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“续航焦虑”困扰车主 冬季续航难题大致可从两方面下手

炣燃科技12月21日讯(安迪)在2020年7月14日,公安部交通管理局发布消息称,据公安部统计,截至2020年6月,全国新能源汽车保有量417万辆,与去年年底相比增加36万辆,增长9.45%。

“续航焦虑”尤其是在冬季是存在于电动车车主群体内的普遍性问题。对于北方的电动车用户来说,长久以来一个最大的痛就是,车辆一到冬天,不仅动力性能减弱,充电速度变慢,更重要的是,续航会大幅缩水,严重影响使用体验。

为什么电动车在冬季的使用续航会大幅下降呢?有两个原因。首先是冬季车厢内制暖消耗了大量的电能。这一点电动汽车与燃油汽车有巨大的不同,后者发动机运转时除去驱动车辆前进以外,同时还产生了大量废热,而这些废热自然可以用来给车厢内取暖,相当于取暖是没有任何额外能耗的。而电动汽车的电机运转时却几乎没有废热(实际上相当于废热都在发电厂发电阶段产生了),巨大的供暖能耗必须来自于车辆电池储存的电能。而这使得电动汽车冬季能耗直接上升了10-25%。

另一个续航下降的原因则是电池在低温状态下性能下降,不但充放电效率下降,更重要的是,表现的电池容量也会下降10-20%。

以上两点的叠加,就导致冬季电池续航相比春秋适宜温度时有明显的衰减,根据车型不同需要打6折到8折不等。如果再考虑到汽车即使在适宜温度下实际能耗也往往高于实验室较理想的NEDC工况下测试出来的工信部标称续航,冬季电动车的实际续航可能只有标称续航的40-70%。原本以为能跑400多公里的电动汽车,可能只能跑200多公里,稍微要出趟远门就会捉襟见肘。

更糟糕的是,不但低温会让电池当时的表现容量下降,在低温下放电还会对电池的容量造成不可逆的损害。也就是说,标称400多公里续航的电动车,今年冬天能跑200多公里,到明年可能连200公里都跑不了。这导致寒冷地区的消费者如果购买电动车,可能没用几年就必须要花费大量成本更换电池,不然十几万的汽车就几乎成了一堆废铁。

在新型电池技术没有明显突破的今天,电动车的风口来的太快,让电动车的驾驶体验远没有汽车厂商宣传的那么美好。

深知这一劣势的电动车企,也会想尽一切办法来缓解这一困境。

在制暖方面,最主要的改善方法,就是将传统电加热制暖(一般是使用PTC热敏电阻来发热制暖),改变为热泵制暖。这一变革实际上类似于家庭从电暖气片取暖更改为用空调制暖。因为热泵制暖并不是全部的热能都由机器自己产生,而是通过压缩机热交换利用了外界空气中已经存在的热能,制热效率可以达到200%甚至更多,可以将车厢制暖的能耗降低一半左右,也就大大减少了制暖对续航的损耗。

目前电池加热主流的技术形式,主要是PTC加热和本质上很类似的加热膜加热,这两种形式都是相当于在电池外加了电暖气片,通过电暖气片将电能转化为热能给电池加热。虽然确实能解决电池寿命降低的问题,但对续航里程减少的作用却相对较小。原因就在于,虽然电池容量不再会因为低温而降低,但加热的电能还是来自于电池,而电阻发热式加热的能耗本身不小,如果是普通“电暖气片”式的加热,效率也不算特别高,并不能保证所有产生的热量都用于给电池保温,而有相当部分流失到了其他部分。

要进一步改进,大体有两个方向。

一个是增加充电保温功能。同样是加热电池,如果能在充电时用来自充电桩的电流一直保持电池温度足够,就能够避免使用车载动力电池的电量,那么节省的这些电量就可以增加续航。目前威马、蔚来等厂商在充电时都提供了这一功能。其中威马使用的是仍然是最常见的PTC加热,而蔚来的充电保温则是采用交流预热系统,直接让电池自身发热,减少热量浪费,效率更高,但局限性则是只能适用交流慢充桩。

当然,如果在充电过程中长期开启充电保温功能,浪费的电力毕竟比较多,为了节省用户成本,一些车企还设计了遥控预热功能,可以在用车前在APP上开启预热,精准的预热电池。

更高级的充电保温系统,则往往要结合能够更好的储存热量达到保温效果的材料。近几年国际电动车开发的新趋势,是将电池的冷却系统(主要用来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,这种系统采用的冷却液比热容较高,可以保存较多的热量,除了用于避免电池和电机温度过多升高以外,同样可以用来减缓温度下降的速度,给电池保温,也叫做冷却液恒温系统。这样一来,充电时给电池预热就可以储存更多的热量并持续保温更长时间,进一步减少从车辆动力电池取电,而电池长期高负载工作温度升高时产生的热量也能更多的被用于停车后的电池保温。

蔚来ES8、比亚迪E6、宋、荣威eRX5,以及特斯拉全系都采用了液冷恒温系统。

PCM(相变)电池加热技术效果类似,但技术尚在发展中,目前还没有量产车应用。

另一个方向,则是更精准的加热电池,避免热量的流失。交流加热系统结构简单成本低,但主要只适合在交流慢充时使用。如果要在行车时达到类似效果,则需要热管系统。这种系统相当于一个类似毛细血管的直径在微米量级的加热管线系统,可以更精准的加热电池各部件,效率相比传统PTC加热有明显提升,但目前也还没有真正量产应用。

10月国务院常委会会议正式通过了《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》,计划在2035年,我国纯电动汽车将成为市场销售的主流车型。想要实现这个目标,只造车显然是不够的,更多的充电桩布局、更完备的换电站、更快的充电效率等等,这些能提升新能源汽车驾驶体验的还有待进一步的完善。

如果有一天,我们真的不再对新能源汽车有“续航里程”的焦虑时,我们才真正的能成为世界汽车强国。