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冬季续航大缩水,是电动车的宿命吗?

2021-01-18 浏览次数:1,644 次 第一电动网

去年12月,我们曾就电动车冬季续航表现做了一次调查,核心结论是,虽然相比几年前电动车的整体续航水平有所提升,但用户对车辆冬季续航的满意程度并没有随之增加。

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而随着近期的寒潮降临,即便是海南三亚,虽然相比北方仍有20度左右的气温,但对于当地居民来说,仍有“几十年没这么冷”的体感。在这样的情况下,消费者对于电动汽车冬季续航的吐槽也有所升温。

当然,从另一个角度来看这也是一件好事。一方面随着电动车保有量的提升,消费者对于这一领域给予了越来越多的关注,另一方面,电动车对于消费者来说已经从最初没有什么要求的占号工具成为了真正融入生活的一部分。

因此,对于新事物,消费者除了充分行使自己的发声权,也需要用科学且理性的眼光去看待。

为什么冬天续航会降低?

为什么会出现冬天续航大幅降低情况,与电动车自身的属性密不可分。相较于传统燃油车,电动车具备更加复杂的电子电气系统,大部分零部件都有自己最佳的工作温度范围。

例如作为决定续航能力关键的动力电池,就对温度高度敏感,高效的工作温度为 10-30℃。过高或过低的温度环境都需要对电池包温度进行调节,需对应给电池包提供或带走一定热量。

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不同温度条件下电池性能的变化曲线

从上面的试验数据图可以看出,当气温为-20℃时,动力电池仅能输出60%左右电量,影响可见一斑。

同时,由于锂离子电池在低温下内阻增大,活性减弱,充放电功率也会明显降低(如-25℃和5℃相比,充电能力下降超过80%,放电能力下降超过85%)。并且,低温充电时易发生负极析锂,严重影响电池寿命和安全。因此,为保护电池,BMS控制策略会严格限制低温下电池工作边界,造成低温下整车性能明显缩水。

不仅如此,冬季空调的使用也需要消耗相当电量,从而导致能耗快速上升。对于一辆电量为35kWh以上的电动车,一般空调能耗占比在20%左右。因此,动力电池在低温下输出能量大幅降低的同时又增加空调使用,掉电速度便会进一步加快。

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另外,冬季消费者的驾驶习惯也会影响车辆的能耗。

冬季清晨,电动汽车整体处于低温状态,消费者行驶初期,汽车负载满负荷运转,如电池加热、空调加热、大灯、加热座椅等,都会造成电耗一段时间内提升,直接体现在续航里程的快速缩短。待驾驶一段时间后,汽车耗电量会趋于平稳。另外,由于消费者常以油车习惯驾驶电动汽车,加速踏板操作习惯还未形成,加上电机扭矩响应时间远快于油车驾驶员的预期,经常出现急加速的情况,这也会相应提高车辆电耗。

为什么消费者掉电感受如此强?

其实,冬季用车能耗增加并非电动车的“专利”,燃油车停放一晚,油耗也会随着发动机温度的降低(包括发动机机油温度)而增加。

例如,燃油车冬天早晨在车辆启动行驶至3公里左右,发动机水温还没到达正常温度,油耗会明显增高。燃油车在冬天启动还需为了保护发动机先全车通电再点火启动,让机油升温,润滑发动机后才能出发,往往正常行驶 4 公里后车内空调才明显升温,驾驶体验才恢复正常。

但由于燃油车和电动车计算与显示能量的逻辑不同,车主的感受并不明显。

目前,我国工信部在对纯电动车综合里程进行测试时,采用的是NEDC测试标准。该标准包含4个市区循环和1个郊区循环(模拟),其中市区循环的车速较低,郊区循环的车速则较高一些。需要注意的是,在NEDC测试时,所有其余负载(空调,大灯,加热座椅等)都会关闭。因此,测试出的数据与实际道路使用中会存在较大差距。

而即便是相对更靠谱的WLTP(全球轻型汽车测试循环)测试,这样的差距依然存在。

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参考中国汽车工程研究院采用WLTC工况下的环境适应性电耗差异对比数据可以看出,当冬季寒冷条件下,负载开启时,受负载(空调,大灯,加热座椅等)影响加上动力电池本身化学特性与整车设计及消费者使用习惯等,确实会导致实际续航里程和标注续航里程出现较大差距。

这也是对比燃油车,消费者电动车冬季续航里程变化更为敏感的主因。加上充电的便利性与时间性目前仍不能与加油相比,因此,对于电动车冬季续航缩水的抱怨才会如此明显。

积极寻找解决方案

毫无疑问,冬季续航问题如何解决是决定新能源市场能否进一步渗透的关键。目前整车、电池企业以及高校都在积极寻找解决方案。

以近几年较为流行的热泵空调为例,它就是车企为了提升热效率、增加冬季续航而采取的手段之一。

热泵作为一种高效的制热手段,可通过蒸汽压缩式循环将外界的热量搬入目标环境内,如同一台“热量泵”。这一技术在家用空调中早有应用,目前技术已经相当成熟。

在纯电车型中,由于电动机产热很小,不足以满足采暖需求,若采用热泵采暖技术,则可有效的解决冬季采暖问题。

从下图不难看出,近年来搭载热泵空调系统的纯电车型正在逐渐增多,热泵也已经是电动车空调行业下一步的发展趋势。

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当然,这只是一种锦上添花的有效方法,要从根本解决问题,离不开动力电池层面的技术创新与研发。

据了解,宁德时代已提出了一种电池内部快速自加热技术。主要原理是对电池进行大电流脉冲充放电,利用电池自身内阻对电池加热,通过调节脉冲占空比调节加热电流大小。该方案几乎不增加成本,可在15分钟之内将电池包从-25℃加热到5℃,容量损失6%,放电能力提高7倍,充电能力提高5倍,和其他加热方案相比,综合性能最优,且对电池寿命几乎没有影响。

目前,该方案已经完成了电池模组和电池包层级的功能测试,正在开展产业化方案设计和推广,预计今年就可实现实际装车应用。

小结:其实回顾一下燃油车的发展历史我们可以发现,虽然早在18世纪就发明出了蒸汽机,但直到1885年,卡尔.本茨才造出单缸汽油机。随后,随着多家汽车公司的成立,燃油车在技术和工艺制造层面才开始有了飞速发展,最终进入了全盛且稳定的时期。

这期间经历了一个多世纪。

因此,作为汽车发展历史中的新生事物,新能源汽车在我国目前大约10年的发展过程中仍有课题需要应对并不奇怪。

借用一句大家都熟悉的话来描述这一阶段的问题就是:消费者日益增长的美好出行需要和相关技术与设施不平衡不充分发展之间的矛盾。

对于行业,显然已经充分认识到了问题所在,而对于消费者,用更理性的眼光去看待这一情况则显得尤为关键。

相比当初燃油车技术的更新迭代速度,新能源汽车的核心技术发展脚步已经提升了好几倍。我们有理由相信这个新的市场正在以超越我们想象的速度真正来到消费者的身旁。

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