如何解決電動汽車掉電快的原因及解決方法

2021-01-18 電子發燒友
如何解決電動汽車掉電快的原因及解決方法

mcu中文技術社區 發表於 2021-01-15 15:18:56

凜冬已至，隨著氣溫逐漸降低到零下，電動汽車在冬季的行駛能耗不斷上升，直接導致掉電極快。此前中汽研發布的一組數據顯示，當室外溫度為-7℃、車內22℃時，純電動汽車的平均續航裡程將下降39%之多，而如果是不具備電池溫控系統的微型電動車，電量則會下降60%之多。

為何掉電快？

純電動車型在冬季續航裡程打折確實是一大通病，其中很大一部分的原因是鋰電池內部的電化學特性所導致的。

電池的充放電原理為：電池在充電時正極的Li離子和電解液中的Li離子向負極聚集，得到電子，被還原成Li鑲嵌在負極的碳素材料中。放電時鑲嵌在負極碳素材料中的Li失去電子，進入電解液，電解液內的Li離子向正極移動。

然而在低溫條件下，電池內部的電解液會變得更加黏稠，Li離子遷移的速率、材料本身的導電性都會降低，電解液的活性會下降，最終影響電池充放電效率降低以及容量下降，尤其是磷酸鐵鋰電池本身耐低溫效果就比較差。

其次，隨著冬季氣溫下降，汽車的傳動系統阻力也會產生變化。比如-7℃的空氣密度是25℃空氣密度的1.12倍，車輛行進時的空氣阻力自然變大，風阻係數成為了耗電的關鍵因素。並且，傳動系統裡的潤滑油脂在氣溫降低後會變得更加黏稠，效率也會發生變化，從而增加驅動電耗，導致電動汽車在冬天用同樣的動力行駛，消耗的電量比其他季節更多。

除此之外，空調暖風也是一大「罪魁禍首」。一項試驗表明，電動汽車以-7℃標準進行測試時，空調耗電比例一般佔整車電耗的20%~25%。

此前，北汽新能源研究院副院長代康偉在「冬季續航到底去哪了？」的主題沙龍活動上表示，燃油車空調系統的熱源來自發動機餘熱，發動機的轉化效率用在動力上僅佔40%左右，剩餘60%的熱量轉換完全可以滿足駕乘人員空調採暖需求。然而電動汽車沒有發動機，所有加熱所需能量都要從動力電池處額外獲取，因此空調系統的使用也成為電動汽車冬季電耗的主要來源。

破局之法

就像人們到了冬天要穿棉襖羽絨服禦寒，電動汽車動力電池在冬天同樣需要做保暖措施，要將電池溫度保持在10℃以上，才能正常存放電。

增加電池的保溫性能、提升空調熱泵效率、加強動力回收效能、優化電池系統的熱管理設計等，成為了各大車廠、電池廠商持續優化冬季續航裡程的主要措施。

為了減弱電池在低溫環境下的影響，行業內普遍的做法是採用PTC加熱系統（正溫度係數很大的元器件）來給電池加熱，讓電池能夠處於正常的工作狀態。換句話說也就是車端通過PTC加熱系統來對冷卻液進行加熱，加熱後的冷卻液流入電池熱管理流道，起到對電池進行升溫加熱的作用。

不過，PTC加熱技術對車輛的電控系統提出了更高要求。因為加熱技術會帶來一些安全上的風險，比如PTC加熱到一定溫度後不能及時停下，繼續加熱可能會引發電池的熱失控。

除了採用PTC加熱方式外，北汽新能源還在研究兩項創新的技術：超低溫冷啟動以及全氣候電池，以提升加熱效率。

據報導，超低溫冷啟動的技術原理是利用低溫下電芯內阻增大的特性，通過高頻大電流脈衝充/放電實現快速加熱效果。與傳統PTC加熱方式比，由於電芯內自發熱，這項技術溫度一致性更好。

全氣候電池技術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。

為解決充電效率的問題，現在不少車輛都增加了低溫充電預熱電池的功能，即在充電的過程中多分出一部分電量用於發熱來保障電池處於合適工況。例如特斯拉推出過的「沿途電池預熱」功能，當車主通過手機向車輛發出尋找超級充電樁的指令時，系統就會自動給電池進行加熱，保證了電池在充電前就已經達到了最佳的充電溫度。

威馬汽車給出的解決方案是在純電動汽車上搭載一臺柴油加熱器。該工作方式類似於熱水器，通過燃料燃燒對管道內的液體進行加熱，讓電池包適應不同環境溫度區間，保持穩定性，確保電池在充放電過程中處在最佳溫度區間。

此外，寧德時代官網信息顯示，寧德時代正在發展自控溫技術，電池溫度從-20℃躍升至10℃僅需15分鐘。

為應對空調能耗高的情況，不少車企為電動汽車配備了熱泵空調，通過低沸點製冷劑液化放熱的原理來輔助制熱，減少耗能。

結尾

隨著電動化技術的不斷發展，低溫改善技術也在穩步推進中，代康偉表示，包括改善導電率，即通過調整電解液材料配方優化低溫下電解液的黏稠度，減小阻力；在磷酸鐵鋰正極材料上進行碳包覆，讓Li離子移動更加通暢等都取得了一定效果。

以三元鋰電池為例，在-7℃的試驗環境下，2018年電池保持率能到85%的活性已經很高了，到了2020年，同樣環境下電池活性已經可以釋放到92%~93%。

話說回來，在現有的技術下提高電動汽車的冬季續航裡程，還可以通過一些簡單的用車技巧實現，比如儘量將電動汽車停放於地庫等溫度相對高一些的地方；行車時可選擇開啟動力回收模式增加續航裡程；在電池尚有餘溫時及時充電，增加充電效率；充電完成後不急於拔槍，利用充電設施對電池的保溫作用；冬季行駛時車輛應緩慢加速，儘量避免猛加速、急給油門，導致車輛頻繁大功率的放電。
編輯：hfy

隨著電化學儲能行業的整體技術水平和工藝水平持續提升，電池安全性、循環壽命、充放電效率等性能持續改進，電池技術不斷成熟，未來氣溫對於電池續航的影響將變得「微乎其微」。
編輯：hfy

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