「電瓶」低溫環境容量下降原因&緩解方式詳解

2020-11-24 汽車科學島

#老司機聊汽車知識#

問題:

電動車為何冬季續航裡程下降嚴重,汽車啟動的效率也會下降呢?原因是眾所周知的電瓶容量下降,汽車啟動用(Q型)電瓶,以及電動車專用動力電瓶本質相同;都是鉛酸類蓄電池,這種電池的能量密度很低,受溫度影響的程度也很大。

所謂的鉛酸指正負極板的成分為「鉛&二氧化鉛」,酸則是指電解液使用的硫酸溶液;作為化學電源當然是依靠化學反應來充電與放電,充電的流程為電網220V電流作用於電瓶正極,促進電解液分解極板上的硫酸鉛結晶體,以此達到分解出鉛而提升電解液「濃度」的目的。放電則是極板活性物質與電解液的反應,也就是生成硫酸鉛,在過程中產生電流。

01基礎知識

1:電瓶的電解液會因溫度的下降或上升而降低,只有在25℃(攝氏度)左右才是理想的狀態;溫度降低後會造成電解液導電率的降低,同時粘度也會大大提升。

粘度的提升會帶來相當麻煩的問題,那就是電解液很難滲透到極板的內部,與極板活性物質的反應效率會大大降低;理論上電瓶應當是高溫提高放電容量,低溫降低放電容量,但實際情況是低溫放電容量難以控制。同時粘度的提升也等於加大了電池內阻,電動勢過量損耗於內阻上,端電壓降低也會影響車輛的性能,整體功率的下降需要以更高的標準放電來補償,電耗升高則續航降低。

2:低溫環境中電瓶的極板會出現化學鈍化,簡而言之為物質在電流的作用下,會降低轉入溶液的能力;同時會在極板形成在緻密的化合物,對於鉛酸電瓶而言就是多層硫酸鉛結晶體。

這種物質的存在一定程度的隔開了極板與電解液,不過該物質仍舊具有導電功能;但是硫酸必須透過多晶層才能與活性物質反應,這就會嚴重影響電瓶的充電效率!也就是說鈍化的電極本就不利於充電,放電過程中產生的「多晶層-隔膜」又會不斷加速電瓶性能的整體衰減,電瓶無法恢復電解液的濃度標準,結果自然是放電過程中沒有足量的「催化物質」去發電。

綜上所述:電瓶在低溫環境中為充不滿但是能放空的狀態,放空過程產生多晶層,電瓶工況會在經過一個冬天后變差很多;而在冬天時每當溫度下降1℃,基本要減少1%,這是從25℃的理想溫度標準開始計算的哦。

至於充電的比例一般會以0℃為標準分級,接近零度往往會降低30%的充電量,高於﹣10℃時基本只會剩下一半,再低一些就很難衝進去電了。這就是很多小區的充電樁會設計在地下停車場,因其準四季恆溫的狀態,如果沒有硬體條件的話,事實情況是只能推進屋子裡充電,否則在北方與西北地區基本無法用車,汽車啟動也會非常困難。

02解決方式

「為電瓶保溫」是唯一的緩解方式!

思考一個問題:蓋被子為什麼能保溫?找到這個問題的答案就能接受「給電瓶蓋被子」的操作了。

蓋被子保溫的原理其實很簡單,那就是隔絕被子內部和外部的「熱交換」;參考熱力學第二定律,熱能總會從高溫物體中傳導至低溫物體;被子內部的溫度由人體溫度進行加熱,標準當然會高於被子外部的低溫空氣。那麼掀開被子的時候內部熱空氣就會與外部低溫空氣接觸,低溫空氣當然就會吸收內部空氣的熱能使其降溫。

所以蓋住被子就能實現保溫,那麼給電瓶蓋被子當然也能夠實現保溫,而且在冬季效果尤其會比較理想。

知識點:低溫環境中的電瓶內阻會增大,電瓶也會加速性能的衰減;而內阻越高在充電時產生的熱能就會越大!同時電解液在與活性物質反應的時候,透過硫酸多層結晶體也會產生熱能,也就說是充電時電瓶會「溫溫的」甚至有些熱。

放電過程中也會生熱,因為實際輸入到電機的電壓和電流都會降低,放電電流始終是比較大的;所以放電時也會產生熱能,實際感受不到只是因為行駛中被氣流吸收掉了。但如果同保溫棉或者其他材料包裹住電瓶的話,這些熱能不僅很難散發,同時還能夠提升電瓶的運行效率。

這就是冬季提升電動車續航的原始方式,可以嘗試用不透氣的材料加上保溫棉包裹電瓶,汽車也可以拆掉電瓶包裹後再安裝;而且應當也有電瓶的成品保溫罩,感興趣的讀者去找一找吧。

編輯:天和Auto-汽車科學島

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