春節(jié)前，PCauto和GeekNEV的同事駕駛6輛新能源汽車在廣州和武漢之間進(jìn)行了一次“智駕千里”的春節(jié)長途旅行。

其中，純電動車型在南方冬季平穩(wěn)高速巡航條件下的實(shí)際電池壽命約為NEDC標(biāo)稱電池壽命的50-60%。

 

 

如果北方媒體進(jìn)行純電續(xù)航測試，這個(gè)比例會更低。因此，我們可以發(fā)現(xiàn)，新能源汽車的實(shí)際電池壽命與外界溫度有著非常強(qiáng)的相關(guān)性。當(dāng)夏天室外溫度過熱時(shí)，動力電池需要冷卻，車內(nèi)需要打開空調(diào)。

當(dāng)冬天室外溫度過低時(shí)，需要對動力電池進(jìn)行加熱，并且需要在車內(nèi)打開加熱器。今天，讓我們來看看關(guān)于電池加熱的一些事情：

 

為什么你需要讓電池保持溫暖

目前，所有新能源汽車都配備了鋰離子電池組，包括純電動純電動、PEHV插電式混合動力、REEV增程、HEV非插電式混動、FCV氫燃料電池，鋰電池對溫度非常敏感，溫度忽冷忽熱，很快就會充放電。

一般來說，鋰離子電池的最佳工作溫度在20℃左右。例如，MEB平臺的動力電池恒溫設(shè)定為23℃。如果電池溫度由于外部世界的冷卻而下降太多，則電池的正極材料的活性降低。

 

在電池內(nèi)移動的鋰離子數(shù)量減少，帶電離子在正極和負(fù)極材料中擴(kuò)散和移動的能力變差，電能傳輸速度降低，帶電離子不能順利移動，電池充放電性能下降。

低溫不僅影響充放電效率，還會因低溫鋰沉淀產(chǎn)生鋰枝晶，影響電池的循環(huán)壽命，甚至使電池提前報(bào)廢。從下面的“SoC電壓”坐標(biāo)圖中可以看出，

 

極端低溫-30°C和超低溫-20°C時(shí)的放電曲線非常陡峭。在-30°C時(shí)，只有20-60%的SoC可用，在-20°C時(shí)只有15-80%的SoC可使用。電壓變化非常大。

由于電池充放電的化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)生熱量，在非極端低溫環(huán)境下，工作幾十分鐘后的電池可以依靠自身的熱量維持溫和舒適的“體溫”。

然而，處于冷啟動狀態(tài)的動力電池?zé)o法依靠自身的熱量來抵御外界的寒冷冬季。此時(shí)，我們需要為電池設(shè)計(jì)絕緣措施。

在這里，以中國為例。由于中國的土地面積如此之大，南北跨度較長，這對動力電xia池的絕緣策略提出了不同的要求，也使它們形成了“南方鐵鋰/北方三元”電池技術(shù)路線格局。

 

下圖是磷酸鐵鋰的電壓曲線。標(biāo)稱電壓僅為3.2V（其他動力鋰電池為3.7V），鐵鋰非常冷。

 

 

在中國北方，1月份的平均溫度低于0°C，因此在冬季使用配備磷酸鐵鋰的電動汽車的效果并不令人滿意。Model 3磷酸鐵鋰版本的車主應(yīng)該感受最深，他們的電動汽車在冬季與三元鋰版本的差距有點(diǎn)大。

 

主流電池絕緣策略

在冬季寒冷的地區(qū)，電池組自身產(chǎn)生的熱量不足以維持正常的工作溫度。汽車公司基本上使用以下六種解決方案來解決低溫問題：

 

無源絕緣

簡單地說，它是位于電池、模塊和電池組三個(gè)級別的外殼本身，以及支撐的隔熱裝置。

絕緣材料必須考慮許多因素，如它必須是熱的不良導(dǎo)體，必須阻燃，必須絕緣，最好防水防塵，并能承受高溫和低溫，材料成本不應(yīng)太高，重量應(yīng)更輕…

通常，氣凝膠被釋放在電池組內(nèi)部用于隔熱，但氣凝膠更有趣。它是世界上密度最低的固體（低至0.003g/cm2），大部分是氣體。絕緣熱傳導(dǎo)，美國國家航空航天局在20世紀(jì)90年代愛上了這種新材料。

Lyriq的Ultra Energy平臺還發(fā)布廣告稱，其自己的氣凝膠隔熱材料可以阻擋600℃熱浪的影響。

 

 

云母也是一種很好的隔熱材料。嵐圖此前發(fā)布的“云母電池”使用“云母+氣凝膠”解決方案進(jìn)行隔熱。另一種材料被稱為“Telite”，這是一種改性泡沫材料，也用于隔熱，是一種相對較新的材料。

在這些材料的包裹下，電池單體自身產(chǎn)生的熱量可以使電池處于更舒適的充電和放電狀態(tài)。盡管被動隔熱材料是一種相對“古老”的方法，但它是動力電池的必備配置，即使是簡單的新能源也會包裹在某種隔熱材料中。

此外，工程師們還開發(fā)了一種電阻/液體/外部熱源系統(tǒng)，我稍后會在它不起作用時(shí)提到，但這些主動隔熱系統(tǒng)很長一段時(shí)間都不起作用。當(dāng)溫度足夠時(shí)，電源將自然斷開。此時(shí)，電池組的內(nèi)部仍然需要依靠被動隔熱材料來控制溫度。

 

電阻加熱系統(tǒng)

你用過“快速加熱”嗎？就是這樣。

然而，傳統(tǒng)的“熱速”成本很低，而且沒有任何防護(hù)設(shè)備，相當(dāng)于小學(xué)生手中的RPG火箭發(fā)射器。

通常有兩種類型的用于動力電池的電阻加熱系統(tǒng)。常用的一種被稱為PTC熱敏電阻（正溫度系數(shù)），它是一種半導(dǎo)體電阻器，其電阻隨著溫度升高而增加（如下）。

 

 

另一種是加熱膜，它是金屬或硅基的，現(xiàn)在有導(dǎo)電顆粒添加到聚合物有機(jī)材料中以制成加熱膜。這些薄膜會附著在電池附近，加熱效果比PTC更均勻，體積更小（只有2mm那么?。?。

 

 

還有一種使用“珀耳帖效應(yīng)”的加熱裝置，它的熱效率更高，但尚未大規(guī)模生產(chǎn)。之前有讀者問過，如果用功耗來加熱電池，電池壽命會不會更低？問得好。我們之前說過，電池在超低溫下的充放電性能將降低50%或更多。如果我只使用5-10%的功率來加熱電池，讓它恢復(fù)30%的功率，這是盈利嗎？這是一個(gè)簡單的事實(shí)，供暖系統(tǒng)不需要一直工作。當(dāng)溫度幾乎相同時(shí)，留給電池在后半段工作的自生熱量是為了保持體溫。

先前MEB平臺的溫度控制裝置，下圖中的加熱部分使用PTC熱敏電阻（紅盒，一大一?。┖涂蛇x熱泵（藍(lán)色框架），冷卻部分使用R744空調(diào)壓縮機(jī)組（藍(lán)色框架，相同）。

 

 

為什么有兩個(gè)PTC加熱裝置？大的一個(gè)在車廂里，為汽車供暖；小的在前艙，給電池加熱。兩個(gè)設(shè)備獨(dú)立后，可以按需加熱，能耗更低。

 

 

由于PTC的存在，即使在-10°C的低溫環(huán)境中，ID產(chǎn)品也可以在1小時(shí)內(nèi)充電到近80%。

 

液體加熱系統(tǒng)

在上一篇文章中，我們討論了液體冷卻解決方案。液體可以帶走熱量（液體冷卻）或帶來熱量（液體加熱），因此，它可以在液體冷卻動力電池的基礎(chǔ)上改為冷熱兩種溫度控制系統(tǒng)。

 

 

液體加熱解決方案實(shí)際上是“PTC+液體循環(huán)系統(tǒng)”（相當(dāng)于電熱水器）的組合，通過PTC加熱電池組中的液體，然后通過液體循環(huán)將熱量傳遞到每個(gè)電池組。

 

 

與純PTC加熱方案相比，“PTC+液體循環(huán)系統(tǒng)”加熱更均勻，可以更好地保證電池的一致性，延緩容量下降的速度，降低熱失控的概率，提高循環(huán)壽命。

未來，浸沒式液體加熱解決方案可能會大規(guī)模生產(chǎn)，傳熱效率會更高。

 

外部熱源加熱

事實(shí)上，它使用內(nèi)燃機(jī)通過燃燒化石燃料來加熱電池組來產(chǎn)生熱量。一個(gè)典型的例子是可以安裝在WM電機(jī)EX5上的“極地電加熱系統(tǒng)”

事實(shí)上，它是一臺小型單缸活塞內(nèi)燃機(jī)。它使用燃油效率更高的柴油，在-30°C以下的極低溫環(huán)境中非常有用。

 

 

這個(gè)系統(tǒng)的工作過程也相當(dāng)簡單。容量為6L的小油箱中充滿柴油，柴油燃燒后的熱量用于加熱電池的液體回路中的液體介質(zhì)，液體介質(zhì)加熱電池。如果每天啟動后需要加熱約1小時(shí)，6L柴油足以維持1個(gè)月以上。

 

 

外部熱源加熱系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是不需要消耗電池本身的功率來加熱電池。

 

脈沖自加熱

脈沖自加熱系統(tǒng)是最近才大規(guī)模生產(chǎn)的。比亞迪和長安都在開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。其中，比亞迪一對一排列電池模塊，用電池組1給電池組2充電，然后用電池組2給電池組1快速充電，并快速左右跳躍。

因?yàn)殡姵卦诘蜏叵碌膬?nèi)阻很大，脈沖充電會產(chǎn)生熱量，熱量在電池內(nèi)部，不會有傳遞損失。

 

 

目前還沒有關(guān)于長安脈沖自加熱系統(tǒng)的信息。

 

熱泵

近年來，熱泵在新能源汽車領(lǐng)域越來越受歡迎。它們使用液-氣相變來交換熱量。

 

 

外面和里面是一個(gè)蒸發(fā)器，它使氣體液化并釋放熱量；車外有一個(gè)冷凝器，用來蒸發(fā)液體以吸收熱量；該泵用于壓縮氣體。

基于全球環(huán)境保護(hù)的需要，各國正在逐步禁止R134a作為汽車空調(diào)的制冷劑。

主要的替代制冷劑是R1234yf或CO2（R744）。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，CO2的沸點(diǎn)低于R134a和R1234yf的沸點(diǎn)，因此在寒冷天氣下加熱效率更高。此外，二氧化碳制冷劑是最環(huán)保、完全無毒的，不需要回收用于后續(xù)使用。

 

 

熱泵的效率遠(yuǎn)高于PTC加熱的效率，但熱泵的功率并不高。我之前看到過MEB平臺的拆卸，在極低溫度的情況下，熱泵空調(diào)和PTC會協(xié)同工作，在溫升足夠后，耗電的PTC會停止工作。

 

 

本節(jié)的最后兩句是：保溫和隔熱是兩個(gè)獨(dú)立的項(xiàng)目，具有很強(qiáng)的相關(guān)性。為了安全，隔熱是必須的。保溫性能越強(qiáng)越好；但隔熱性能越強(qiáng)越好。

高緯度用戶當(dāng)然希望電池的隔熱性能充分，但如果低緯度用戶的電池溫度過高，冷卻裝置的性能和成本也會增加，否則夏季熱量將無法順利排出。

 

冬季電池絕緣和其他汽車用品

智能預(yù)熱功能

在低溫充電時(shí)，電池內(nèi)部的活性物質(zhì)非常惰性，一般來說，只能通過涓流充電。在這個(gè)時(shí)候，用大電流充電是非常危險(xiǎn)的。電子控制不佳的新能源汽車在北方冬季快速充電時(shí)可能面臨風(fēng)險(xiǎn)。

然而，新能源汽車的動力是非常寶貴的。當(dāng)車輛靜止時(shí)，加熱裝置不會一直啟動以保持蓄電池溫度。如果你突然想旅行或突然連接電網(wǎng)充電，

冷啟動電池會遇到超低溫故障，從功率大幅下降，到無法啟動或生產(chǎn)鋰枝晶以縮短循環(huán)壽命。

目前，中高端新能源汽車將配備電池預(yù)熱功能。在您的APP預(yù)約使用車輛之前，打開電池加熱設(shè)備進(jìn)行預(yù)熱，甚至提前打開座艙加熱器。

 

如何高效充電

毫無疑問，露天停車場的溫度遠(yuǎn)低于地下室的溫度。因此，如果你是純電動車主，你可以在露天和地下室之間進(jìn)行選擇，請先選擇地下室（地下室停車費(fèi)過高的情況除外）。

由于冬季溫度較低，充電速度不僅很慢，而且在超低溫下充電時(shí)電池很容易損壞。在地下室下，不僅溫度更高，充電速度也可以提高，電池安全也有保障。

在冬天，融化的雪會浸泡充電設(shè)備。如果您在不熟悉的公共充電樁上操作，您可能希望戴上一副塑料絕緣手套（或可以套在冷手套上的超大絕緣手套）。

一方面，它不會弄臟你的手或棉手套，另一方面，可以防止觸電。中國公共設(shè)施的維護(hù)令人擔(dān)憂，相關(guān)部門或營利機(jī)構(gòu)的管理不力。因此，充電樁的日常使用仍然非常嚴(yán)重，并且絕緣不到位。

此外，冬季充電普遍較慢，許多公共充電樁使用“一樁多線”充電車位。由于“一堆多線”會分割一部分電量，因此在充電時(shí)，不妨選擇兩個(gè)充電槍都空閑的樁位充電，這樣可以縮短充電時(shí)間。

 

溫度一致性

當(dāng)電池出廠時(shí)，一致性會有差異，稍后會通過電子控制進(jìn)行平衡。

冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)也會在后期給電池帶來一致性問題。

無論是氣體、液體還是固體傳熱，傳熱通道中都必須有最熱點(diǎn)和最冷點(diǎn)。這兩點(diǎn)以上的細(xì)胞將具有完全不同的老化速率。過熱/冷卻的電池會很快老化，容量下降得更快，后期電壓不足。

 

不同類型的電力系統(tǒng)

所有新能源汽車都配備了動力電池。其中，純電動汽車擁有最大的動力電池，沒有其他動力系統(tǒng)。因此，它們最害怕冬天的低溫，需要消耗自己的電力來保暖。

PHEV插電式混合動力汽車（中型電池）、REEV增程混合動力汽車、HEV非插電式混動汽車（小型電池）都配備了內(nèi)燃機(jī)，因此無需過多考慮冬季的低溫問題。

FCV氫燃料電池汽車也需要保溫，因?yàn)閯恿ο到y(tǒng)安裝在一個(gè)小型動力電池中作為能源中心，因此也存在保溫問題。

 

切勿劇烈駕駛

低溫放電會像低溫充電一樣傷害電池，而那些配備電加熱系統(tǒng)或外部熱源的純電動汽車也不能幸免。

因?yàn)楫?dāng)汽車?yán)鋯訒r(shí)，加熱系統(tǒng)還沒有進(jìn)入狀態(tài)，電池內(nèi)部的溫度仍然很低。此時(shí)，不要劇烈駕駛。即使是不能順利冷啟動的汽油車，在冬季也是低能耗的。

此外，由于冬季行駛，車內(nèi)外都需要加熱，車外后視鏡加熱、后窗加熱線、空調(diào)加熱器、座椅加熱等部件會消耗大量電力。此時(shí)，如果你不按照標(biāo)準(zhǔn)的操作模式駕駛汽車，耗電量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過你想象的速度。

 

結(jié)論

因此，在購買電池時(shí)，要注意該地區(qū)冬季的溫度是否超過電池的工作溫度范圍。如果你在冬季溫度較低的地方，可以購買帶有上述保溫裝置的低溫鋰電池。