誰掀開了電動車的遮羞布？

今年北方的冬天格外冷，尤其對于一些電動車車主而言。伴隨著電動車銷量逐漸升高，市場接受度不斷增加，電動車車主們剛剛準備摘掉被嘲笑的“電動爹帽子”，又被凜冬的寒冷給“扶正”了一些。

這不，前幾天一位網(wǎng)友聲稱，自己駕駛的比亞迪漢EV在經(jīng)過多次冬季試驗后，發(fā)現(xiàn)充滿一次電后的實際續(xù)航僅有230公里，遠遠低于官方宣傳的600公里續(xù)航，幾乎縮水了三分之二，甚至還發(fā)生過剩余續(xù)航突然斷崖式減少的情況。

甚至有網(wǎng)友拿出當初比亞迪推出“刀片電池”時的官方PPT來調(diào)侃：“按照柱狀圖比例，百分比顯然是100%、70%、40%、40%，做PPT的人還是誠實的?！?/p>

事情在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)酵一陣后，比亞迪給出的官方說法是“車主存在原地怠速用電并且開空調(diào)的情況”，導(dǎo)致實際續(xù)航大幅“縮水”。

無獨有偶，搭載著同樣磷酸鐵鋰電池的特斯拉Model 3標準續(xù)航升級版，以及搭載著磷酸鐵鋰的五菱宏光MINI EV也有車主遇到了類似的問題。

很顯然，所有的矛頭都指向同一個東西——磷酸鐵鋰電池，那么這個去年被譽為將能擊潰三元鋰電池的“英雄”，怎么突然不行了呢？

磷酸鐵鋰電池的原罪

LFP（磷酸鐵鋰電池）最早是由古迪納夫（2019年諾貝爾化學獎獲得者之一）發(fā)明的，于1996年德州大學代表古迪納夫?qū)嶒炇蚁蛎绹暾埩藢＠╓O1997040541）。不過之前日本NTT公司曾派遣一位研究員岡田協(xié)助古迪納夫研究，后在2015年搶先在日本當?shù)赜?995年注冊了專利，后續(xù)各個地區(qū)為了保護本地利益，導(dǎo)致LFP專利幾乎形同虛設(shè)，很多國家都有生產(chǎn)制造能力。

所以其實LFP的規(guī)?；慨a(chǎn)和應(yīng)用于電動車已經(jīng)很長時間了，只不過之前都是搭載于公共交通系統(tǒng)的車輛。

而LFP之所以突然被乘用車消費市場所關(guān)注，是源自于去年比亞迪與寧德時代的交鋒，也就是比亞迪公開了一段視頻，用針刺實驗證明了“刀片電池”（LFP的一種特殊封裝形式）遠比三元鋰電池要安全很多、比方型磷酸鐵鋰電池安全，從而引發(fā)了廣泛的社會討論和爭議。

（三元鋰電池針刺實驗，未說明哪種三元鋰電池）

（方型磷酸鐵鋰電池針刺實驗）

（比亞迪“刀片電池”針刺實驗）

的確，LFP相比于三元鋰電池有不少優(yōu)點。

首先，磷酸鐵鋰的循環(huán)性能好，即循環(huán)壽命長。鋰電池電量衰退的原因有很多，但與正極材料相關(guān)的主要是充放電過程中正極材料結(jié)構(gòu)“晶格塌陷”，造成結(jié)構(gòu)破壞，從而使得一部分正極材料失活。

但磷酸鐵鋰化合物從分子結(jié)構(gòu)上相較于鎳鈷錳化合物穩(wěn)定很多，NCM分子是類似“千層餅”形狀，鋰離子從兩層之間流動，而LFP分子則是“橄欖石”形狀，鋰離子游走于三維結(jié)構(gòu)縫隙中。即LFP分子結(jié)構(gòu)中即便鋰離子“離開”，剩下類似FePo4的結(jié)構(gòu)也相對穩(wěn)定，而NCM則相對不穩(wěn)定。（三元鋰電池循環(huán)壽命在1500~2000次左右，磷酸鐵鋰則能到4000次左右）

（NCA雖然分子結(jié)構(gòu)與NCM稍有不同，但是存在的問題與NCM差不多）

雖然早期磷酸鐵鋰電池由于其結(jié)構(gòu)原因，充放電效率較低（形象的說法就是由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定導(dǎo)致鋰離子活動自由度不高），但隨著包碳技術(shù)（法國世界級鋰電科學家米歇爾·阿爾芒發(fā)明，并后來與古迪納夫一起申請了專利，MichelArmand），以及納米化材料工藝的技術(shù)，現(xiàn)在磷酸鐵鋰電池的充放電功率（即性能）不比三元鋰電池差。

其次，LFP安全性高。磷酸鐵鋰化合物本身的分解溫度在700~800度左右，遠高于三元鋰化合物的200~300度，所以理論安全性高很多；且三元鋰電池在發(fā)生“熱失控”時，會釋放氧氣，從而進一步加劇反應(yīng)劇烈程度，而磷酸鐵鋰化合物中P-O鍵穩(wěn)固，難以分解從而杜絕氧氣形成，避免連鎖效應(yīng)。

但是，之所以磷酸鐵鋰一直沒能應(yīng)用于乘用車市場，根本原因在于LFP有幾個“原罪”。

首先，LFP的能量密度較低。單電芯目前最頂端也就剛摸到三元鋰電池的一般水平。原因在于相比于三元鋰來說容量低（單位Ah），且電壓低（三元大多在4V以上，磷酸鐵鋰在3.4V左右），能量即是容量乘以電壓（單位Wh）。

其次，最要命的是低溫性能差。原因在于正極材料（磷酸鐵鋰化合物）本身為絕緣體，相比三元鋰電池電子導(dǎo)電率低，低溫下導(dǎo)電性更為差，致使電池內(nèi)阻增大，受到極化影響大。即便在加了納米碳導(dǎo)電劑改良后，雖然有所緩解，但仍未能解決低溫的電壓降低導(dǎo)致的可用容量降低的問題。

（LFP在不同溫度的放電情況）

換句話說，盡管目前的電池技術(shù)使得LFP的電池的低溫表顯有所提升，但是仍然因為低溫導(dǎo)致大幅降低可用容量。

最后，測量電量（SoC，State of Charge）較難，由于磷酸鐵鋰電池的電壓在放電時前半段非常穩(wěn)定，到低電量時會突然掉電壓，所以如果BMS（電池管理系統(tǒng)）做的不好，很可能剩余電量出現(xiàn)突然斷崖式變化。由此導(dǎo)致的問題不僅僅是使用端的不方便，更多的是如果無法很好檢測電芯數(shù)據(jù)，則更加無法良好的管理充放電策略，從而使得電池壽命減少甚至發(fā)生鋰枝晶現(xiàn)象導(dǎo)致短路。

所以LFP擁有相比于三元鋰電池安全性更高、循環(huán)壽命更長、高溫環(huán)境下性能更好、造價低的優(yōu)點，使得非常適合公交車、市政車輛等純電動車型。并且由于公交車體積龐大，并不在乎磷酸鐵鋰電池的低能量密度，可以利用裝載體積龐大的電池包，并且公交車行駛盧路線相對固定且不會很長，所以續(xù)航數(shù)的波動影響也不大。

但是對于乘用車而言，磷酸鐵鋰電池的這些缺點是“不可接受”的，所以長久以來都沒有應(yīng)用于乘用車。

不過，比亞迪通過改善LFP電池材料和“刀片電池”的電池包結(jié)構(gòu)，提升了單電芯和電池包的能量密度，擺脫了“短續(xù)航”的詬病。但是關(guān)于其他LFP天生的缺點，尤其是LFP冬季續(xù)航表現(xiàn)時，比亞迪給出的解決辦法卻多少有些含糊：“材料的性能有所提升、配合熱管理系統(tǒng)的加熱，已經(jīng)解決了該問題?！?/p>

LFP材料的性能提升大概率沒什么疑問，但是熱管理系統(tǒng)的好壞就值得商榷了。

電池不背全部鍋

目前所有量產(chǎn)純電動車中，采用的鋰電池無外乎NCA（鎳鈷鋁三元鋰電池）、NCM（鎳鈷錳三元鋰電池）、LFP（磷酸鐵鋰電池）這三種，但無論是哪種鋰電池，其實都會受到低溫的影響，只不過相比于三元鋰電池，LFP天生受影響程度較大罷了。

因為目前大部分鋰電池，不僅正極材料會產(chǎn)生影響，低溫也會影響負極材料和電解液，低溫會導(dǎo)致電解液粘稠致使鋰電池內(nèi)阻增加，以及負極材料極化嚴重致使鋰離子沉積、鍍膜現(xiàn)象等，導(dǎo)致可用容量下降，放電速率下降（性能）。

也就是說在不加任何外部輔助設(shè)備情況下，原生狀態(tài)下任何鋰電池都會隨著低溫降低可用容量，即減少續(xù)航。

所以各家廠商都會在電池包結(jié)構(gòu)中加入熱管理系統(tǒng)。

低氣溫下，利用空調(diào)系統(tǒng)的制熱系統(tǒng)，通過消耗電能對電池進行升溫，一方面恢復(fù)電池充放電性能，另一方面防止低溫對電池造成不可逆的傷害。

恰恰問題就在這，低氣溫下，除了電池需要加熱之外，車內(nèi)的乘員同樣也需要熱風系統(tǒng)，而這就是進一步縮短續(xù)航里程的元兇。

目前國內(nèi)大部分純電動車的制熱系統(tǒng)都是PTC加熱，能效比為1，以3000W的功率考慮，那么滿功率開啟熱風一個小時，即消耗3kWh電量，這對于百公里僅需不到20kWh的純電動車而言，無疑是“奢侈消費”。

當然也有一些純電動車，例如日產(chǎn)Leaf、現(xiàn)代Kona、特斯拉Model Y等車型采用了熱泵系統(tǒng)，0度以上能效比為3左右，基本能節(jié)省2/3左右的加熱能耗，不過就是當溫度將至零下20度以下時，熱泵能效比也就降至1了，與PTC并無差距。

不過各家的熱管理系統(tǒng)存在諸多差異（PTC制熱與熱泵制熱系統(tǒng)區(qū)別，熱管理合理性和效率等），最終導(dǎo)致的節(jié)省程度不同。

比如利用電機、電路板等多個熱源進行統(tǒng)一管理，一方面給該需要降溫的部分降溫，另一方面將熱量有效利用起來，傳送給需要加熱的電池或者駕駛艙。所以低溫對能耗的影響，其本質(zhì)上還是熱管理系統(tǒng)的技術(shù)先進程度的高低。

（比如Model Y采用的“章魚八通閥”就是將多個部分的熱管理高度集成化，以實現(xiàn)極高的熱量管理效率）

注：低溫度下，純電動車在剛啟動時，由于電池需要加熱、電機和電路板也還未產(chǎn)熱，所以導(dǎo)致該階段耗電量會很高，行駛一段后才會恢復(fù)正常電耗。例如同事的Model 3冬季短路途行駛的電耗甚至高于120km巡航的電耗。所以在EPA標準中，剛啟動階段的行駛工況電耗，會乘以0.33的權(quán)重計入。

電動車能耗之所以對制熱系統(tǒng)如此敏感，是因為相比于燃油車來說，電動車所攜帶的能量著實有些少的可憐。一升汽油攜帶的能量相當于8.9kW·h，一輛普通的燃油車油箱大小約為60升左右，換算成電力約為534KW·h，而目前市場上純電動車搭載的電池包一般在30kW·h到100kW·h之間，對比之下，燃油車攜帶的能源大概是純電動車的5~18倍之間。

與此同時，燃油車使用能源的綜合效率可能僅有20-30%左右，而電動車則有80%左右。即燃油車加熱采用的是浪費掉的發(fā)動機熱能，并不怎么影響油耗，倒是電動車的加熱系統(tǒng)是實打?qū)崄碜浴坝糜谛旭?/p>

”的能源。由此導(dǎo)致了開啟空調(diào)后，會對續(xù)航產(chǎn)生巨大影響。

舉個例子，根據(jù)AAA測試報告結(jié)果顯示，零下7度開暖風的續(xù)航情況，2018款寶馬i3續(xù)航下降46%，2018款雪佛蘭Bolt續(xù)航下降47%，2018日產(chǎn)凌風下降32%，2017款Model S續(xù)航下降38%；零下7度不開暖風情況下，四款車續(xù)航下降則分別為14%、10.4%、10.8%、11.1%。

注：上述四款車型中日產(chǎn)凌風和寶馬i3搭載了熱泵系統(tǒng)，其他兩款均為PTC加熱；另外上述四款均為三元鋰電池。

足矣可見除了溫度對電池本身性能影響外，熱管理系統(tǒng)對續(xù)航影響程度之大。

也就意味著，低溫情況下純電動車的續(xù)航表現(xiàn)，電池化學材料本身的影響是一方面，整車的熱管理系統(tǒng)的能效比是更重要的一方面。所以在目前電池技術(shù)的限制下，車輛在冬季的實際續(xù)航“縮水”情況除了看電池不同外，重點還要看各家在熱管理系統(tǒng)中下的功夫。

因為無論采用什么電池，只要熱管理能夠?qū)㈦姵匮杆倩謴?fù)最佳工作溫度，那么電池的表現(xiàn)是差距不大的。所以從技術(shù)角度上說，如果熱管理系統(tǒng)做到足夠好，無論是三元鋰電池還是磷酸鐵鋰電池，都能保證差不多的低溫續(xù)航表現(xiàn)，不同車型之間的差距就在熱管理系統(tǒng)上。

迷茫無助的消費者

其實廠商都知道磷酸鐵鋰電池的低溫性能不佳，但就連馬斯克也明確說了，之后基礎(chǔ)款車型都會采用LFP電池，原因就是成本低。

成本降低就能使得售價更低，間接使得產(chǎn)品性價比提升，直接結(jié)果就是銷量的增長。11月份新能源車輛銷量前四名中，除了Model 3有磷酸鐵鋰和NCA兩種版本之外，其他三個都是搭載的磷酸鐵鋰電池。

這不，就連小鵬G3的磷酸鐵鋰版本也通過了工信部認證，即將推出市場。

但問題是，廣大消費者并非個個都是電動車專家，他們不明白不同電池、不同熱管理系統(tǒng)對續(xù)航的影響程度，也不會懂為什么“標稱續(xù)航”與實際續(xù)航之間存在不小的差距。

甚至哪怕在溫度非常合適的情況下，消費者購買的電動車續(xù)航也與宣傳續(xù)航之間也存著差距。

宣傳續(xù)航數(shù)是根據(jù)不同地區(qū)的法律法規(guī)要求來測試的結(jié)果，即稍微細心的人會發(fā)現(xiàn)，完全相同的一款車型，在不同地區(qū)的續(xù)航各不相同。

由于不同標準中對測量電動車續(xù)航的嚴格程度不同，所以測試結(jié)果各不相同。以續(xù)航數(shù)值來看，NEDC》WLTP》EPA。換算方式為NEDC續(xù)航數(shù)乘以0.7差不多為EPA續(xù)航數(shù)，WLTP續(xù)航乘以0.9差不多為EPA續(xù)航（估算值，并不絕對準確）。不過即便是最為嚴苛的EPA續(xù)航數(shù)，其實也會與實際續(xù)航里程有差距。

注：中國采用的是NEDC標準（New European Driving Cycle，新歐洲駕駛循環(huán)），歐洲采用的是WLTP（Worldwide Harmonised Light Vehicles Test Procedure，歐洲提出的輕型車測試循環(huán)）標準，而美國則采用的是EPA（Environmental Protection Agency，美國環(huán)境保護總署）標準。

可謂是“宣傳僅為參考，一切以實際為準”。

如果僅僅是宣傳續(xù)航和實際續(xù)航不符也就罷了，其實表顯續(xù)航中也有“古怪”。

首先，如果廠商懶省事，就直接將NEDC測試結(jié)果設(shè)定為最大值，或者添加WLTP續(xù)航數(shù)為備選項，然后根據(jù)測量剩余電量百分比，對表顯續(xù)航里程進行變化。所以用戶感知到的就是實際走的里程，明顯小于表顯減少的里程數(shù)。在這種模式下，每次充滿電，表顯里程數(shù)都會基本保持一致。

注：其中比較特別的只有特斯拉，采用的EPA續(xù)航測試結(jié)果為表顯值，所以很多車主拿到車后表顯里程就與中國官網(wǎng)上宣傳的數(shù)據(jù)相差很多。

其次，稍微用心的廠商，表顯里程并非為固定值，會根據(jù)近期車輛使用情況，計算一個相對平均值，對表顯續(xù)航進行調(diào)整。比如近期一直激烈駕駛，充滿電后表顯續(xù)航就會少于一直平穩(wěn)駕駛。這樣做的好處是讓用戶更加直觀感知以自己駕駛習慣還能行駛多少里程。但由于用戶并不了解這個原因，就會導(dǎo)致讓用戶產(chǎn)生電池衰減或者續(xù)航“縮水”的錯覺。

除了專家或者以這些信息為生的汽車編輯，大多數(shù)普通消費者很難了解或者理解上述這些信息。

由此導(dǎo)致的最大問題就是，車主對實際續(xù)航的認知就如同“薛定諤的貓”，“量子態(tài)”的實際續(xù)航讓用戶完全捉摸不透自己的真正自由活動范圍能有多大。

更別說在冬天低氣溫下，“縮水”的續(xù)航不僅會讓用戶活動范圍減小，還會連帶產(chǎn)生充電排隊等諸多更多的麻煩。

以限牌城市北京為例，全北京純電動汽車保有量在40多萬量左右，而目前全北京充電樁（快充、慢充）統(tǒng)計數(shù)量僅為20萬個，即便拋去一部分“換電”的出租車，仍有大量運營車輛每天都需要充電，這就會直接導(dǎo)致充電樁不夠用。

當然，無論從駕駛體驗和使用成本角度，還是從國家能源戰(zhàn)略角度，純電動車是大趨勢這無可厚非。但是不完善的測試標準、廠商的技術(shù)差異、充電設(shè)施的數(shù)量不足，都在真真切切地“冰凍”著電動車主的內(nèi)心。

如果你身處南方城市，那么恭喜你，你只需要考慮低溫性能之外的“麻煩”就行了；而如果你身處北方城市且在限牌城市，那么很不幸，在購買電動車之前，請認認真真的做點功課，不然你就有可能是充電樁旁邊那個最靚的“軍大衣哥”。

責任編輯：haq