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新能源汽車如何邁過(guò)寒冬這個(gè)坎

能源發(fā)展網(wǎng)發(fā)布時(shí)間:2021-01-22 00:00:00

為什么低溫會(huì)成為新能源汽車?yán)m(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(huì)關(guān)切,《經(jīng)濟(jì)參考報(bào)·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(guò)冬難題的深層原因及其對(duì)策。

北汽新能源:研發(fā)電池“抗凍”黑科技

□記者李志勇北京報(bào)道

近期,寒潮席卷了國(guó)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?yán)m(xù)航里程縮水等問(wèn)題成為消費(fèi)者最為關(guān)心的話題。對(duì)此,北汽新能源公司透露,正在著手推進(jìn)超低溫冷啟動(dòng)、全氣候電池兩項(xiàng)黑科技的研發(fā),全方位解決冬季電池性能衰減問(wèn)題。

冬季電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程縮水是行業(yè)內(nèi)普遍存在的問(wèn)題。一方面,目前電動(dòng)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(huì)下降,導(dǎo)致電池的凈放電率下降,電能不能正常釋放出來(lái);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(huì)造成電動(dòng)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(wèn)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(jiǎn)單且成本比較低,但是需要消耗電量來(lái)供熱,也會(huì)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(dòng)車節(jié)能環(huán)保的初衷;第三種方式是電機(jī)堵轉(zhuǎn)技術(shù),其工作原理是將電機(jī)繞組當(dāng)作加熱電阻使用,配合電機(jī)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(shí),仍需采用PTC輔助加熱。

對(duì)此,北汽新能源工程研究院副院長(zhǎng)代康偉介紹,為提升加熱速率,減少用戶等待時(shí)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(dòng)和全氣候電池兩項(xiàng)黑科技,以求全方位解決冬季電池性能衰減問(wèn)題。

據(jù)介紹,超低溫冷啟動(dòng)的原理是利用低溫下電芯內(nèi)阻增大的特性,通過(guò)高頻大電流脈沖充放電實(shí)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(guò)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(jìn)行的低溫測(cè)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(yán)寒禁區(qū)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。這也意味著,未來(lái)新能源汽車將無(wú)懼零下40℃的嚴(yán)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(shuō),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(guó)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(dòng)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(shì)。業(yè)內(nèi)專家表示,隨著電池技術(shù)水平的不斷提升,電動(dòng)汽車冬季續(xù)航里程縮水問(wèn)題將在很大程度上得到緩解。在凜冽的寒風(fēng)中,電動(dòng)汽車也可以實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)“待機(jī)”,用戶出行體驗(yàn)也將得到進(jìn)一步提升。

比亞迪:多措施應(yīng)對(duì)“低溫挑戰(zhàn)”

□記者李志勇北京報(bào)道

作為國(guó)內(nèi)在電動(dòng)汽車和動(dòng)力電池領(lǐng)域都居于前列的企業(yè),比亞迪通過(guò)多種措施應(yīng)對(duì)冬季電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程衰減的問(wèn)題。

比亞迪表示,很多人都把電動(dòng)汽車冬季用電快歸咎于電池本身的能量問(wèn)題,但實(shí)際上這是一個(gè)綜合性問(wèn)題,電池并非“放不出電”,而是動(dòng)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(shuō),續(xù)航衰減的真實(shí)原因,不是可放的電變少了,而是電不能有效放出來(lái),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(duì)此,比亞迪也采取綜合手段來(lái)解決續(xù)航里程衰減問(wèn)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(dú)有的刀片電池,刀片電池采用“無(wú)模組”結(jié)構(gòu),讓加熱管路進(jìn)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(guò)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(jìn)一步降低低溫的行駛能耗。

同時(shí),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(duì)電池安全的重視,是舍本逐末?;诖耍葋喌贤ㄟ^(guò)結(jié)構(gòu)及材料創(chuàng)新,適時(shí)推出刀片電池。刀片電池在裝配時(shí)可以直接跳過(guò)“模組”這一層級(jí),進(jìn)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(shí),比亞迪也在布局研發(fā)三元電池和固態(tài)電池。未來(lái),比亞迪會(huì)向更高層次的安全性能發(fā)展,同時(shí)不斷探索新的技術(shù)領(lǐng)域。

蔚來(lái)汽車:升級(jí)電池加大換電站投入

□記者閆磊北京報(bào)道

關(guān)于在冬天低溫環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行問(wèn)題,剛剛發(fā)布新款車型的蔚來(lái)汽車表示,除了搭載續(xù)航能力升級(jí)的電池外,還通過(guò)加大換電站投入來(lái)實(shí)現(xiàn)保障。

蔚來(lái)汽車創(chuàng)始人李斌表示,與傳統(tǒng)汽車使用發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱來(lái)加熱不同,電動(dòng)汽車在低溫環(huán)境下有天生的劣勢(shì),冬天需要使用電來(lái)進(jìn)行加熱,這成為其短板。“這就是為什么冬天續(xù)航里程會(huì)有一些影響,所有電動(dòng)汽車在冬天都會(huì)遇到挑戰(zhàn)。”

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(guò)500公里,搭載100kWh電池包續(xù)航超過(guò)700公里,搭載全新150kWh電池包續(xù)航超過(guò)1000公里。

對(duì)換電站等相關(guān)配套設(shè)施的完善將是應(yīng)對(duì)低溫駕駛問(wèn)題的主要舉措。李斌說(shuō),蔚來(lái)汽車的換電站本身在低溫環(huán)境下運(yùn)營(yíng)沒(méi)有問(wèn)題,實(shí)踐證明在哈爾濱等地方都能夠正常運(yùn)營(yíng)。

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

“真正的挑戰(zhàn)在于換電站的運(yùn)營(yíng)效率和服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)。從2020年4月中下旬到年底,蔚來(lái)大約投放了70多個(gè)換電站,即30多周時(shí)間內(nèi)平均每周大約投放2個(gè)站。用戶對(duì)換電站的分布、建設(shè)速度、運(yùn)營(yíng)效率的期許是非常高的。換電站既凸顯了蔚來(lái)的獨(dú)特技術(shù)和服務(wù)優(yōu)勢(shì),也反映出我們并沒(méi)有達(dá)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(duì)低溫準(zhǔn)備工作不足當(dāng)天沒(méi)有營(yíng)業(yè)。這反映出我們?cè)谶\(yùn)營(yíng)、相關(guān)準(zhǔn)備等方面做得不夠好。”秦力洪表示,哈爾濱的換電站能夠正常運(yùn)營(yíng),而北京不能正常運(yùn)營(yíng),這說(shuō)明北京的相關(guān)準(zhǔn)備工作不足,這反映出公司運(yùn)營(yíng)精度方面存在問(wèn)題。

威馬汽車:冬季續(xù)航保障服務(wù)加力

□記者傅勇北京報(bào)道

目前,電動(dòng)汽車上所使用的動(dòng)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(huì)大大下降,這是導(dǎo)致電動(dòng)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(fù)責(zé)人表示,威馬從技術(shù)和服務(wù)兩個(gè)層面做了保障。他說(shuō),要提高冬季鋰離子的活性,就必須要通過(guò)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(guò)獨(dú)立液冷設(shè)計(jì)、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(diǎn):一是能根據(jù)電芯的實(shí)時(shí)溫度,自動(dòng)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(gè)電芯模組內(nèi)布置了兩個(gè)溫度傳感器,并通過(guò)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(dòng)力系統(tǒng)冷卻分開,采用獨(dú)立的液冷回路,以便更精確地控制電池包溫度;五是通過(guò)標(biāo)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(shí)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(guò)程中都保持在合適溫度區(qū)間,避免電池低溫?fù)p傷和高溫危險(xiǎn)。

不過(guò),威馬汽車這位負(fù)責(zé)人認(rèn)為,常規(guī)的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)確實(shí)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(guò)程本身就需要電池電力做支撐,這同樣會(huì)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(shí)對(duì)電池包和座艙進(jìn)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(duì)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(dòng)力電池終身免費(fèi)質(zhì)保、4年12萬(wàn)公里的整車質(zhì)保、8年15萬(wàn)公里的電機(jī)、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(fèi)充電樁私享服務(wù)、“即客行”全國(guó)20萬(wàn)根公用充電樁支持、智行合伙人網(wǎng)店免費(fèi)充電等充電解決方案。與此同時(shí),威馬汽車還推出了冬季專項(xiàng)檢查,包含小電瓶專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)、24項(xiàng)免費(fèi)檢測(cè)、最新版本軟件升級(jí)等。

威馬汽車負(fù)責(zé)人說(shuō),通過(guò)技術(shù)和服務(wù)兩個(gè)層面的保障,威馬汽車的冬季續(xù)航問(wèn)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(bào)道

動(dòng)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(wèn)題,近期的寒潮讓這一問(wèn)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(zhǎng)周江表示,電池技術(shù)創(chuàng)新是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵,需要在電池材料創(chuàng)新、電池設(shè)計(jì)創(chuàng)新方面下硬功夫。

周江介紹,一方面,低溫下離子的運(yùn)動(dòng)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(lái)講,解決這一問(wèn)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(jì)。”周江說(shuō)。

周江告訴記者,在業(yè)內(nèi)實(shí)踐中,通過(guò)增強(qiáng)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(guò)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(lái)應(yīng)對(duì)冬季低溫天氣,同時(shí)通過(guò)液冷系統(tǒng)應(yīng)對(duì)夏季高溫環(huán)境下電池溫度過(guò)高的風(fēng)險(xiǎn)隱患。“這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(shí)現(xiàn)加熱,但如果在極寒條件下,電池甚至不能啟動(dòng),這種方式也將無(wú)法發(fā)揮作用。”

周江補(bǔ)充說(shuō),也可以采用外部加熱方式,例如,在電池包外部設(shè)計(jì)加熱系統(tǒng),但熱傳導(dǎo)效率并不理想;或者,設(shè)計(jì)燃料發(fā)電機(jī),但會(huì)增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(guò)電學(xué)方面的特性設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)快速加熱。

周江認(rèn)為,隨著技術(shù)進(jìn)步,近幾年動(dòng)力電池在低溫條件下的性能已經(jīng)得到了明顯改善,未來(lái)仍需要在電池材料、電池單體技術(shù)、電池設(shè)計(jì)等方面加大創(chuàng)新。力神電池除了對(duì)單體電池的正極材料、電解液等進(jìn)行特別設(shè)計(jì)外,也在積極與高校合作研發(fā)電池的自加熱技術(shù),同時(shí),做好電池包的集成化設(shè)計(jì),兼顧溫度控制系統(tǒng)和電池效率的平衡。(經(jīng)濟(jì)參考報(bào))

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