如何解決電動(dòng)汽車的續(xù)航難題?

電動(dòng)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(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(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，低溫掉電都是電動(dòng)汽車在冬季逃不過的“劫難”，電動(dòng)汽車?yán)m(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(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？

記者通過采訪了解到，電動(dòng)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(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(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(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(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(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?！暗枰⒁獾氖?，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。

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，無論是電動(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)汽車電池的角度來看，開發(fā)在低溫條件下也能夠正常工作的動(dòng)力電池，無疑是現(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，新材料的開發(fā)可以削弱低溫對(duì)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(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(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，通過更有效的測(cè)評(píng)手段來體現(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。
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