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「家有汽車」冬季續航直接減半！電動汽車為啥這么怕冷？

受電池技術所限 ， 電動汽車的續航里程普遍都不長 ， 但如果標稱續航里程真實靠譜的話 ， 車主們養成了固定的駕駛習慣與充電節奏 ， 日常使用時雖然充電要費些時間 ， 但也不會有太大問題 。 然而事與愿違 ， 電動汽車的續航里程通常并不那么靠譜 ， 尤其是在冬季氣溫下降之后 ， 續航里程會直線下降 。

2018年冬季來臨了 ， 很多車主又在吐槽并曬出電動汽車飆升的能耗數據了 ， 那么為什么電動汽車在低溫下能耗會很高呢？

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電動汽車的冬季能耗為什么會很高？原因來自多個方面：1.冬季空氣密度大 ， 風阻增加；（影響較小 ， 跑高速時的影響會略大一些）2.冬季胎壓下降 ， 輪胎阻力增加；（影響較小 ， 補氣后無影響）3.鋰離子電池低溫下活性低 ， 內阻增加 ， 放電時會有額外損耗；（影響中等）4.低溫下不能大功率充電 ， 因此動能回收功能將受限甚至禁用；（影響中等）5.為防止電池低溫下充放電性能損失過大 ， 電池主動加熱系統會開始工作 。 （影響中等）6.冬季開熱風 ， 電加熱能耗很高；（影響很大）其中第一條和第二條 ， 燃油車也同樣受影響 ， 但影響較小基本可以忽略 。 而三四五六條就是電動汽車的獨有特性了 ， 尤其是三四五條都與電池有關 ， 接下來就為大家詳細分析其中的原理 。 鋰離子電池在低溫下的性能表現：鋰離子電池的化學結構決定了它的性能對溫度非常敏感 ， 化學反應的激烈程度與溫度息息相關 ， 溫度太高了反應太激烈容易失控 ， 溫度太低了反應太慢性能受限 。 具體來說 ， 低溫下鋰離子電池的表現如下：1、放電容量以目前的主流三元鋰電池為例 ， 低溫下的放電容量如下圖 ， 磷酸鐵鋰的話損耗會更大一些 。

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放電容量損失的原因主要就是電解液在低溫下變得更加粘稠 ， 離子運動活性降低 ， 內阻增大 ， -20°C時電池內阻是25°C時的7-10倍之多 。 具體在電動汽車的能耗與續航上面 ， 損耗會略小于上圖的數據 。 因為低溫下較大的內阻把損失的能量都變成了熱量 ， 所以電池溫度會緩慢回升 ， 這樣電動車在駕駛的后半程能耗會逐步下降 。 大致上可以理解為 ， 當氣溫降至零下時 ， 對能耗的影響約為10%以上 ， 續航也同比縮水 。 2、充/放電功率低溫下電池容量的損失其實不算太大 ， 但輸出功率的損失就很明顯了：

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首先解釋一個名詞 ， 上圖中的C值就是電池的充放電倍率 ， 充放電倍率=充放電電流/額定容量 。 例如：額定容量為100Ah的電池用100A放電時 ， 其放電倍率為1C 。 換一種說法會更容易理解 ， 就是一塊電池最快可以在1小時內充滿/放空就是1C ， 充電倍率的C值高代表充電速度快 ， 放電倍率的C值高代表電池的功率大 。 所以 ， 氣溫一旦降至零下 ， 電池的放電功率會直接減半 ， 如果電池的功率沒有設計余量的話（即遠超電機功率） ， 那么電動車冬季的加速性能會損失慘重 。

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上圖為特斯拉ModelX的功率表 ， 其中虛線表示不可用 ， 可以看到加速功率損失約3成（電池放電功率受限） ， 動能回收幾乎沒有了（電池充電功率受限） 。 特斯拉的性能車型P100D在開啟狂暴模式時需要先加熱電池 ， 就是為了最大化電池的放電功率 。 電池充放電功率受限 ， 直接影響加速性能和充電速度 ， 但對于能耗與續航也有影響 ， 因為有動能回收 。 電動車在減速時可以通過電動機來發電 ， 回充到電池保存起來 ， 如果動能回收可以全功率工作的話 ， 根據駕駛習慣的不同 ， 續航可以延長15-20% 。 但如果低溫下動能回收受限的話 ， 那就只能回收少部分功率給車內電子設備供電（包括取暖） ， 而絕大多數動能只能用剎車片浪費掉 。 所以 ， 低溫時電動車因為動能回收不可用會導致能耗升高約10%以上 ， 續航同比縮水 。 低溫下限制動能回收就是為了避免電池大功率充電 ， 所以此時去充電樁充電的話 ， 您會發現充電速度會非常慢 ， 直流快充樁的速度可能還不如家用交流慢充樁快 ， 從最快幾十kW上百kW降至個位數 。 充電時必須先把電池加熱至0°C以上功率才能恢復至10+kW ， 10°C以上才會保證30+kW快充的速度 ， 以前1個小時充到80%電量還可以接受的話 ， 那么冬季動輒2小時以上就讓人很崩潰了 。

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3、電池壽命與很多人的常識相反 ， 低溫下鋰離子電池的理論壽命反而會延長 ， 電池最怕的是高溫而不是低溫 。 這里強調一下壽命指的是循環壽命 ， 而不是電池充滿電后的續航 ， 續航縮水問題在第1條已經講清楚了 。 由于低溫時電池在BMS系統的嚴格保護下充放電功率和可用電量均會受到限制 ， 而且內部化學反應活性降低 ， 可用鋰離子的日常消耗會下降 ， 所以使用壽命會延長 。 即使考慮到冬季需要更頻繁的充電 ， 當總放電電量相同時 ， 低溫下電池的容量損失也更少 ， 使用壽命更長 。

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4、電池加熱低溫下電池內阻增大并且動能回收受限導致續航雙重縮水 ， 那么加熱電池可以將損失的續航補回來嗎？由于加熱電池時的能耗非常大 ， 此消彼長 ， 所以電池加熱還真不一定能延長續航 。 現在大多數電動汽車都支持電池加熱功能 ， 加熱的主要目的是防止動力性能下降太明顯、動能回收受限、充電速度變慢等導致使用體驗變差的問題 ， 而不是為了延長電池壽命 ， 也不一定能延長續航 。 如果是10公里以內短途出行 ， 那么電池剛剛被加熱就到達目的地了 ， 加熱電池消耗的能量沒能通過后期的動能回收補回來 ， 所以電池加熱反而會提高能耗 。 更長的出行距離才會發揮出電池加熱的優勢 。 所以電池加熱對于能耗與續航里程的影響因人而異 ， 也不好估算 。 由于電池加熱很費電 ， 所以有些電動汽車品牌選擇了加裝燃油加熱系統的方式來專門加熱電池 ， 從而延長續航 ， 也不失為一個投機取巧的方案 。

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真正的電老虎——空調熱風前面提到的低溫對電動車能耗的影響 ， 最多也就百分之十幾 ， 全加在一起也就百分之三十四 ， 而真正像黑洞一樣吸取能量的則是空調熱風 ， 想要在冬季把電動車加熱至和燃油車一樣溫暖的程度 ， 那你就得做好能耗翻倍、續航腰斬的心理準備 。 燃油車的空調熱風大家都知道 ， 用的是給發動機降溫的水循環回路 ， 這些本就是內燃機工作時產生的廢熱 ， 它平時都要被浪費在空氣中 ， 而在冬季它正好可以被利用起來用風扇把熱風吹到車廂內 ， 燃油車在冬季要做的 ， 僅僅是額外供應鼓風機的能量而已 ， 所以油耗增加并不明顯 。 熱效率最高的內燃機也就40%左右 ， 60%都以熱能的形式浪費掉 ， 想想看汽車在冬季行駛時發動機有一半的能量都可以用來加熱車廂 ， 這是多么奢侈的行為？電動汽車要是用一半的電池能量加熱車廂 ， 那續航可就不止是減半了 。

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圖：貼片式PTC加熱片 ， 一般用來加熱電池組電動汽車的電動機、電池組、逆變器等工作效率都很高 ， 產生的廢熱較少難以收集利用 ， 所以電動汽車的空調熱風只能用自身制熱的方式提供 。 目前使用最廣的方案是PTC熱敏陶瓷元件加熱 ， 把電能轉換為熱能 ， 說白了就類似于電阻絲 ， 但是一種安全高效容易控制的電阻絲 。 當然給電池加熱也是用PTC 。

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圖：特斯拉官方給出延長續航的手段是——別開空調 ， 空調最耗電為了降低熱風的能耗 ， 有的電動汽車品牌會使用帶制熱功能的空調系統或者提供選裝方案 ， 也就是通常所說的“熱泵” ， 原理就是反向空調 ， 通過壓縮機給車外制冷、車內散熱 ， 與空調在夏季制冷時的方向相反 。 熱泵在環境溫度不太低時（0°C左右）的能效確實遠高于PTC ， 可節能一半左右 ， 但當氣溫降至-10°C甚至更低溫度下 ， 熱泵效率會明顯下降 ， 另外制熱功率也可能不足 。 因此熱泵有局限性 ， 適合冬季不太寒冷的南方地區選裝 。 理想智造ONE如何解決冬季里程衰減問題通過前文的介紹可以知道 ， 冬季的低溫環境對純電動汽車有著牽一發而動全身的負面影響 ， 任何純電動車都無法避免冬季里程衰減問題 ， 只是衰減程度有高有低 ， 畢竟能量是守恒的 ， 加熱車艙與電池都需要消耗能量 ， 能量從哪兒來呢？作為增程式電動車 ， 理想智造ONE的增程器是1.2T渦輪增壓發動機帶動發電機 ， 為驅動電機和電池組提供電能 。 那么發動機的廢熱就可以充分利用起來 ， 為空調和電池組加熱了 。

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圖：理想智造ONE的熱管理系統我們和法雷奧公司合作 ， 為理想智造ONE打造了一套極為先進的熱管理系統 ， 采用了貫穿增程發電系統、電池組、空調系統的水循環架構 ， 在低溫環境下可充分利用增程器熱量為電池和空調加熱 ， 高溫環境下也能通過壓縮機來給電池和空調降溫 。 通過智能的控制各個系統水循環閥門的開合 ， 在低溫環境下充分利用廢熱來給座艙和電池加熱 ， 在高溫下給動力系統散熱并給座艙降溫 ， 確保它們都能工作在最佳狀態下或處于舒適的溫度區間 。 理想智造ONE在啟動增程器且熱機完成后 ， 加熱座艙和電池都無需消耗額外的能量 ， 所以冬季的性能衰減很少 ， 續航衰減也很少 。 不過 ， 當理想智造ONE的電池滿電時啟動增程器也會有一定的浪費 ， 所以我們設定為滿電時空調先使用PTC電加熱 ， 這樣理想智造ONE在冬季時還是會有一些損失 ， 里程衰減幅度如下：

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上圖中傳統電動車冬季里程衰減的數據其實很保守 ， 只要空調稍微開高一些 ， 或者電動車晚上停在戶外凍一晚上 ， 在-10°C時的里程衰減都會超過50% 。 而理想智造ONE則通過先進的熱管理系統一勞永逸的解決了電動車在低溫下存在的所有問題 ， 加熱電池可以恢復容量、可以保證動能回收始終高效可用、可以保證動力性能不衰減、可以保證最快的充電速度、空調可以隨心所欲的往高了開 。

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