【汽車大咖】低溫是如何折磨電動汽車的？鋰離子電池怕冷這個認知

鋰離子電池怕冷這個認知，其實要早于人們對電動汽車的關注。

【汽車大咖】低溫是如何折磨電動汽車的？//草丁生活 http://life.caoding.cn/

影響力最大的科普者，就是大名鼎鼎的蘋果手機。這一點我深有體會，充滿電的iPhone6在寒冷的冬季出門，沒幾分鐘就只剩下60%的電量。若路上多耽擱一會，它直接給你關機了，連打個滴滴的機會都不給，苦不堪言。

在寒冷面前，鋰電池比人還要嬌貴！

【汽車大咖】低溫是如何折磨電動汽車的？//草丁生活 http://life.caoding.cn/

正是蘋果手機的科普如此到位，所以當電動汽車迎來第一個冬天、續航大幅縮短的時候，用戶并沒有沖動地指責廠家偷工減料帶來質量問題，更多的是抱怨應對措施不到位。

冬季續航減半的原因

電動汽車冬季續航縮短，通俗地說，是由兩個原因導致的：一是人怕冷，二是電池怕冷。

【汽車大咖】低溫是如何折磨電動汽車的？//草丁生活 http://life.caoding.cn/

人怕冷，于是就要開暖風。即便是大家都熟悉的燃油車，夏季開空調油耗也會大幅上升。而冬季開暖風，情況會更加嚴峻，原因在于：

制暖需求量更大：制暖/冷消耗主要由溫差決定，冬季-10℃→20℃ ，制暖需求30℃ 。夏季35℃→25℃ ，制冷需求也就10℃而已。制暖效率更低：制冷由空調“電能/動能搬運熱量“來實現，也就是“冷泵” 。而制暖通常還是由“電能轉化熱量”的PTC來實現，效率要低。 “電能搬運熱量”的“冷泵”應用還不普遍。

【汽車大咖】低溫是如何折磨電動汽車的？//草丁生活 http://life.caoding.cn/

燃油車的乘客也怕冷啊，為啥沒覺得冬天制暖更耗油呢？原因在于，發動機工作會產生大量的熱，這些熱量足以家用小轎車使用了。而電動汽車呢？工作的時候電池、電機都非常地“冷靜” ，沒有余熱可用啊！

如果發揚阿Q精神，咱們也可以換個角度來理解：電動汽車正是因為能量轉換效率高達90%以上，比發動機的20-40%高很多，所以余熱才少、所以才需要消耗額外的制暖能量的！這樣理解是不是舒服多了？呵呵。

至于電池怕冷，大部分人僅有模糊的、感性的認識，而不清楚具體原理。今天我們稍微花點時間，縷一縷。大家別走，我保證講得通俗易懂。

低溫是如何折磨鋰電池的？

【汽車大咖】低溫是如何折磨電動汽車的？//草丁生活 http://life.caoding.cn/

如下圖，是鋰離子電池的基本原理，只需要記住以下3點就可以了：

正極才是鋰離子的家：當所有鋰離子均到達正極，回到家時，它們就不再想動了。也就是，沒電可放了。強迫鋰離子背井離鄉，就是充電：為了避免成為死肥宅，人們就要“充電” 。正負極通電之后，在各種電場力、擴散力、電化學力的作用下，鋰離子們背井離鄉，離開正極的家，穿越電解液，來到負極暫居下來。也就是，充滿電了。思鄉心切，期待放電：鋰離子思鄉心切，一旦有機會飛奔回正極，回家的過程中伴隨著巨大的能量釋放，驅動車輛前行。

【汽車大咖】低溫是如何折磨電動汽車的？//草丁生活 http://life.caoding.cn/

那么，低溫下的鋰電池，發生了哪些變化呢？

【汽車大咖】低溫是如何折磨電動汽車的？//草丁生活 http://life.caoding.cn/

容量損失：鋰離子“凍住，不許動” 。負極的鋰離子本來思鄉心切，但低溫下部分鋰離子失去活性(圖中黃色圓圈) ，不愿意出門了。打個比方，本來你在銀行有100萬元，惹上官司后銀行凍結了20萬元，這部分就不能使用了。若能證明清白(溫度恢復) ，凍結的20萬元還能恢復(電量也能恢復) ，不會憑空消失。

【汽車大咖】低溫是如何折磨電動汽車的？//草丁生活 http://life.caoding.cn/

放電損失：電解液固化， “歸家異途”兇險。溫度正常時，鋰離子可以順利地穿過電解液。低溫時，電解液變得“粘稠” ，甚至“結冰” ，鋰離子的歸家異途就變得兇險了，要費不少力氣才能穿過去。

具體表現就是內阻增大（如下圖3種不同狀態的電芯，在0度以下的時候內阻都顯著增大）本來一度電能跑5公里的，現在只能跑4公里了。

打個比方，這相當于增加了“能量稅” ，好好的10萬元，只買到了8萬元的貨品；一旦花了出去，再恢復正常溫度，這部分損失的能量也回不來了。

【汽車大咖】低溫是如何折磨電動汽車的？//草丁生活 http://life.caoding.cn/

低溫下鋰離子的“歸家異途”

【汽車大咖】低溫是如何折磨電動汽車的？//草丁生活 http://life.caoding.cn/

3種不同狀態的電芯，在0度以下內阻顯著增加

充電衰減：直觀地理解，負極材料的晶格就像蜂巢一樣，鋰離子來了之后可以“嵌入”進去，英文叫intercalation 。在低溫下，晶格就收縮了，鋰離子“嵌入”變得困難。所以電池管理系統就自覺地降低充電速度，這就會導致第二天早上也充不滿，本來就堪憂的續航，雪上加霜。

【汽車大咖】低溫是如何折磨電動汽車的？//草丁生活 http://life.caoding.cn/

有人說，如果我讓BMS在低溫下強行加大電流呢，就不能把鋰離子給強行擠進晶格嗎？答案是，可以是可以，但晶格有可能就“擠破”了，這會造成電池容量的永久性損耗。所以兄弟，心急吃不了熱豆腐，霸王硬上弓是不可取的。

可以看出來，低溫對鋰離子電池的傷害是全方位的：一來充電不滿，二來放電不順，三來制暖又非常耗電。這一多管齊下，開流節源，電動汽車冬季續航減半也絕不是很夸張的說法了。

那么，有什么應對措施呢？

熱泵——提高制熱效率

人怕冷，可以忍一忍， “又不是不能用”(狗頭笑臉) 。當然，為司機與乘客制暖，也并非沒有優化空間。

例如，設計較小的車型(可惜今年交付的電動汽車大部分是SUV) ，再如特斯拉的方向盤與座椅加熱系統——保證屁股與手不冷，臉上涼點可以忍，這樣的話在不太冷的氣候下，沒必要開車內制暖了。

【汽車大咖】低溫是如何折磨電動汽車的？//草丁生活 http://life.caoding.cn/

(特斯拉座椅加熱系統)

電池怕冷，那是絕對忍不了的。一般的電加熱叫PTC ，聽起來挺高科技的，其實就是電流通過電阻，根據焦耳定律放熱。這種電加熱方法， 1度電可以轉換成1度熱，效率較低。

有沒有1度電帶來更多熱量的方法呢？有的，也就是所謂的“熱泵” ，可以簡單地理解為空調制冷的反過程。前兩年Bosch都也在推這套系統，在奧迪Q7e-etron有使用，更詳細的介紹可以看：

理論上來說，熱泵系統可以用1度電帶來3度熱，制暖效率達300% 。有些家用空調真的能達到這種效率，非常節能。但是，就像發動機特性一樣，要想達到如此高的效率，熱泵/空調需要穩定的溫度、濕度、風速條件(這些都是影響蒸發與冷凝的因素) 。

居住空間也許能保證溫度、濕度、風速條件的相對穩定，但對于汽車來說，可能一個都保證不了……理論效率300% ，實際效率也就150% 。 1度電可以換來1.5度熱，當然比PTC要好，但是個人看來也就是半斤八兩。對純電動汽車來說，這種頭痛醫頭、腳痛醫腳的方法，并不能從根本上解決問題。

有沒有更巧妙、更根本的方法呢？讓我們來看看，今年完成量產交付的3家造車新勢力是怎么做的吧——蔚來、威馬、小鵬。

頭鐵的蔚來

——車到山前必有路，有路必有電動車

量產交付以來，蔚來做了不少匪夷所思的營銷事件。比如把車開到海拔5200米的珠峰大本營、在G4高速上換電跑長途等等，基本思路就是：電動汽車不擅長做的事情，我偏要做一做。

【汽車大咖】低溫是如何折磨電動汽車的？//草丁生活 http://life.caoding.cn/

蔚來ES8開到了珠峰營地

這似乎是想向大家闡明一個道理：燃油車能做到的，我電動車一樣能做到，車到山前必有路，有路必有電動車。蔚來的這個理念，可以說已經超越了一個企業的營銷需求，而是從為整個電動汽車行業吶喊。

然而，理念歸理念，但這種不可持續的服務， “我偏要”的這種勉強，我總感覺是跑偏了，甚至會產生相反的效果。本來電動汽車至少表面上是要節能環保的，但這樣一出車就跟一個服務隊，一點也不綠色……

就比如，最近微博幾位網友，說要開著蔚來ES8去大興安嶺。在零下四五十度的情況，我敢保證電池100%要罷工，既不能充電也不能放電。 (鋰電池旁白：這不是欺負人嗎？)

蔚來為了堅持自己的理念，說車友想去可以去，他們會做好后勤保障工作。意思就是想盡辦法也要讓ES8的電池給熱起來、跑起來。

【汽車大咖】低溫是如何折磨電動汽車的？//草丁生活 http://life.caoding.cn/

個人認為，這是貫徹宣傳企業理念的一種營銷方式，但并不是解決低溫鋰電池性能問題的切實方法。

蔚來的方法，可謂頭鐵。

機智的小鵬

——避開寒冷區域

小鵬則“機靈”很多，絕不勉強、絕不硬剛。

【汽車大咖】低溫是如何折磨電動汽車的？//草丁生活 http://life.caoding.cn/

一方面，交付時間晚一些，盡可能地避開第一個冬天；另一方面，首批的6個小鵬體驗中心，除了首都北京之外，其他5城廣州、深圳、東莞、武漢、杭州全部在長江以南。這些城市冬天也不咋冷，對電池性能幾乎沒有實質性威脅。

為小鵬的機智點個贊~當然，這并不是“解決“了低溫問題，只是暫時“回避“了問題。小鵬這樣做，是完全符合企業利益的，敏感的事情就讓頭鐵的蔚來去扛吧。

小鵬的方法，可謂機智。

務實的威馬

——土法子，有奇效

分析來分析去，就發現在電池容量有限情況下，只要用電池來制熱，就沒法在根本上解決問題。

那怎么辦呢？為了用其他燃料，我們難道要往車上裝一個發動機嗎？那豈不是成了混合動力汽車了。那簡單點，裝一個鍋爐呢？

【汽車大咖】低溫是如何折磨電動汽車的？//草丁生活 http://life.caoding.cn/

這可不是開玩笑？一位大學副教授的知識網友，就曾認真分析過這種方案的可行性。經過各種權衡與分析后，他得出結論：整個系統也不需要多大的體積，也不會產生太多額外的重量，但卻能非常方便地解決電動汽車低溫續航降低的問題。所以我覺得這個設想是有可能實現的。

【汽車大咖】低溫是如何折磨電動汽車的？//草丁生活 http://life.caoding.cn/

從技術資料中可以看出，在0℃時，主要用電加熱；在更冷的溫度下，主要用柴油加熱；在快充的情況下，用電加熱迅速加到25℃(否則低溫快充造成永久電池損耗) 。

【汽車大咖】低溫是如何折磨電動汽車的？//草丁生活 http://life.caoding.cn/

這套系統是選裝的。大體上來說就是，長江以南不必加熱，長江以北電加熱足矣，酷寒之地東三省建議選裝柴油加熱系統。特別是在零下20度的極寒地區，鋰電池面臨的不再是好不好用的問題，而是能不能用的問題了。在極寒地區下，電加溫已經起不了作用，這時候就需要柴油加熱系統來拯救。

當然，如果用戶并不是在極寒地區使用，就不必選裝柴油加熱系統，如此一來可以節省相關費用。

【汽車大咖】低溫是如何折磨電動汽車的？//草丁生活 http://life.caoding.cn/

給突出科技感的電動汽車，加裝一個柴油加熱系統，聽起來好像不怎么高大上。

設想這樣一個場景：

“司機：小伙子，給我加滿柴油！”

“加油站員工：大哥，您這是歐洲進口車嗎，加柴油啊？”

“司機：不是，我這是純電動！”

“加油站員工：？？？”

【汽車大咖】低溫是如何折磨電動汽車的？//草丁生活 http://life.caoding.cn/ 【汽車大咖】低溫是如何折磨電動汽車的？

【汽車大咖】低溫是如何折磨電動汽車的？