程進(jìn)行標(biāo)注,，也能夠給汽車廠商、電池廠商和用戶等提供更多參考,。