新能源汽車(chē)如何邁過(guò)寒冬這個(gè)坎

 

 

    編者按

 

 

    為什么低溫會(huì )成為新能源汽車(chē)續航里程“殺手”?冬季“魔咒”是否成為新能源汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的“攔路虎”?現有技術(shù)能否緩解新能源車(chē)主的“里程焦慮”?為回應社會(huì )關(guān)切，《經(jīng)濟參考報·汽車(chē)特刊》記者多路出擊，連線(xiàn)行業(yè)各方，求解新能源汽車(chē)過(guò)冬難題的深層原因及其對策。

 

 

    北汽新能源：研發(fā)電池“抗凍”黑科技

 

 

    近期，寒潮席卷了國內大部分地區，多地開(kāi)啟了速凍模式。在這樣的高寒天氣下，新能源汽車(chē)續航里程縮水等問(wèn)題成為消費者最為關(guān)心的話(huà)題。對此，北汽新能源公司透露，正在著(zhù)手推進(jìn)超低溫冷啟動(dòng)、全氣候電池兩項黑科技的研發(fā)，全方位解決冬季電池性能衰減問(wèn)題。

 

 

    冬季電動(dòng)汽車(chē)續航里程縮水是行業(yè)內普遍存在的問(wèn)題。一方面，目前電動(dòng)汽車(chē)大部分采用的是三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池，由于鋰離子自身屬性的緣故，在低溫環(huán)境下其活性會(huì )下降，導致電池的凈放電率下降，電能不能正常釋放出來(lái)；另一方面，冬季用車(chē)有大比例的額外電能消耗，比如，空調熱風(fēng)、座椅加熱、寒冷環(huán)境車(chē)輛行駛阻力變大等，這些因素都會(huì )造成電動(dòng)汽車(chē)在冬季的能耗升高、續航里程下降。

 

 

    為解決冬季“續航里程縮水”問(wèn)題，目前各新能源汽車(chē)企業(yè)主要采取三種方式：第一種方式是大多數車(chē)企采用的PTC加熱系統。這種方式類(lèi)似于給電池裝上了“地暖”,結構簡(jiǎn)單且成本比較低，但是需要消耗電量來(lái)供熱，也會(huì )犧牲一部分續航里程；第二種方式是PTC再加上柴油加溫系統。這種方法見(jiàn)效更快，在低溫環(huán)境下更有保障，但是一定程度上違背了電動(dòng)車(chē)節能環(huán)保的初衷；第三種方式是電機堵轉技術(shù)，其工作原理是將電機繞組當作加熱電阻使用，配合電機產(chǎn)生的廢熱給電池組加熱。但是，當溫度在零下10℃至10℃之間時(shí)，仍需采用PTC輔助加熱。

 

 

    對此，北汽新能源工程研究院副院長(cháng)代康偉介紹，為提升加熱速率，減少用戶(hù)等待時(shí)間，北汽新能源除了PTC加熱方式外，還著(zhù)手研究超低溫冷啟動(dòng)和全氣候電池兩項黑科技，以求全方位解決冬季電池性能衰減問(wèn)題。

 

 

    據介紹，超低溫冷啟動(dòng)的原理是利用低溫下電芯內阻增大的特性，通過(guò)高頻大電流脈沖充放電實(shí)現快速加熱效果。與傳統PTC加熱方式相比，由于電芯內自發(fā)熱，其溫度一致性更好，耗電量也更少。而全氣候電池則是通過(guò)給電芯間鎳片通電生熱的方式，快速向電芯傳熱使其升溫。

 

 

    北汽新能源在黑龍江進(jìn)行的低溫測試顯示，電池溫度從零下18℃上升到18℃僅用了300秒左右。目前，這一核心關(guān)鍵技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，為新能源汽車(chē)突破嚴寒禁區奠定了堅實(shí)的技術(shù)基礎。這也意味著(zhù)，未來(lái)新能源汽車(chē)將無(wú)懼零下40℃的嚴寒，并且能夠保持與常溫狀態(tài)下幾乎相同的續航里程。

 

 

    另外，北汽新能源還創(chuàng )新性地研發(fā)出第四代IBTC電池熱管理技術(shù)--干濕分離熱管理技術(shù)，除了更有效保障電池安全之外，還可以將系統溫差減少50%,40℃以上的高溫極限工況下系統溫差可以控制在6℃以?xún)?。也就是說(shuō)，冷到黑河，熱到吐魯番，北汽新能源的電池系統始終能夠保持在電池最佳工作狀態(tài)。

 

 

    作為國內最早布局新能源研發(fā)生產(chǎn)的整車(chē)企業(yè)，北汽新能源在純電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)與研發(fā)方面一直處于行業(yè)領(lǐng)先地位，尤其是在突破極寒地區用車(chē)限制方面擁有技術(shù)優(yōu)勢。業(yè)內專(zhuān)家表示，隨著(zhù)電池技術(shù)水平的不斷提升，電動(dòng)汽車(chē)冬季續航里程縮水問(wèn)題將在很大程度上得到緩解。在凜冽的寒風(fēng)中，電動(dòng)汽車(chē)也可以實(shí)現超長(cháng)“待機”,用戶(hù)出行體驗也將得到進(jìn)一步提升。

 

 

    比亞迪：多措施應對“低溫挑戰”

 

 

    作為國內在電動(dòng)汽車(chē)和動(dòng)力電池領(lǐng)域都居于前列的企業(yè)，比亞迪通過(guò)多種措施應對冬季電動(dòng)汽車(chē)續航里程衰減的問(wèn)題。

 

 

    比亞迪表示，很多人都把電動(dòng)汽車(chē)冬季用電快歸咎于電池本身的能量問(wèn)題，但實(shí)際上這是一個(gè)綜合性問(wèn)題，電池并非“放不出電”,而是動(dòng)力電池在低溫環(huán)境下活性下降，電池的凈放電率降低，造成電池容量受到影響。也就是說(shuō)，續航衰減的真實(shí)原因，不是可放的電變少了，而是電不能有效放出來(lái)，再加上冬季額外消耗的電增加，如空調暖風(fēng)、行駛阻力變大等因素綜合導致續航里程減少。

 

 

    對此，比亞迪也采取綜合手段來(lái)解決續航里程衰減問(wèn)題。一方面，比亞迪的電池有加熱系統，冬季寒冷可以加熱。比亞迪漢EV搭載了比亞迪獨有的刀片電池，刀片電池采用“無(wú)模組”結構，讓加熱管路進(jìn)入到一塊加熱大平板中，用大平板給所有電池電芯加熱，加熱效率更高更均勻，電芯溫度一致性好，有利于放出更多電。另一方面，比亞迪通過(guò)不斷降低車(chē)輛風(fēng)阻，采用適宜冬季工況的低黏度油脂等措施，減少冬季車(chē)輛行駛所產(chǎn)生的能量損失，進(jìn)一步降低低溫的行駛能耗。

 

 

    同時(shí)，比亞迪表示，安全是新能源電池的第一追求，也是最高追求。一味追求高能量密度，而忽略對電池安全的重視，是舍本逐末?；诖?，比亞迪通過(guò)結構及材料創(chuàng )新，適時(shí)推出刀片電池。刀片電池在裝配時(shí)可以直接跳過(guò)“模組”這一層級，進(jìn)而直接組成電池包，在空間利用率上提升了50%.在推出刀片電池的同時(shí)，比亞迪也在布局研發(fā)三元電池和固態(tài)電池。未來(lái)，比亞迪會(huì )向更高層次的安全性能發(fā)展，同時(shí)不斷探索新的技術(shù)領(lǐng)域。（記者 李志勇）

 

 

    蔚來(lái)汽車(chē)：升級電池加大換電站投入

 

 

    關(guān)于在冬天低溫環(huán)境下的穩定運行問(wèn)題，剛剛發(fā)布新款車(chē)型的蔚來(lái)汽車(chē)表示，除了搭載續航能力升級的電池外，還通過(guò)加大換電站投入來(lái)實(shí)現保障。

 

 

    蔚來(lái)汽車(chē)創(chuàng )始人李斌表示，與傳統汽車(chē)使用發(fā)動(dòng)機預熱來(lái)加熱不同，電動(dòng)汽車(chē)在低溫環(huán)境下有天生的劣勢，冬天需要使用電來(lái)進(jìn)行加熱，這成為其短板。“這就是為什么冬天續航里程會(huì )有一些影響，所有電動(dòng)汽車(chē)在冬天都會(huì )遇到挑戰。”

 

 

    據李斌介紹，新發(fā)布的ET7在續航里程方面有所提升，搭載70kWh電池包NEDC續航超過(guò)500公里，搭載100kWh電池包續航超過(guò)700公里，搭載全新150kWh電池包續航超過(guò)1000公里。

 

 

    對換電站等相關(guān)配套設施的完善將是應對低溫駕駛問(wèn)題的主要舉措。李斌說(shuō)，蔚來(lái)汽車(chē)的換電站本身在低溫環(huán)境下運營(yíng)沒(méi)有問(wèn)題，實(shí)踐證明在哈爾濱等地方都能夠正常運營(yíng)。

 

 

    蔚來(lái)汽車(chē)聯(lián)合創(chuàng )始人、總裁秦力洪表示，蔚來(lái)汽車(chē)當前已經(jīng)部署了近200座換電站，接下來(lái)還要增加300座，達到500座換電站。

 

 

    “真正的挑戰在于換電站的運營(yíng)效率和服務(wù)標準。從2020年4月中下旬到年底，蔚來(lái)大約投放了70多個(gè)換電站，即30多周時(shí)間內平均每周大約投放2個(gè)站。用戶(hù)對換電站的分布、建設速度、運營(yíng)效率的期許是非常高的。換電站既凸顯了蔚來(lái)的獨特技術(shù)和服務(wù)優(yōu)勢，也反映出我們并沒(méi)有達到用戶(hù)的預期要求。比如，1月6日北京部分地區氣溫突然下降到零下17℃，很多換電站由于應對低溫準備工作不足當天沒(méi)有營(yíng)業(yè)。這反映出我們在運營(yíng)、相關(guān)準備等方面做得不夠好。”秦力洪表示，哈爾濱的換電站能夠正常運營(yíng)，而北京不能正常運營(yíng)，這說(shuō)明北京的相關(guān)準備工作不足，這反映出公司運營(yíng)精度方面存在問(wèn)題。（記者 閆磊）

 

 

    威馬汽車(chē)：冬季續航保障服務(wù)加力

 

 

    目前，電動(dòng)汽車(chē)上所使用的動(dòng)力電池大多屬于三元鋰電池，而低溫環(huán)境下鋰離子的活性會(huì )大大下降，這是導致電動(dòng)汽車(chē)冬季續航里程縮短的主要因素。

 

 

    為此，威馬汽車(chē)相關(guān)負責人表示，威馬從技術(shù)和服務(wù)兩個(gè)層面做了保障。他說(shuō)，要提高冬季鋰離子的活性，就必須要通過(guò)技術(shù)手段讓電池保持理想的輸出溫度。在這方面，威馬汽車(chē)有專(zhuān)門(mén)的全天候電池包恒溫熱管理系統。

 

 

    據了解，威馬汽車(chē)的這套系統，主要通過(guò)獨立液冷設計、PTC電加溫系統、零下30℃極地加溫系統，將電芯溫度更加穩定地控制在高效、安全的溫度區間，有效提升了冬季可用電池容量和充放電效率。

 

 

    威馬汽車(chē)把這套技術(shù)系統稱(chēng)之為熱管理2.0,它主要有以下幾大特點(diǎn)：一是能根據電芯的實(shí)時(shí)溫度，自動(dòng)調用不同熱管理策略；二是在電芯模組底部整齊有序地布置了鋁制水冷板，且鋁板表面覆蓋一層導熱硅脂的特殊材料與電芯模組接觸，貼合性更好，從而維持電池在最佳的溫度區間內，提高電池的充放電效率；三是在每個(gè)電芯模組內布置了兩個(gè)溫度傳感器，并通過(guò)BMS和BTMS精確管理所有電芯，將電芯的溫差控制在±2℃，確保電芯溫度均勻；四是將電池包冷卻和動(dòng)力系統冷卻分開(kāi)，采用獨立的液冷回路，以便更精確地控制電池包溫度；五是通過(guò)標配的液冷系統，搭配區域化定制的PTC電加熱和柴油加熱，實(shí)現零下30℃至50℃不同環(huán)境溫度的高適應性，確保電池不管是在放電還是充電過(guò)程中都保持在合適溫度區間，避免電池低溫損傷和高溫危險。

 

 

    不過(guò)，威馬汽車(chē)這位負責人認為，常規的電池熱管理系統確實(shí)能夠在冬季保持合理的電池溫，但熱管理系統為電池加溫的過(guò)程本身就需要電池電力做支撐，這同樣會(huì )造成巨大的電池電力損耗，從而導致續航里程下降?；诖?，威馬熱管理2.0系統還采用外部熱源同時(shí)對電池包和座艙進(jìn)行加熱，大幅降低了冬季空調的能耗，有效提升了NEDC綜合工況下的續航里程。

 

 

    另外，他特別提到，威馬汽車(chē)采用的是C2M客制化生產(chǎn)，用戶(hù)可根據需要，針對冬季續航選擇相應配置。比如，冬季溫度保持在0℃左右地區的用戶(hù)，可以選擇電加熱系統，而華北、東北、西北等氣溫在零下10℃至零下30℃的地區，推薦用戶(hù)選擇柴油加溫包，即用燃燒柴油的方式，給車(chē)內空調供暖，給電池包保暖。

 

 

    至于服務(wù)方面，威馬汽車(chē)不僅提供了動(dòng)力電池終身免費質(zhì)保、4年12萬(wàn)公里的整車(chē)質(zhì)保、8年15萬(wàn)公里的電機、電控等核心部件質(zhì)保等基本權益保障，還為用戶(hù)提供了免費充電樁私享服務(wù)、“即客行”全國20萬(wàn)根公用充電樁支持、智行合伙人網(wǎng)店免費充電等充電解決方案。與此同時(shí)，威馬汽車(chē)還推出了冬季專(zhuān)項檢查，包含小電瓶專(zhuān)項養護、24項免費檢測、最新版本軟件升級等。

 

 

    威馬汽車(chē)負責人說(shuō)，通過(guò)技術(shù)和服務(wù)兩個(gè)層面的保障，威馬汽車(chē)的冬季續航問(wèn)題基本上都能得到解決。（記者 傅勇）

 

 

    力神電池：技術(shù)創(chuàng )新迎解低溫難題

 

 

    動(dòng)力電池低溫條件下續航里程“打折”是行業(yè)面臨的普遍問(wèn)題，近期的寒潮讓這一問(wèn)題更加凸顯。天津力神電池股份有限公司執行副總裁、力神研究院院長(cháng)周江表示，電池技術(shù)創(chuàng )新是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵，需要在電池材料創(chuàng )新、電池設計創(chuàng )新方面下硬功夫。

 

 

    周江介紹，一方面，低溫下離子的運動(dòng)性能下降，電池電阻增加，輸出功率下降，導致續航里程變短。比如，假設電池中有10度電，但由于低溫導致電阻增加，則只能放出7至8度電。另一方面，低溫下電池的輸出功率變小，導致車(chē)的加速性能下降，直觀(guān)感受就是車(chē)跑不快。尤其是磷酸鐵鋰電池材料的電導率較低，比三元鋰電池更易受低溫環(huán)境的影響。

 

 

    “從技術(shù)方面來(lái)講，解決這一問(wèn)題主要有兩種思路，一是降低電阻，二是在電池中增加保溫設計。”周江說(shuō)。

 

 

    周江告訴記者，在業(yè)內實(shí)踐中，通過(guò)增強動(dòng)力電池正極材料表面的導電性、改變電解液的成分減小離子在電解液中運動(dòng)的阻力、增加電池隔膜的孔隙率等方式，都能降低電池電阻，改善電池在低溫條件下的性能，提高低溫環(huán)境下的電導率。

 

 

    除此之外，提高電池溫度也是常用舉措。周江介紹，通過(guò)增加電阻提高電池工作中的發(fā)熱量或降低電池的散熱性能，來(lái)應對冬季低溫天氣，同時(shí)通過(guò)液冷系統應對夏季高溫環(huán)境下電池溫度過(guò)高的風(fēng)險隱患。“這種方式的基本邏輯是，將電池工作產(chǎn)生的熱量留在其內部，實(shí)現加熱，但如果在極寒條件下，電池甚至不能啟動(dòng)，這種方式也將無(wú)法發(fā)揮作用。”

 

 

    周江補充說(shuō)，也可以采用外部加熱方式，例如，在電池包外部設計加熱系統，但熱傳導效率并不理想；或者，設計燃料發(fā)電機，但會(huì )增加系統設計的復雜性從而增加成本。此外，目前業(yè)內已經(jīng)在研發(fā)電池單體的自加熱技術(shù)，例如，在電池內部增加電阻較大的金屬片，或者通過(guò)電學(xué)方面的特性設計，實(shí)現快速加熱。

 

 

    周江認為，隨著(zhù)技術(shù)進(jìn)步，近幾年動(dòng)力電池在低溫條件下的性能已經(jīng)得到了明顯改善，未來(lái)仍需要在電池材料、電池單體技術(shù)、電池設計等方面加大創(chuàng )新。力神電池除了對單體電池的正極材料、電解液等進(jìn)行特別設計外，也在積極與高校合作研發(fā)電池的自加熱技術(shù)，同時(shí)，做好電池包的集成化設計，兼顧溫度控制系統和電池效率的平衡。（記者 傅勇）