2020年12月份以來，國(guó)內(nèi)北方地區(qū)開啟了“速凍模式”。2021年1月份，北京一些日子的氣溫低于零下17攝氏度，號(hào)稱打破了21世紀(jì)以來最低氣溫紀(jì)錄。

對(duì)于因?yàn)橐咔槎阍谖葑永锏娜藗兓蛟S還好，但是對(duì)于室外的純電動(dòng)汽車和車主來說，這個(gè)冬天有點(diǎn)兒難熬。

去年11月份，一位北京車主對(duì)Model 3磷酸鐵鋰版進(jìn)行實(shí)測(cè)，發(fā)現(xiàn)續(xù)駛里程大幅縮水。特斯拉標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航升級(jí)版標(biāo)稱的NEDC續(xù)航里程是468km，但是車輛充滿后表顯420公里續(xù)航里程，實(shí)際行駛241公里后剩下5%電量，折算下來里程大約打了“6折”。

自此，媒體又開啟了一年一度的冬季車輛續(xù)駛里程測(cè)評(píng)，測(cè)評(píng)稿件比比皆是，但是大家大多表達(dá)了冬季車輛續(xù)航減少的事實(shí)，具體為何減少，如何改進(jìn)沒有過多闡述。

那么車企、電池企業(yè)以及相關(guān)專家，冬季對(duì)純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程低的問題是如何看的?又有哪些解決方案?

為什么冬天里程會(huì)短?

冬季電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程縮短并不是什么“獨(dú)有特性”，燃油車在低溫下的油耗也會(huì)顯著提升，但是由于加油站很方便，用戶對(duì)此感受不深。

不過，由于電動(dòng)汽車的特性，其冬季續(xù)駛里程縮短影響比燃油車更大。

(1)氣溫低導(dǎo)致電池活性下降

即使冬季燃油車油耗高，一般也不會(huì)續(xù)駛里程打?qū)φ鄣那闆r，這對(duì)純電動(dòng)汽車就很普遍了。

原理上看，低溫使鋰離子電池活性降低。電池在低溫條件下導(dǎo)電率降低，內(nèi)阻變大，最終導(dǎo)致可用容量降低。有的鋰電池在25℃時(shí)可用容量是100%，在-20℃時(shí)，可用容量只有61.24%，如果在-40℃，只有40.16%(下圖)。

除了容量降低，氣溫低的情況下，鋰離子電池充電也很困難，充電使其負(fù)極表面容易堆積形成金屬鋰。鋰枝晶的生長(zhǎng)會(huì)刺穿電池隔膜，造成電池內(nèi)短路，誘發(fā)電池?zé)崾Э?。為了避免析鋰發(fā)生，會(huì)限定充電電流。

如下圖所示為某款電池在不同溫度下直流快充的時(shí)間變化。在-14℃與7℃比充電時(shí)間延長(zhǎng)超過70%(3%-80%SOC)。

 資料來源：蔚來提供

此外，制動(dòng)能量回收減少，也加劇了續(xù)航變少。

(2)空調(diào)耗能加劇

冬季開啟空調(diào)對(duì)電動(dòng)汽車的續(xù)航里程也會(huì)產(chǎn)生極大影響。在電動(dòng)汽車中，制熱功能則多由PTC加熱器實(shí)現(xiàn)，其本質(zhì)上是通過電流的焦耳效應(yīng)實(shí)現(xiàn)制熱，但是其效率不能100%轉(zhuǎn)化，一般為80%-95%，剩下的浪費(fèi)掉。這些使得冬季車艙的環(huán)境控制負(fù)荷更大。

對(duì)此，上汽給出了一組數(shù)據(jù)加以說明，一般加熱器件功率為3—4kW，也就是車輛行駛1小時(shí)耗電3-4kWh，行駛2小時(shí)耗電6—8kWh……，以此類推。如果純電動(dòng)汽車電量為35kWh以上，空調(diào)整體能耗占比能達(dá)到20%左右。

換句話說，空調(diào)的耗能直接轉(zhuǎn)化為續(xù)駛里程損失。

與此相比，燃油車就略顯優(yōu)勢(shì)，其暖風(fēng)來自于發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)給發(fā)動(dòng)機(jī)散熱后，通過風(fēng)扇將散出的熱量送入車內(nèi)，形成暖風(fēng)，并不會(huì)形成額外耗油。

(3)測(cè)試工況與實(shí)際應(yīng)用差距大

還有一個(gè)問題，就是電動(dòng)汽車上標(biāo)注的續(xù)駛里程，與實(shí)際應(yīng)用也存在較大差距。

國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車測(cè)試采用的是NEDC工況。

所謂NEDC是歐洲的續(xù)航測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，主要在歐洲、中國(guó)、澳大利亞使用。NEDC循環(huán)工況中，包含4個(gè)市區(qū)循環(huán)和1個(gè)郊區(qū)循環(huán)(模擬)，其中市區(qū)循環(huán)的車速較低，郊區(qū)循環(huán)的車速則較高一些。

中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)副秘書長(zhǎng)葉盛基認(rèn)為，在NEDC的測(cè)試中，測(cè)試時(shí)所有其余負(fù)載(空調(diào)，大燈，加熱座椅等)都會(huì)關(guān)閉，這與實(shí)際應(yīng)用中存在較大差距。

為了彌補(bǔ)這個(gè)差別，中汽協(xié)參考了中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司采用WLTC(全球輕型汽車測(cè)試循環(huán))工況下環(huán)境適應(yīng)性電耗差異對(duì)比(下表)。

 資料來源：中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司

可以看到，在23℃時(shí)，所有車輛續(xù)航最長(zhǎng)，耗電最低。高溫、低溫都會(huì)對(duì)上述數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大影響。

這里也解釋下WLTC工況。WLTC工況由四個(gè)部分組成，即低速、中速、高速和超高速。相比于NEDC工況，WLTC工況車速波動(dòng)大、怠速工況少，而且沒有特別的規(guī)律性，屬于瞬態(tài)工況的范疇;速度區(qū)間覆蓋面更廣(最高車速較NEDC高出10km/h)，測(cè)試周期也更長(zhǎng)(循環(huán)距離較NEDC高出約12km，測(cè)試時(shí)間高出約10min)。WLTC工況更加貼合實(shí)際用車場(chǎng)景。

綜上可以看出，當(dāng)冬季寒冷條件下，負(fù)載開啟時(shí)，受到負(fù)載(空調(diào)，大燈，加熱座椅等)影響，加上動(dòng)力電池本身化學(xué)特性與整車設(shè)計(jì)及消費(fèi)者使用習(xí)慣等，確實(shí)會(huì)導(dǎo)致純電動(dòng)汽車實(shí)際續(xù)航里程和標(biāo)注數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大差距。

此外，磷酸鐵鋰電池由于低溫性能相比三元更差一些，加上自重更大，冬季續(xù)駛里程打折問題更明顯，造成50%續(xù)航偏差也不稀奇。

怎么解決?

純電動(dòng)汽車最終的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手還是燃油車，短板太短必然會(huì)導(dǎo)致用戶流失，為此，各家企業(yè)也都在找尋解決途徑。

目前看，一般三種方式，精準(zhǔn)續(xù)航評(píng)估、降低耗能，以及給電池加溫。

(1)調(diào)整車輛表顯續(xù)航里程接近真實(shí)使用狀態(tài)

在這方面，特斯拉先行一步，其表顯續(xù)航為EPA 續(xù)航里程，并會(huì)根據(jù)車主的駕駛習(xí)慣、充電習(xí)慣等因素動(dòng)態(tài)調(diào)整，因此更接近真實(shí)使用情況，從而降低車主對(duì)車輛實(shí)際續(xù)航里程預(yù)期的偏差。

針對(duì)磷酸鐵鋰電池的精準(zhǔn)估算電量問題。特斯拉近期已經(jīng)向搭載磷酸鐵鋰電池車輛陸續(xù)推送了新版本軟件升級(jí)，以降低顯示誤差和無故掉電情況的發(fā)生。同時(shí)，車主還可通過服務(wù)熱線按指導(dǎo)進(jìn)行操作以校準(zhǔn)電量估算。

當(dāng)然這只能讓消費(fèi)者看到更接近現(xiàn)實(shí)的續(xù)航，不能從根本上解決問題。

(2)引入熱泵技術(shù)降低冬季能耗

特斯拉新款 Model 3 和 Model Y 車型均搭載熱泵空調(diào)。熱泵是一種將低位熱源的熱能轉(zhuǎn)移到高位熱源的空調(diào)裝置。

可以將其理解為水泵的原理，把處于低位的河水通過管道在水泵的作用下抽到田間地頭。熱泵也是如此，它是熱量的“搬運(yùn)工”，可以把低溫“物體”(包括氣體、液體)的熱量吸收出來傳遞到制冷劑內(nèi)，再通對(duì)制冷劑的壓縮使其升溫，最終將高溫制冷劑通過冷凝器和車內(nèi)空氣進(jìn)行換熱，實(shí)現(xiàn)暖風(fēng)的功能。(夏天通過改變熱轉(zhuǎn)換的方向，從座艙吸收熱量進(jìn)行制冷。)整個(gè)過程中，電池的電能只應(yīng)用在“搬運(yùn)”熱量上，從而達(dá)到省電的初衷。

蔚來也采用了這一手段，其推出的ES6就采用了熱泵空調(diào)。蔚來方面認(rèn)為，熱泵已經(jīng)是電動(dòng)汽車空調(diào)行業(yè)下一步的發(fā)展趨勢(shì)。

 資料來源：蔚來提供

不過，傳統(tǒng)熱泵存在極寒天氣制熱效率低、成本高等劣勢(shì)。特斯拉方面表示，其在傳統(tǒng)熱泵的運(yùn)行原理基礎(chǔ)上，經(jīng)過巧妙設(shè)計(jì)，充分利用外界自然能(空氣)，電機(jī)與電池的余熱，將原本的先天缺陷補(bǔ)足，不僅解決了極寒天氣的工作問題，同時(shí)大幅降低了成本。

特斯拉車輛可感知外界和自身系統(tǒng)溫度，智能調(diào)節(jié)工作模式，大幅提高系統(tǒng)工作效率，最終降低能耗，提升冬季續(xù)航能力。

(3)插槍保溫、智能調(diào)整充電速率

中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高在百人會(huì)上也提到一些改善方案——插槍保溫和脈沖加熱。歐陽(yáng)明高建議，車輛在家充電，可以提前半小時(shí)用電網(wǎng)電對(duì)車加熱。

此外具備雙向充電功能的快充樁，可以對(duì)電池進(jìn)行脈沖加熱。

特斯拉采用的就是類似方式，通過充電設(shè)備會(huì)為電池加熱，提升充電速率。

特斯拉方面介紹說，如果客戶通過車機(jī)系統(tǒng)點(diǎn)選導(dǎo)航至特斯拉超級(jí)充電樁充電，車輛會(huì)自動(dòng)在導(dǎo)航途中加熱電池至最合適快充溫度，以保證達(dá)到充電站點(diǎn)是可以迅速提高至快充速率。

(4)因地制宜推廣不同產(chǎn)品

上汽方面給出的建議是，北方低溫及極寒地區(qū)推廣插電式混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車。

插電式混合動(dòng)力汽車的空調(diào)采用發(fā)動(dòng)機(jī)供熱，溫度到設(shè)定值后，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)關(guān)閉，可利用余熱繼續(xù)供暖，不需要長(zhǎng)時(shí)間開啟發(fā)動(dòng)機(jī)，以降低排放和能耗。

燃料電池汽車由于燃料電池工作點(diǎn)在70℃左右，發(fā)出的大量熱量可以確?？照{(diào)供暖，以及其他需要供暖的部件，同時(shí)大幅提高燃料電池的能量利用率，最高可達(dá)80%左右。

例如上汽在遼寧推廣示范的40輛FCV80燃料電池汽車，全年有5個(gè)月低溫天氣，其中2個(gè)月為低于-20℃的極寒天氣，車輛能夠正常運(yùn)營(yíng)，而純電動(dòng)汽車基本無法使用。

(5)換電緩解充電時(shí)長(zhǎng)問題

蔚來方面認(rèn)為，換電可以有效緩解目前技術(shù)無法突破的充電時(shí)間長(zhǎng)問題。但換電站其建設(shè)量大面廣，往往需要適度超前布局，給企業(yè)帶來初期投資大、回報(bào)周期長(zhǎng)的壓力，發(fā)展速度受到制約。

因此，蔚來建議，給予換電站投資和運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)進(jìn)行資金及政策支持，如初始投資的建設(shè)補(bǔ)貼可以按照換電站的服務(wù)能力(和電容量相關(guān))進(jìn)行補(bǔ)貼，運(yùn)營(yíng)補(bǔ)貼也可以和使用效率進(jìn)行掛鉤，引導(dǎo)提高換電站設(shè)施的使用效率。

(6)電池內(nèi)部自加熱技術(shù)

寧德時(shí)代則從電池層面找尋解決方案。

寧德時(shí)代方面認(rèn)為，現(xiàn)有方案主要是通過外部加熱提高電池溫度，加熱方式有熱敏電阻(PTC)、加熱膜或液冷系統(tǒng)。但是由于電池體積和熱阻大，外部加熱速率低(0.2-0.5℃/min)，效果不理想。

寧德時(shí)代采用電池內(nèi)部快速自加熱技術(shù)。主要原理是對(duì)電池進(jìn)行大電流脈沖充放電，利用電池自身內(nèi)阻對(duì)電池加熱，通過調(diào)節(jié)脈沖占空比調(diào)節(jié)加熱電流大小。

按照寧德時(shí)代的說法，該方案幾乎不增加成本，且完全自主創(chuàng)新，已在國(guó)內(nèi)外申請(qǐng)了60余篇專利。實(shí)測(cè)表明該方案可在15分鐘之內(nèi)將電池包從-25℃加熱到5℃，容量損失6%，放電能力提高7倍，充電能力提高5倍，和其他加熱方案相比，綜合性能最優(yōu)。

寧德時(shí)代認(rèn)為，這一方案有五點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。

首先，加熱快。直接在電芯內(nèi)部加熱，溫升速率提高4-10倍，實(shí)際測(cè)試已達(dá)2℃/min，且仍有提升空間。

其次，均衡性好。電池溫度越低電阻越大，可實(shí)現(xiàn)加熱速率的自動(dòng)均衡。實(shí)測(cè)顯示加熱過程中不同電芯間溫差在4℃以內(nèi)。

第三，熱效率高。測(cè)試表明，將電池從-25℃的極端低溫情況加熱到可正常工作溫度(5℃)，電池SOC僅下降約6%。

第四，成本低。不改變電芯結(jié)構(gòu)，可利用電機(jī)控制器IGBT硬件，不增加硬件投入和成本，僅需要對(duì)軟件和控制策略升級(jí)。

第五，不影響電池包能量密度，測(cè)試表明對(duì)電池壽命幾乎沒有影響，對(duì)IGBT的壽命影響在10%以內(nèi)。

據(jù)了解，寧德時(shí)代開發(fā)的電池自加熱方案已經(jīng)完成電池模組和電池包層級(jí)的功能測(cè)試，正在開展產(chǎn)業(yè)化方案設(shè)計(jì)和推廣，并已與一汽、吉利等整車企業(yè)對(duì)接，預(yù)計(jì)今年可實(shí)現(xiàn)實(shí)際裝車應(yīng)用。

葉盛基作為業(yè)內(nèi)專家，給出了更為宏觀和綜合的建議。

一是，要加強(qiáng)動(dòng)力鋰離子電池技術(shù)研發(fā)，通過技術(shù)進(jìn)度改善電池的低溫性能，例如改善熱管理系統(tǒng)、添加添加劑等。同時(shí)，兼顧電池低溫性能、高溫性能和常溫性能平衡，根據(jù)電池最主要的使用工況平衡決定。

二是，整車企業(yè)要加大對(duì)整車系統(tǒng)工程研發(fā)，包括整車設(shè)計(jì)、低溫保護(hù)，能耗水平等，降低整車耗電量，力爭(zhēng)消費(fèi)者實(shí)際續(xù)航里程和標(biāo)注的續(xù)航里程一致。

三是，對(duì)消費(fèi)者要科學(xué)引導(dǎo)，不僅在購(gòu)車時(shí)科普宣傳純電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)燃油車的區(qū)別，還要灌輸正確的用車習(xí)慣，以提高純電動(dòng)汽車與消費(fèi)者之間的粘合度。

當(dāng)然，不可否認(rèn)低溫下電池活性降低是鋰離子電池的基本特性。我們可以期待低溫性能更好的下一代電池盡快出現(xiàn)，不過，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，提供更高的續(xù)駛里程或許是能緩解消費(fèi)者北方冬季使用體驗(yàn)的最佳方法。短期內(nèi)比較直接的方式還是電池成本下降和能量密度提升。

正如硬幣的兩面，純電動(dòng)汽車雖然存在冬季低溫性能不佳的短板問題，但是其節(jié)能環(huán)保、使用成本低、更易實(shí)現(xiàn)智能化和科技感十足等特點(diǎn)，也是燃油汽車不能比擬的。