編者按

　　為什么低溫會成為新能源汽車續(xù)航里程“殺手”？冬季“魔咒”是否成為新能源汽車行業(yè)發(fā)展的“攔路虎”？現(xiàn)有技術(shù)能否緩解新能源車主的“里程焦慮”？為回應(yīng)社會關(guān)切,《·汽車特刊》記者多路出擊,連線行業(yè)各方,求解新能源汽車過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

　　□記者 李志勇 北京報道

　　近期,寒潮席卷了國內(nèi)大部分地區(qū),多地開啟了速凍模式。在這樣的高寒天氣下,新能源汽車續(xù)航里程縮水等問題成為消費者最為關(guān)心的話題。對此,北汽新能源公司透露,正在著手推進超低溫冷啟動、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題。

　　冬季電動汽車續(xù)航里程縮水是行業(yè)內(nèi)普遍存在的問題。一方面,目前電動汽車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)境下其活性會下降,導(dǎo)致電池的凈放電率下降,電能不能正常釋放出來；另一方面,冬季用車有大比例的額外電能消耗,比如,空調(diào)熱風(fēng)、座椅加熱、寒冷環(huán)境車輛行駛阻力變大等,這些因素都會造成電動汽車在冬季的能耗升高、續(xù)航里程下降。

　　為解決冬季“續(xù)航里程縮水”問題,目前各新能源汽車企業(yè)主要采取三種方式：第一種方式是大多數(shù)車企采用的PTC加熱系統(tǒng)。這種方式類似于給電池裝上了“地暖”,結(jié)構(gòu)簡單且成本比較低,但是需要消耗電量來供熱,也會犧牲一部分續(xù)航里程；第二種方式是PTC再加上柴油加溫系統(tǒng)。這種方法見效更快,在低溫環(huán)境下更有保障,但是一定程度上違背了電動車節(jié)能環(huán)保的初衷；第三種方式是電機堵轉(zhuǎn)技術(shù),其工作原理是將電機繞組當(dāng)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(dāng)溫度在零下10℃至10℃之間時,仍需采用PTC輔助加熱。

　　對此,北汽新能源工程研究院副院長代康偉介紹,為提升加熱速率,減少用戶等待時間,北汽新能源除了PTC加熱方式外,還著手研究超低溫冷啟動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題。

　　據(jù)介紹,超低溫冷啟動的原理是利用低溫下電芯內(nèi)阻增大的特性,通過高頻大電流脈沖充放電實現(xiàn)快速加熱效果。與傳統(tǒng)PTC加熱方式相比,由于電芯內(nèi)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,為新能源汽車突破嚴寒禁區(qū)奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。這也意味著,未來新能源汽車將無懼零下40℃的嚴寒,并且能夠保持與常溫狀態(tài)下幾乎相同的續(xù)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?zé)峁芾砑夹g(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(tǒng)溫差減少50%,40℃以上的高溫極限工況下系統(tǒng)溫差可以控制在6℃以內(nèi)。也就是說,冷到黑河,熱到吐魯番,北汽新能源的電池系統(tǒng)始終能夠保持在電池最佳工作狀態(tài)。

　　作為國內(nèi)最早布局新能源研發(fā)生產(chǎn)的整車企業(yè),北汽新能源在純電動汽車技術(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(qū)用車限制方面擁有技術(shù)優(yōu)勢。業(yè)內(nèi)專家表示,隨著電池技術(shù)水平的不斷提升,電動汽車冬季續(xù)航里程縮水問題將在很大程度上得到緩解。在凜冽的寒風(fēng)中,電動汽車也可以實現(xiàn)超長“待機”,用戶出行體驗也將得到進一步提升。

　　比亞迪：多措施應(yīng)對“低溫挑戰(zhàn)”

　　□記者 李志勇 北京報道

　　作為國內(nèi)在電動汽車和動力電池領(lǐng)域都居于前列的企業(yè),比亞迪通過多種措施應(yīng)對冬季電動汽車續(xù)航里程衰減的問題。

　　比亞迪表示,很多人都把電動汽車冬季用電快歸咎于電池本身的能量問題,但實際上這是一個綜合性問題,電池并非“放不出電”,而是動力電池在低溫環(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,續(xù)航衰減的真實原因,不是可放的電變少了,而是電不能有效放出來,再加上冬季額外消耗的電增加,如空調(diào)暖風(fēng)、行駛阻力變大等因素綜合導(dǎo)致續(xù)航里程減少。

　　對此,比亞迪也采取綜合手段來解決續(xù)航里程衰減問題。一方面,比亞迪的電池有加熱系統(tǒng),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“無模組”結(jié)構(gòu),讓加熱管路進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,比亞迪通過不斷降低車輛風(fēng)阻,采用適宜冬季工況的低黏度油脂等措施,減少冬季車輛行駛所產(chǎn)生的能量損失,進一步降低低溫的行駛能耗。

　　同時,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?比亞迪通過結(jié)構(gòu)及材料創(chuàng)新,適時推出刀片電池。刀片電池在裝配時可以直接跳過“模組”這一層級,進而直接組成電池包,在空間利用率上提升了50%。在推出刀片電池的同時,比亞迪也在布局研發(fā)三元電池和固態(tài)電池。未來,比亞迪會向更高層次的安全性能發(fā)展,同時不斷探索新的技術(shù)領(lǐng)域。

　　　　蔚來汽車：升級電池加大換電站投入

　　□記者 閆磊 北京報道

　　關(guān)于在冬天低溫環(huán)境下的穩(wěn)定運行問題,剛剛發(fā)布新款車型的蔚來汽車表示,除了搭載續(xù)航能力升級的電池外,還通過加大換電站投入來實現(xiàn)保障。

　　蔚來汽車創(chuàng)始人李斌表示,與傳統(tǒng)汽車使用發(fā)動機預(yù)熱來加熱不同,電動汽車在低溫環(huán)境下有天生的劣勢,冬天需要使用電來進行加熱,這成為其短板?！斑@就是為什么冬天續(xù)航里程會有一些影響,所有電動汽車在冬天都會遇到挑戰(zhàn)?！?/p>

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

　　對換電站等相關(guān)配套設(shè)施的完善將是應(yīng)對低溫駕駛問題的主要舉措。李斌說,蔚來汽車的換電站本身在低溫環(huán)境下運營沒有問題,實踐證明在哈爾濱等地方都能夠正常運營。

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

　　“真正的挑戰(zhàn)在于換電站的運營效率和服務(wù)標準。從2020年4月中下旬到年底,蔚來大約投放了70多個換電站,即30多周時間內(nèi)平均每周大約投放2個站。用戶對換電站的分布、建設(shè)速度、運營效率的期許是非常高的。換電站既凸顯了蔚來的獨特技術(shù)和服務(wù)優(yōu)勢,也反映出我們并沒有達到用戶的預(yù)期要求。比如,1月6日北京部分地區(qū)氣溫突然下降到零下17℃,很多換電站由于應(yīng)對低溫準備工作不足當(dāng)天沒有營業(yè)。這反映出我們在運營、相關(guān)準備等方面做得不夠好?！鼻亓楸硎?哈爾濱的換電站能夠正常運營,而北京不能正常運營,這說明北京的相關(guān)準備工作不足,這反映出公司運營精度方面存在問題。

　　　　威馬汽車：冬季續(xù)航保障服務(wù)加力

　　□記者 傅勇 北京報道

　　目前,電動汽車上所使用的動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大大下降,這是導(dǎo)致電動汽車冬季續(xù)航里程縮短的主要因素。

　　為此,威馬汽車相關(guān)負責(zé)人表示,威馬從技術(shù)和服務(wù)兩個層面做了保障。他說,要提高冬季鋰離子的活性,就必須要通過技術(shù)手段讓電池保持理想的輸出溫度。在這方面,威馬汽車有專門的全天候電池包恒溫?zé)峁芾硐到y(tǒng)。

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

　　威馬汽車把這套技術(shù)系統(tǒng)稱之為熱管理2.0,它主要有以下幾大特點：一是能根據(jù)電芯的實時溫度,自動調(diào)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(dǎo)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(qū)間內(nèi),提高電池的充放電效率；三是在每個電芯模組內(nèi)布置了兩個溫度傳感器,并通過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力系統(tǒng)冷卻分開,采用獨立的液冷回路,以便更精確地控制電池包溫度；五是通過標配的液冷系統(tǒng),搭配區(qū)域化定制的PTC電加熱和柴油加熱,實現(xiàn)零下30℃至50℃不同環(huán)境溫度的高適應(yīng)性,確保電池不管是在放電還是充電過程中都保持在合適溫度區(qū)間,避免電池低溫損傷和高溫危險。

　　不過,威馬汽車這位負責(zé)人認為,常規(guī)的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)確實能夠在冬季保持合理的電池溫,但熱管理系統(tǒng)為電池加溫的過程本身就需要電池電力做支撐,這同樣會造成巨大的電池電力損耗,從而導(dǎo)致續(xù)航里程下降?；诖?威馬熱管理2.0系統(tǒng)還采用外部熱源同時對電池包和座艙進行加熱,大幅降低了冬季空調(diào)的能耗,有效提升了NEDC綜合工況下的續(xù)航里程。

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

　　至于服務(wù)方面,威馬汽車不僅提供了動力電池終身免費質(zhì)保、4年12萬公里的整車質(zhì)保、8年15萬公里的電機、電控等核心部件質(zhì)保等基本權(quán)益保障,還為用戶提供了免費充電樁私享服務(wù)、“即客行”全國20萬根公用充電樁支持、智行合伙人網(wǎng)店免費充電等充電解決方案。與此同時,威馬汽車還推出了冬季專項檢查,包含小電瓶專項養(yǎng)護、24項免費檢測、最新版本軟件升級等。

　　威馬汽車負責(zé)人說,通過技術(shù)和服務(wù)兩個層面的保障,威馬汽車的冬季續(xù)航問題基本上都能得到解決。

　　　　力神電池：技術(shù)創(chuàng)新迎解低溫難題

　　□記者 李亭 天津報道

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

　　周江介紹,一方面,低溫下離子的運動性能下降,電池電阻增加,輸出功率下降,導(dǎo)致續(xù)航里程變短。比如,假設(shè)電池中有10度電,但由于低溫導(dǎo)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(dǎo)致車的加速性能下降,直觀感受就是車跑不快。尤其是磷酸鐵鋰電池材料的電導(dǎo)率較低,比三元鋰電池更易受低溫環(huán)境的影響。

　　“從技術(shù)方面來講,解決這一問題主要有兩種思路,一是降低電阻,二是在電池中增加保溫設(shè)計?！敝芙f。

　　周江告訴記者,在業(yè)內(nèi)實踐中,通過增強動力電池正極材料表面的導(dǎo)電性、改變電解液的成分減小離子在電解液中運動的阻力、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(dǎo)率。

　　除此之外,提高電池溫度也是常用舉措。周江介紹,通過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,來應(yīng)對冬季低溫天氣,同時通過液冷系統(tǒng)應(yīng)對夏季高溫環(huán)境下電池溫度過高的風(fēng)險隱患?！斑@種方式的基本邏輯是,將電池工作產(chǎn)生的熱量留在其內(nèi)部,實現(xiàn)加熱,但如果在極寒條件下,電池甚至不能啟動,這種方式也將無法發(fā)揮作用?！?/p>

　　周江補充說,也可以采用外部加熱方式,例如,在電池包外部設(shè)計加熱系統(tǒng),但熱傳導(dǎo)效率并不理想；或者,設(shè)計燃料發(fā)電機,但會增加系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性從而增加成本。此外,目前業(yè)內(nèi)已經(jīng)在研發(fā)電池單體的自加熱技術(shù),例如,在電池內(nèi)部增加電阻較大的金屬片,或者通過電學(xué)方面的特性設(shè)計,實現(xiàn)快速加熱。

　　周江認為,隨著技術(shù)進步,近幾年動力電池在低溫條件下的性能已經(jīng)得到了明顯改善,未來仍需要在電池材料、電池單體技術(shù)、電池設(shè)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、電解液等進行特別設(shè)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,做好電池包的集成化設(shè)計,兼顧溫度控制系統(tǒng)和電池效率的平衡。