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明知故问 | 新能源汽车为什么会低温“趴窝”?

Winnie Lee

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近年来,新能源汽车可谓“风很大”。价格补贴、不用摇号、成本较低等优点让许多消费者趋之若鹜。不过,相比起传统燃油车,新能源汽车也面临许多亟待解决的痛点,如充电不便、里程焦虑、低温易失电等……

由于中国国土辽阔,南北跨越将近50个纬度,因此南北气温差异大的特征十分明显。0℃等温线以北的广大地区,1月平均气温在0℃以下,而大兴安岭北部地区1月平均气温甚至可达到-30℃以下。

而在这样的严寒下,许多新能源车主就会遭遇电池性能衰减、续航里程大幅下降的窘境,许多车主不敢远行,甚至不敢开暖气,只得穿着厚厚的大棉袄开车。

为什么新能源汽车一遇严寒就“趴窝”?新能源车主们又如何在冬天“拯救”自己的爱车?本期,前瞻经济学人“明知故问”栏目重点聚焦。

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电动车变“电动爹”

近年来,关于电动车在冬天变得难用的新闻屡见不鲜。

段先生是北京最早的一批新能源车主,但北京突然袭来的寒潮让他深刻体会到了因新能源汽车“趴窝”而被迫在寒风中等待的遭遇。仅仅在户外停了3小时,爱车的续航就无法支持开回家,段先生只得寻找附近的停车场进行充电。但由于排队充电的车辆太多,段先生足足冻了两个多小时才充好了电。

对此,他感慨:“北京寒潮来袭,在大约-20℃的地下车库等了两个小时充电,脚都冻麻了,这是近几年来我遇到的最心酸的事情之一了。”

一位荣威ER6的车主也提到了冬天开新能源车时遇到的实际困难:“这车宣称的NEDC续航是620公里,但是冬天缩水明显,一般只能跑360公里左右,每天早晨会显示续航里程掉几十公里,充满电跑30公里以后续航里程开始急转直下。”

他还表示,“很多车主都是冲着它的高续航买的,结果却有些失望,原本我以为能开回老家(约600公里),这样看来,冬天肯定不现实,万一高速堵车、一直开空调,一会儿可能就没电了。”

即使是新能源汽车行业内的龙头特斯拉,冬季“掉电”现象也屡见不鲜。一位特斯拉王姓车主在接受采访时称:“冬天启动汽车时,续航里程经常只显示出平常的50%”;而另一位赵姓车主表示,“停在室外一个晚上就能掉30公里的续航”;还有一位在金融街上班的郭小姐则称,“家离单位比较远,工作日中午就会搜附近商场的特斯拉充电桩排队情况,如果等待时间不久,我就会赶过去充个电,这样比较有安全感。”

一位拥有两辆德系混合动力车的车主指出了新能源汽车冬天无法“独当一面”的窘境:“目前我也不会买纯电车,认识的朋友因为对电动汽车的担忧也没有人只买纯电车,即使买了纯电的,家里也肯定有第二辆燃油车。”

2019年,美国汽车协会(AAA)在模拟标准的严寒环境下,对美国市场上热销的包括宝马、特斯拉在内的5款纯电动车型进行了严格的冬季续航测试,研究显示测试车辆平均续航里程减少41%。

国家汽车技术研究中心发布的资料显示,冬季影响电动汽车续航里程的关键原因是室外温度和空调能耗。试验结果显示,在室外零下7摄氏度、车内保持22摄氏度的情况下,新能源车辆平均续航里程下降39%,一些不具备电池温控系统的车辆会下降60%。

而汽车媒体“有车一族”在3℃的气温下对特斯拉ModelY长续航版车型进行的续航里程测试也表明,在电量充满、加速模式、动能回收调至轻松和标准、空调开至23℃自动风量的条件下,通过高速公路和城市道路综合测试,该车的冬季续航里程仅为356公里,比官方续航里程减少238公里,续航里程缩水超40%。

低温“趴窝”,只因电池不给力?

实际上,动力电池是让新能源汽车冬天“趴窝”的“罪魁祸首”。目前,新能源汽车使用的基本为锂电池,锂离子电池主要由正极、隔膜、负极、有机电解液、电池外壳等部件组成。

锂电池的工作原理大致如下图所示:放电过程中,阳极失去电子的同时,锂离子从电解液中向阴极迁移。反之,则为充电过程。

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资料显示,很多原因都会导致锂电池在低温下出现性能下降,比如,低温下电解液的浓度会增大,扩散系数降低,电池内部的电荷转移阻抗(Rct)会显著增大;低温环境下锂电池的负极析理现象会变严重,且析出的金属锂与电解液反应,其产物会沉积,导致固态电解质界面(SEI)厚度增加。

由于电极材料、电解液材料对于电池的低温性能有较大影响,因此也会进而影响电动车的冬季续航里程。

此外,由于电池活性降低,电池充电的时间也会变慢,这也导致不少新能源车主反映冬天充电慢、充不进去电的情况。

真锂时代创始人墨柯表示:“目前大部分新能源车的电池是磷酸铁锂电池和三元电池。电池在夏天的使用率可以达到100%,如果气温降到零度,电池的活性会降低,此时使用率可能只有80%左右,屏幕虽然显示电充满了,实际上并没有充满,这就是冬天新能源车掉电快、续航里程低的原因。而且随着温度的降低,使用率还会下降。”

小小电池,正影响数百万家庭

别看动力电池冬季“掉电”事小,但在新能源汽车行业蓬勃发展、市场份额不断扩大的背景下,这一缺陷将越来越多地困扰购买了新能源汽车的数百万家庭。

根据前瞻产业研究院分析,截至2019年底,全国新能源汽车保有量达381万辆,占汽车总量的1.46%,与2018年底相比,增加120万辆,增长46.05%。其中,纯电动汽车保有量310万辆,占新能源汽车总量的81.19%。从统计情况看,近五年新能源汽车保有量年均增加180万辆,呈加快增长趋势。

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而受到疫情影响,2020年1-10月,我国动力电池产量和装车量都比2019年有所下降。

根据前瞻产业研究院分析,2020年1-10月,我国动力电池产量累计55.56Wh,同比累计下降20.8%。其中三元电池产量累计32.76Wh,占总产量58.9%,同比累计下降27.2%;磷酸铁锂电池产量累计22.66Wh,占总产量40.7%,同比累计下降1.2%。

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2020年1-10月,我国动力电池装车量累计40.06Wh,同比累计下降13.3%。其中三元电池装车量累计27.0GWh,占总装车量67.4%,同比累计下降15.5%;磷酸铁锂电池装车量累计12.86Wh.占总装车量31.9%,同比累计下降1.9%,已逐渐追平去年同期水平。

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那么在现实生活中,新能源汽车的车主们该如何解决爱车低温“趴窝”的状况呢?虽然这是由电池特性所引起的,但在实际生活中,我们也可以采取很多手段来改善这一问题。

冬季来临前进行检查

由于电池对温度的要求比较苛刻,为预防冬季行车发生意外,在入冬前车主一定要到相应的4S店对电池组和电机组进行常规检查,并保持其清洁,这样不但能延长电池使用寿命,同时也能一定程度上避免行车事故。

出行前提前热车

燃油车在冷车启动前,要进行热车,这一点在新能源汽车上也显得尤为重要。出行时低速热车3-5分钟,能有效提高电机和电池等原器件的温度,减少电池的电量消耗,还能延长各原器件的使用寿命。

养成节电的驾驶习惯

驾驶习惯往往会影响到车辆的续航里程数,急刹车、重新启动、猛踩加速……这些驾驶习惯都会形成瞬间大电流放电,所消耗的电量是正常行车过程中的好几倍,从而损害电池极板的物理性能。

新能源汽车一般都配有制动能回收功能,合理掌握电门力度,车辆可以回收更多的电量。

为了减少低温时的电池能耗,帮助车辆延长续航里程,并延长电池的使用寿命,养成良好的驾驶习惯、保持匀速安全行驶十分重要。

此外,在实际行驶中,车主还可通过降低车载导航、音响、倒车影像等智能产品的使用率、关闭不必要功能来确保车辆续航能力。

注意充电环境温度

在气温较低时,建议新能源车主们最好在地下封闭式车库、室内停车场等温度较高的场所完成充电,或选择白天阳光明媚、温度较高的时期进行充电。

如若条件不允许,必须室外充电的时候,最好在充电前将车预热10分钟左右,有助于提高电池活性,提高充电效率,延长电池寿命。

掌握充电时间

在冬季,车主尽量做到每天用车后都及时充电,这既是为了避免出行时产生不便,也是避免电池过度放电而影响使用寿命。

冬季时,由于电池活性降低,充电的时间也会变慢,所以有必要适当延长下充电时间,保证电池处于满电状态。

此外,由于多数充电器在指示灯变灯指示充满电后,电池充入电量实际上可能是97%-99%,长此以往容易形成欠充电积累,所以电池充满电变灯以后还是尽可能继续进行浮充电。

闲置期注意亏电

由于新能源汽车冬季使用较为麻烦,也有部分车主会选择干脆在冬季放弃驾驶电动车,索性将爱车停放在安全场所。

不过,长时间放置也会引起电池亏电问题,而且亏电时间越长,对电池的损耗越大。所以一定要定期检查电量,保证车辆剩余电量一直大于30%。

新能源汽车低温环境电池性能衰减已经成为了一个较为明显的痛点。如今,在厂商方面,也有不少新能源汽车厂商正在开发相应技术的解决方案,如电池保温技术通过保温隔热材料切断电池和外部环境的热量交换以及电池内部的热量传导,大幅降低电芯的热量丧失速度;速加热技术能够快速对电池系统进行升温,确保电池工作在适宜的温度区间;热泵系统则吸收环境中的热量以加热车内的冷空气,使其升温。

此外,增程电动技术也是另一条可选的技术路线。在纯电动车的基础上加上一台由一套小功率的发动机、高性能发电机、控制器和变流装置共同组成的增程器,通过电池与发电机的并联驱动,汽车发动机始终工作在热效率最高的转速,使得增程式电动车在冬天也能高效率地运转。

中国工程院院士、军事科学院首席特聘专家、防化研究院原研究员杨裕生表示:“增程电动技术不仅可以解决冬季新能源汽车的续航问题,还有助于解决纯电动汽车安全、充电、电池等存在的问题。”

“增程式电动车可比相同体量的燃油车节油50%以上。”杨裕生指出,“同时,增程电动技术没有动力的混合,不依赖外部充电,通过电控优化电池和发动机两电源的并联互补,减少了冗余设计,简化了传动机构,能够有效提高能量利用效率,做到了真正节能减排。”

而在政策方面,有专家表示,从2021年开始,我国将逐步推行一种新的电动车里程测试标准——WLTC测试标准,其特点是在全球范围内,收集真实的行驶工况数据,增加城市拥堵工况的比重,这种方法得出的里程数据(相比NEDC)更接近车辆实际的驾驶体验。

全国乘用车市场信息联席会秘书长崔东树表示,这种方法得出的里程数据更接近车辆实际的驾驶体验。

中国农业大学车辆动力学与智能控制创新中心主任王国业则认为,冬季电动车续航里程锐减只是暂时的问题,随着技术的进步,电动汽车在电池方面、充电设施等各种方面持续突破,成本降下来了,电动车续航里程的焦虑也会随之化解。

工信部新闻发言人、运行监测协调局局长黄利斌表示:“应该说这是新兴产业发展过程中出现的问题,需要也只有依靠更高水平的发展去解决。我们相信,随着技术水平的提高和管理政策的完善,新能源汽车低温使用性能一定会获得实质性提升。”

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