如何解決電動汽車的續(xù)航難題?

電動汽車開到一半就沒電，踩下油門也沒勁兒，為了省電不敢開暖風，車主裹著羽絨服在車里依然瑟瑟發(fā)抖……近期，全國氣溫驟降，電動汽車車主們也經(jīng)歷了由電動車電池帶來的種種“苦難”。事實上，電池在低溫下的續(xù)航折損一直都是車主們冬日里最擔心的問題。在低溫環(huán)境下，如何解決續(xù)航難題是電動汽車領(lǐng)域未來重要的攻關(guān)方向之一。

低溫掉電現(xiàn)象頻發(fā)

“天冷為省電不敢開暖風，電動汽車出租車司機放毛毯于后座供乘客御寒”“電動汽車車主上班路上瘋狂找充電樁補電”……一直以來，低溫掉電都是電動汽車在冬季逃不過的“劫難”，電動汽車續(xù)航難問題在低溫天氣下屢次引發(fā)熱議。為什么一到冬天，平時一路暢通的電動汽車就出現(xiàn)了“癱瘓”現(xiàn)象，電池掉電如此嚴重？

記者通過采訪了解到，電動汽車電池在低溫下出現(xiàn)性能衰減問題，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，電動汽車的鋰離子電池會受溫度影響，出現(xiàn)性能衰減問題，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。

欣旺達電池系統(tǒng)研究院院長陳斌斌向《中國電子報》記者解釋道，低溫環(huán)境會使得鋰離子電池內(nèi)部活性物質(zhì)的活性降低，由此導致電池的內(nèi)阻升高，這必然會降低電池的功率輸出和充電能力。過低的電池功率能力無法滿足駕駛的需要，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。

電動汽車電池遇冷后會出現(xiàn)“乏力”現(xiàn)象已是客觀事實，因此很多產(chǎn)品都被開發(fā)出來，以更好地為電池保溫。據(jù)了解，市面上大多數(shù)電動車產(chǎn)品都會設(shè)計電池保溫功能。以大家熟知的“電池保護者”——BMS系統(tǒng)為例，當電池工作溫度過低時，電池管理系統(tǒng)（BMS）會將一部分電力轉(zhuǎn)化為熱能，為整個電池組進行加熱。賽迪智庫電子信息研究所副所長余雪松告訴記者，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)可以啟動電池加熱功能，用一部分能量來提高電池的溫度，以改善電池的功率性能?！标惐蟊笠舱劦?。

顯而易見，在為電動車電池保溫這一點上，BMS系統(tǒng)還存在不完善之處。余雪松指出，BMS系統(tǒng)的最大問題體現(xiàn)在兩方面。一是系統(tǒng)在電加熱模式下，加熱過程需要消耗動力電池的電量;二是系統(tǒng)的算法模型有待提升。目前系統(tǒng)對動力電池的衰減速度預估不準確，使預期續(xù)航里程遠低于實際行駛里程，導致部分消費者使用新能源汽車時出現(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)。陳斌斌認為，低溫環(huán)境下電池的不佳表現(xiàn)與電動汽車整個系統(tǒng)的設(shè)計理念有著極強關(guān)聯(lián)。他表示，低溫條件下，整車除了電池能放出來的能量減少以外，轎廂、座椅、電池等加熱能耗也大幅增加，這占用了部分功率，也加重了電池的負擔，所以低溫下電動汽車很容易“癱瘓”。

那么低溫環(huán)境下，該如何解決電動汽車電池電量衰減、續(xù)航能力大幅下降的痛點？對此，相關(guān)企業(yè)、高校和研究機構(gòu)做出了很多努力，并取得了相應(yīng)進展。

余雪松表示，為解決低溫下電池性能衰減問題，多數(shù)企業(yè)同時采取了兩方面措施。一方面是增加熱管理系統(tǒng)，通過電加熱、外部能源加熱方式為動力電池加熱，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，需補充柴油，操作較為繁瑣。

在增加熱管理系統(tǒng)的同時，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)，對電池電量的動態(tài)進行精準監(jiān)測，能夠更好地控制加溫手段，以提高里程預測的精確程度。

高校、科研機構(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，可通過多種手段優(yōu)化正負極材料，改善導電性，以提高低溫條件下鋰離子電池的脫嵌能力;在開發(fā)低溫電解液體系方面，可采取“添加劑”方式;在電芯設(shè)計方面，可設(shè)計出全天候電芯，即在電芯中增加自加熱功能?！暗枰⒁獾氖牵砑幼约訜峁δ芡瑯訒碾娦镜碾娏?，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。

值得一提的是，目前，寧德時代已將“材料改性”作為提升電池性能的研發(fā)重點之一。寧德時代公布的鋰離子電池包專利對正負極材料進行了創(chuàng)新改進，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

電動汽車的低溫使用問題關(guān)乎廣大消費者的切身利益，因此加強技術(shù)攻關(guān)，以提升電動汽車低溫行駛性能、改善用戶體驗，是目前電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重中之重。未來，無論是電動汽車電池本身，還是為電池保駕護航的BMS系統(tǒng)，乃至電動汽車的整個系統(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)預測車輛行駛里程的精準性，是BMS系統(tǒng)亟待提升的兩個主要方面。除此之外，余雪松認為，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。

從電動汽車電池的角度來看，開發(fā)在低溫條件下也能夠正常工作的動力電池，無疑是現(xiàn)階段的當務(wù)之急。余雪松認為，電芯企業(yè)、高校和研究機構(gòu)應(yīng)著重開發(fā)能夠適應(yīng)低溫環(huán)境的動力電池，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，余雪松補充道，新材料的開發(fā)可以削弱低溫對電池續(xù)航帶來的影響。他表示，電池新材料的開發(fā)是避免低溫對電池續(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，無法完全消除低溫對電池性能的不利影響。此外，由于低溫電池的價格較高，目前低溫電池還沒有真正應(yīng)用于電動汽車領(lǐng)域。

電動汽車在冬季低溫條件下出現(xiàn)的掉電快、續(xù)航難問題與車輛的整個系統(tǒng)的設(shè)計高度相關(guān)，因此只攻克電動車電池或BMS系統(tǒng)中存在的問題，并不足以完全避免低溫條件下電動汽車的“癱瘓”現(xiàn)象。陳斌斌認為，要想真正解決冬季電動汽車面臨的種種難題，還需從結(jié)構(gòu)熱設(shè)計、熱管理策略設(shè)計、極低溫快速加熱設(shè)計、高效率熱泵應(yīng)用等多方面進行考量，以提出綜合全面的解決之道。

業(yè)內(nèi)人士認為，車輛里程測試辦法的優(yōu)化與完善可以更好地反映電動汽車電池的狀況，一定程度上也能夠推動電池續(xù)航問題的解決。在接受采訪時，一位電動汽車用戶向記者表達了自己的心聲。他呼吁，有關(guān)部門應(yīng)進一步優(yōu)化電動汽車的車輛里程測試辦法，通過更有效的測評手段來體現(xiàn)電動汽車的實際續(xù)航里程。此外，對高溫環(huán)境和低溫環(huán)境下的最高續(xù)航里程進行標注，也能夠給汽車廠商、電池廠商和用戶等提供更多參考。
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