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新能源汽车如何迈过寒冬这个坎
 [打印]添加时间:2021-01-22   有效期:不限 至 不限   浏览次数:43
   近期,寒潮席卷了国内大部分地区,多地开启了速冻模式。在这样的高寒天气下,新能源汽车续航里程缩水等问题成为消费者最为关心的话题。对此,北汽新能源公司透露,正在着手推进超低温冷启动、全气候电池两项黑科技的研发,全方位解决冬季电池性能衰减问题。

  冬季电动汽车续航里程缩水是行业内普遍存在的问题。一方面,目前电动汽车大部分采用的是三元锂电池、磷酸铁锂电池,由于锂离子自身属性的缘故,在低温环境下其活性会下降,导致电池的净放电率下降,电能不能正常释放出来;另一方面,冬季用车有大比例的额外电能消耗,比如,空调热风、座椅加热、寒冷环境车辆行驶阻力变大等,这些因素都会造成电动汽车在冬季的能耗升高、续航里程下降。

  为解决冬季“续航里程缩水”问题,目前各新能源汽车企业主要采取三种方式:第一种方式是大多数车企采用的PTC加热系统。这种方式类似于给电池装上了“地暖”,结构简单且成本比较低,但是需要消耗电量来供热,也会牺牲一部分续航里程;第二种方式是PTC再加上柴油加温系统。这种方法见效更快,在低温环境下更有保障,但是一定程度上违背了电动车节能环保的初衷;第三种方式是电机堵转技术,其工作原理是将电机绕组当作加热电阻使用,配合电机产生的废热给电池组加热。但是,当温度在零下10℃至10℃之间时,仍需采用PTC辅助加热。

  对此,北汽新能源工程研究院副院长代康伟介绍,为提升加热速率,减少用户等待时间,北汽新能源除了PTC加热方式外,还着手研究超低温冷启动和全气候电池两项黑科技,以求全方位解决冬季电池性能衰减问题。

  据介绍,超低温冷启动的原理是利用低温下电芯内阻增大的特性,通过高频大电流脉冲充放电实现快速加热效果。与传统PTC加热方式相比,由于电芯内自发热,其温度一致性更好,耗电量也更少。而全气候电池则是通过给电芯间镍片通电生热的方式,快速向电芯传热使其升温。

  北汽新能源在黑龙江进行的低温测试显示,电池温度从零下18℃上升到18℃仅用了300秒左右。目前,这一核心关键技术处于世界领先水平,为新能源汽车突破严寒禁区奠定了坚实的技术基础。这也意味着,未来新能源汽车将无惧零下40℃的严寒,并且能够保持与常温状态下几乎相同的续航里程。

  另外,北汽新能源还创新性地研发出第四代IBTC电池热管理技术——干湿分离热管理技术,除了更有效保障电池安全之外,还可以将系统温差减少50%,40℃以上的高温极限工况下系统温差可以控制在6℃以内。也就是说,冷到黑河,热到吐鲁番,北汽新能源的电池系统始终能够保持在电池最佳工作状态。

  作为国内最早布局新能源研发生产的整车企业,北汽新能源在纯电动汽车技术与研发方面一直处于行业领先地位,尤其是在突破极寒地区用车限制方面拥有技术优势。业内专家表示,随着电池技术水平的不断提升,电动汽车冬季续航里程缩水问题将在很大程度上得到缓解。在凛冽的寒风中,电动汽车也可以实现超长“待机”,用户出行体验也将得到进一步提升。

  比亚迪:多措施应对“低温挑战”

  □记者李志勇北京报道

  作为国内在电动汽车和动力电池领域都居于前列的企业,比亚迪通过多种措施应对冬季电动汽车续航里程衰减的问题。

  比亚迪表示,很多人都把电动汽车冬季用电快归咎于电池本身的能量问题,但实际上这是一个综合性问题,电池并非“放不出电”,而是动力电池在低温环境下活性下降,电池的净放电率降低,造成电池容量受到影响。也就是说,续航衰减的真实原因,不是可放的电变少了,而是电不能有效放出来,再加上冬季额外消耗的电增加,如空调暖风、行驶阻力变大等因素综合导致续航里程减少。

  对此,比亚迪也采取综合手段来解决续航里程衰减问题。一方面,比亚迪的电池有加热系统,冬季寒冷可以加热。比亚迪汉EV搭载了比亚迪独有的刀片电池,刀片电池采用“无模组”结构,让加热管路进入到一块加热大平板中,用大平板给所有电池电芯加热,加热效率更高更均匀,电芯温度一致性好,有利于放出更多电。另一方面,比亚迪通过不断降低车辆风阻,采用适宜冬季工况的低黏度油脂等措施,减少冬季车辆行驶所产生的能量损失,进一步降低低温的行驶能耗。

  同时,比亚迪表示,安全是新能源电池的第一追求,也是最高追求。一味追求高能量密度,而忽略对电池安全的重视,是舍本逐末。基于此,比亚迪通过结构及材料创新,适时推出刀片电池。刀片电池在装配时可以直接跳过“模组”这一层级,进而直接组成电池包,在空间利用率上提升了50%。在推出刀片电池的同时,比亚迪也在布局研发三元电池和固态电池。未来,比亚迪会向更高层次的安全性能发展,同时不断探索新的技术领域。

  蔚来汽车:升级电池加大换电站投入

  □记者闫磊北京报道

  关于在冬天低温环境下的稳定运行问题,刚刚发布新款车型的蔚来汽车表示,除了搭载续航能力升级的电池外,还通过加大换电站投入来实现保障。

  蔚来汽车创始人李斌表示,与传统汽车使用发动机预热来加热不同,电动汽车在低温环境下有天生的劣势,冬天需要使用电来进行加热,这成为其短板。“这就是为什么冬天续航里程会有一些影响,所有电动汽车在冬天都会遇到挑战。”

  据李斌介绍,新发布的ET7在续航里程方面有所提升,搭载70kWh电池包NEDC续航超过500公里,搭载100kWh电池包续航超过700公里,搭载全新150kWh电池包续航超过1000公里。

  对换电站等相关配套设施的完善将是应对低温驾驶问题的主要举措。李斌说,蔚来汽车的换电站本身在低温环境下运营没有问题,实践证明在哈尔滨等地方都能够正常运营。

  蔚来汽车联合创始人、总裁秦力洪表示,蔚来汽车当前已经部署了近200座换电站,接下来还要增加300座,达到500座换电站。

  “真正的挑战在于换电站的运营效率和服务标准。从2020年4月中下旬到年底,蔚来大约投放了70多个换电站,即30多周时间内平均每周大约投放2个站。用户对换电站的分布、建设速度、运营效率的期许是非常高的。换电站既凸显了蔚来的独特技术和服务优势,也反映出我们并没有达到用户的预期要求。比如,1月6日北京部分地区气温突然下降到零下17℃,很多换电站由于应对低温准备工作不足当天没有营业。这反映出我们在运营、相关准备等方面做得不够好。”秦力洪表示,哈尔滨的换电站能够正常运营,而北京不能正常运营,这说明北京的相关准备工作不足,这反映出公司运营精度方面存在问题。

  威马汽车:冬季续航保障服务加力

  □记者傅勇北京报道

  目前,电动汽车上所使用的动力电池大多属于三元锂电池,而低温环境下锂离子的活性会大大下降,这是导致电动汽车冬季续航里程缩短的主要因素。

  为此,威马汽车相关负责人表示,威马从技术和服务两个层面做了保障。他说,要提高冬季锂离子的活性,就必须要通过技术手段让电池保持理想的输出温度。在这方面,威马汽车有专门的全天候电池包恒温热管理系统。

  据了解,威马汽车的这套系统,主要通过独立液冷设计、PTC电加温系统、零下30℃极地加温系统,将电芯温度更加稳定地控制在高效、安全的温度区间,有效提升了冬季可用电池容量和充放电效率。

  威马汽车把这套技术系统称之为热管理2.0,它主要有以下几大特点:一是能根据电芯的实时温度,自动调用不同热管理策略;二是在电芯模组底部整齐有序地布置了铝制水冷板,且铝板表面覆盖一层导热硅脂的特殊材料与电芯模组接触,贴合性更好,从而维持电池在最佳的温度区间内,提高电池的充放电效率;三是在每个电芯模组内布置了两个温度传感器,并通过BMS和BTMS精确管理所有电芯,将电芯的温差控制在±2℃,确保电芯温度均匀;四是将电池包冷却和动力系统冷却分开,采用独立的液冷回路,以便更精确地控制电池包温度;五是通过标配的液冷系统,搭配区域化定制的PTC电加热和柴油加热,实现零下30℃至50℃不同环境温度的高适应性,确保电池不管是在放电还是充电过程中都保持在合适温度区间,避免电池低温损伤和高温危险。

  不过,威马汽车这位负责人认为,常规的电池热管理系统确实能够在冬季保持合理的电池温,但热管理系统为电池加温的过程本身就需要电池电力做支撑,这同样会造成巨大的电池电力损耗,从而导致续航里程下降。基于此,威马热管理2.0系统还采用外部热源同时对电池包和座舱进行加热,大幅降低了冬季空调的能耗,有效提升了NEDC综合工况下的续航里程。

  另外,他特别提到,威马汽车采用的是C2M客制化生产,用户可根据需要,针对冬季续航选择相应配置。比如,冬季温度保持在0℃左右地区的用户,可以选择电加热系统,而华北、东北、西北等气温在零下10℃至零下30℃的地区,推荐用户选择柴油加温包,即用燃烧柴油的方式,给车内空调供暖,给电池包保暖。

  至于服务方面,威马汽车不仅提供了动力电池终身免费质保、4年12万公里的整车质保、8年15万公里的电机、电控等核心部件质保等基本权益保障,还为用户提供了免费充电桩私享服务、“即客行”全国20万根公用充电桩支持、智行合伙人网店免费充电等充电解决方案。与此同时,威马汽车还推出了冬季专项检查,包含小电瓶专项养护、24项免费检测、最新版本软件升级等。

  威马汽车负责人说,通过技术和服务两个层面的保障,威马汽车的冬季续航问题基本上都能得到解决。

  力神电池:技术创新迎解低温难题

  □记者李亭天津报道

  动力电池低温条件下续航里程“打折”是行业面临的普遍问题,近期的寒潮让这一问题更加凸显。天津力神电池股份有限公司执行副总裁、力神研究院院长周江表示,电池技术创新是解决这一问题的关键,需要在电池材料创新、电池设计创新方面下硬功夫。

  周江介绍,一方面,低温下离子的运动性能下降,电池电阻增加,输出功率下降,导致续航里程变短。比如,假设电池中有10度电,但由于低温导致电阻增加,则只能放出7至8度电。另一方面,低温下电池的输出功率变小,导致车的加速性能下降,直观感受就是车跑不快。尤其是磷酸铁锂电池材料的电导率较低,比三元锂电池更易受低温环境的影响。

  “从技术方面来讲,解决这一问题主要有两种思路,一是降低电阻,二是在电池中增加保温设计。”周江说。

  周江告诉记者,在业内实践中,通过增强动力电池正极材料表面的导电性、改变电解液的成分减小离子在电解液中运动的阻力、增加电池隔膜的孔隙率等方式,都能降低电池电阻,改善电池在低温条件下的性能,提高低温环境下的电导率。

  除此之外,提高电池温度也是常用举措。周江介绍,通过增加电阻提高电池工作中的发热量或降低电池的散热性能,来应对冬季低温天气,同时通过液冷系统应对夏季高温环境下电池温度过高的风险隐患。“这种方式的基本逻辑是,将电池工作产生的热量留在其内部,实现加热,但如果在极寒条件下,电池甚至不能启动,这种方式也将无法发挥作用。”

  周江补充说,也可以采用外部加热方式,例如,在电池包外部设计加热系统,但热传导效率并不理想;或者,设计燃料发电机,但会增加系统设计的复杂性从而增加成本。此外,目前业内已经在研发电池单体的自加热技术,例如,在电池内部增加电阻较大的金属片,或者通过电学方面的特性设计,实现快速加热。

  周江认为,随着技术进步,近几年动力电池在低温条件下的性能已经得到了明显改善,未来仍需要在电池材料、电池单体技术、电池设计等方面加大创新。力神电池除了对单体电池的正极材料、电解液等进行特别设计外,也在积极与高校合作研发电池的自加热技术,同时,做好电池包的集成化设计,兼顾温度控制系统和电池效率的平衡。