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电车过冬 冬季低温是纯电动车的“敌人”

2021-01-27 浏览次数:1,475 次 界面新闻

一到冬天,大家都会穿上厚厚的外套来保暖,绝不会让自己被冷到;平时喜欢运动的小伙伴都觉得在冬天的时候放不开拳脚,运动量也随之减少;可能因为到了冬天,人们需要保暖,所以才有了这种“惰性”。

其实,冬天不仅是人怕冷,纯电动车也怕冷。到了冬天,纯电动车就会出现很严重的掉电情况,上一秒明明还有百分之九十,下一秒突然就掉到了百分之七十,续航里程也因此大打折扣。那么问题来了,为什么纯电动车在冬季低温下会受到这么大的影响?有没有什么办法能解决纯电动车在冬季低温下续航里程的流失呢?

  为什么电量会流失?

想要解决这个问题,我们要先了解最根本的问题在哪里,这是众所周知的答案,是纯电动车的电池。现在市面上的纯电动车大部分是使用锂电池,而锂电池在放电时主要是依靠化学反应来实现,温度也是影响该化学反应的重要因素之一。

锂电池的两极主要是依靠电解液来导电,如果温度过低,电解液的流动性就会变差,产生的电流就会越来越小;这种情况下,要么电解液直接被凝固停止反应,要么是产生的电流不足以支撑用电。

用简单的话来解释,就是电池内部好像是一摊流动的“液体”,当温度降低之后,越是接近电解液的凝固点,电解液就会越来越粘稠,随后其就会被凝固,而锂离子在电解液里面游不动之后,锂电池放电的能力就随之下降,这就是纯电动车在冬季低温情况下掉电快的原因。

传统解决方式

面对这种问题,车企们和造车新势力该如何解决呢?其实,最根本的方法就是要保证动力电池在低温情况下能保持一定的温度,就像大家在低温的时候穿衣服保暖或者是使用小太阳取暖一样的道理。因此,厂商通常会采用以下两种传统动力电池加热系统,分别是恒定电阻加热元件和可变电阻加热元件。

恒定电阻加热元件主要是由金属加热丝组成的热膜,比如硅胶热膜;而可变电阻加热元件简称为PTC电池加热系统,PTC元件具有安全、热转换效率高、升温迅速、自动恒温等优点;由于陶瓷PTC元件的成本价格比较低,所以厂商较为常用。

以上两种加热方式就相当于给动力电池贴了一个“电热暖宝宝”,通过“电热暖宝宝”将电能转化为热能给动力电池加热。这种方法在一定程度上确实能解决动力电池在冬季低温情况下寿命降低的问题,但对于解决纯电动车续航里程丢失的作用并不大。

其主要原因在于,虽然动力电池容量不再会因为低温而降低,但“电热暖宝宝”在加热过程中所需要的电能依旧来自动力电池,而电阻发热式加热的能耗本就不小,其效率并不算高,相当于只能自给自足。试想一下,在如此寒冷的情况下,动力电池的活性本来就下降了,还要抽取一部分电量给自己加热,这无疑是雪上加霜。

  充电保温系统

对此,从目前各个车企和造车新势力的改进方法来看,它们采用了两种不同的方法来解决这个问题。第一种方法是增加充电保温功能,该方法同样是加热动力电池,主要是在充电的时候用来自充电桩的电流来维持动力电池的温度,这样就能够避免使用车载动力电池的电量,节省下来的电量就可以增加续航里程。

以国内造车新势力蔚来汽车为例,该品牌的充电保温采用了交流预热系统,直接让电池自身发热,减少了热量浪费,使其效率更高,但这种方法只能在交流慢充桩上使用。

当然了,如果在充电过程中长期开启充电保温功能的话就会浪费不少电量。因此,有一些厂商专门设计了遥控预热功能,可以在用车前通过APP开启电池预热,不仅能精准预热电池,还能为用户节省成本。

除此之外,还有另外一种更高级的充电保温系统,需要的材料能够更好地储存热量达到保温的效果。这种方法也是近几年来国内外厂商开发的新趋势,该方法主要是将动力电池的冷却系统(该系统主要用于避免夏季和高负载下电机和电池的过热)从自然冷却和风冷系统改为液冷系统,也称为冷却液恒温系统(液冷恒温系统)。

冷却液恒温系统采用的冷却液比热容较高,可以储存更多的热量,不仅能用于避免动力电池和电机温度过多升高,还能用来减缓温度下降的速度,同时可以给动力电池保温。这么一来,纯电动车在充电时就能给动力电池预热,并可以储存更多的热量来维持电池的保温时间,进一步减少了从自身的动力电池取电的情况,同时动力电池在长期高负载工作时温度升高所产生的热量也能被用在停车后的电池保温上。

除了上面两种充电保温系统之外,还有PCM(Phase Change Material)电池加热技术(变相材料预热系统),该系统通过利用材料的变相潜热,维持系统环境保持在恒定温度范围内不变。只是目前该技术还在研发中,并没有应用到量产车上。

  交流预热系统

另外一种方法则是精准地加热电池,避免热量的流失,这种方法的学名叫交流预热系统。该系统结构比较简单,并且成本也低,不需要额外配置传热元件,利用一定频率范围的小幅值交流电直接用于电芯正负极,以短周期少量充放电的形式激发动力电池内部化学物质的自身发热。

如此一来,交流加热系统需要一个调频调压的整流逆变电源,以及与之配合的BMS电池管理预热策略,交互过程与PTC预热过程有些相似;还需要增加一个变频电源控制器,交互过程中需要BMS、变频电源控制器和充电机三方参与,其过程由BMS为主导。

简单的来说,交流加热系统相当于一个加热管线系统,可以更加精准的加热电池各个部件,其效率比传统的PTC更加高;但目前该技术还在研发中,并没有真正量产应用。

总结

冬季低温确实是纯电动车的“敌人”,这也从侧面反映出现在各个厂商在电池技术上遇到了瓶颈。小雷认为,只有在固态电池的研究上有所突破才能解决冬季续航流失问题,因为固态电池的工作适应温度范围比较广,能量密度更高,续航表现更加出色;如果厂商研发出固态动力电池,那纯电车突破低温禁区不再是梦,北方的朋友也能更加放心地购买纯电动车。

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