為什么冬天電動車電池用的快，冬季電動車續(xù)航縮減多少?
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-08 10:24
點擊量：次
一、冬季電動車續(xù)航縮減多少?
–24%
百萬新車迎來冬季續(xù)航考驗，低溫熱管理大有可為。
2018年全年全國完成新能源乘用車銷售100.8萬輛，同比增長89%;2019年1-2月完成銷售14.3萬輛，同比增長134%。但新能源車在冬季，尤其在高寒的東北地區(qū)電動汽車實際續(xù)航里程已經出現(xiàn)明顯下降，對用戶使用造成了嚴重影響。以幾款典型新能源汽車為例，一些冬季道路試驗顯示這些車型的平均續(xù)航里程下滑24%，測試包含的鈷酸鋰、三元鋰與磷酸鐵鋰均未出現(xiàn)明顯的抗低溫優(yōu)勢。
由于去年夏季的40多起電池自燃事件，眾多廠商已開始重視高溫熱管理，而低溫熱管理潛力則仍有待開發(fā)，僅有少數(shù)廠家為電池配備了電加熱系統(tǒng)。冬季續(xù)航是整車廠商乘用體驗的核心指標，電池的低溫性能則是電池廠商的核心競爭力，我們認為每一次冬季低續(xù)航的陣痛都將促進廠商加速低溫熱管理的滲透，未來市場潛力巨大。
電池實驗表明溫度越低，電池可用容量越低。以松下NCR18650A為例，在電池實驗中-10℃下電池容量相比25℃將下降約20%，且平均電壓遠低于常溫下，電池對外做功能力明顯衰減。而以某磷酸鐵鋰電池為例，-15℃下電池內阻是15℃下的4-5倍，表征電解液導電能力下降嚴重。
冬季車內加熱設備的使用加大續(xù)航損耗。
目前PTC加熱器是電動汽車暖風空調的主要熱源，相比于電熱絲加熱能量轉化效率已從70%上升至98%，但將高品位的電能直接轉化為低品位的熱能，能量浪費依然巨大。蔚來汽車為ES8配備了前5.5kw后3.7kw等2個PTC加熱器，即在始終開啟的狀態(tài)下僅暖風空調每小時將消耗近50公里續(xù)航，如果再考慮電池本身的劣化，355公里的續(xù)航只能完成一半。
理論測算加熱功耗嚴重制約續(xù)航里程。以當前主流的300km配備35kwh電池的車型為例，可獲得加熱功耗與里程關系曲線，若要保證75%的續(xù)航保持率，車內平均加熱功耗需要控制于1-1.5kw。但電熱轉換效率最多為1，PTC加熱器的效率已非常接近，因此需要尋找例如熱泵空調等轉化效率突破電熱瓶頸的技術。
二、鋰離子電池冬季電量減少的原因–低溫電化學反應不活躍
低溫下電化學反應不活躍是電池冬季續(xù)航降低的主要原因。鋰離子電池是一種典型的“搖椅電池”，其充電時，鋰離子從正極脫嵌穿越隔膜進入負極，使得負極呈富鋰狀態(tài)，正極呈貧鋰狀態(tài)，同時碳負極通過外電路獲得補償電荷，放電時則相反。環(huán)境溫度過低時，電解液黏度增大甚至部分凝固，使得鋰離子脫嵌運動受阻，電導率降低，最終引起了容量減少。
低溫下使用鋰電池易造成不可逆的容量損傷和潛在危險。鋰離子的溶解性在低溫時會顯著降低，易析出沉積形成鋰晶枝，生長到一定程度時有可能會刺穿隔膜造成電池短路，形成潛在安全風險。且此時電池負極動力學條件較差，固態(tài)電解質界面(SEI)厚度會增加，將不可逆地持續(xù)阻礙離子流動，造成有效容量衰減。
各類正極材料的抗低溫能力均不相同，NCM811電池相對抗凍。研究發(fā)現(xiàn)在-20℃下電池的容量保持率均有下降，總體上NCM與NCA材料抗低溫性能相似，NCM811比NCA稍高，但兩者均明顯優(yōu)于磷酸鐵鋰電池。當前國內的電池向NCM811發(fā)展的趨勢有助于減緩冬季低電量的現(xiàn)象，但仍需要低溫熱管理來讓電池工作在最佳范圍。
–24%
百萬新車迎來冬季續(xù)航考驗，低溫熱管理大有可為。
2018年全年全國完成新能源乘用車銷售100.8萬輛，同比增長89%;2019年1-2月完成銷售14.3萬輛，同比增長134%。但新能源車在冬季，尤其在高寒的東北地區(qū)電動汽車實際續(xù)航里程已經出現(xiàn)明顯下降，對用戶使用造成了嚴重影響。以幾款典型新能源汽車為例，一些冬季道路試驗顯示這些車型的平均續(xù)航里程下滑24%，測試包含的鈷酸鋰、三元鋰與磷酸鐵鋰均未出現(xiàn)明顯的抗低溫優(yōu)勢。
由于去年夏季的40多起電池自燃事件，眾多廠商已開始重視高溫熱管理，而低溫熱管理潛力則仍有待開發(fā)，僅有少數(shù)廠家為電池配備了電加熱系統(tǒng)。冬季續(xù)航是整車廠商乘用體驗的核心指標，電池的低溫性能則是電池廠商的核心競爭力，我們認為每一次冬季低續(xù)航的陣痛都將促進廠商加速低溫熱管理的滲透，未來市場潛力巨大。
電池實驗表明溫度越低，電池可用容量越低。以松下NCR18650A為例，在電池實驗中-10℃下電池容量相比25℃將下降約20%，且平均電壓遠低于常溫下，電池對外做功能力明顯衰減。而以某磷酸鐵鋰電池為例，-15℃下電池內阻是15℃下的4-5倍，表征電解液導電能力下降嚴重。
冬季車內加熱設備的使用加大續(xù)航損耗。
目前PTC加熱器是電動汽車暖風空調的主要熱源，相比于電熱絲加熱能量轉化效率已從70%上升至98%，但將高品位的電能直接轉化為低品位的熱能，能量浪費依然巨大。蔚來汽車為ES8配備了前5.5kw后3.7kw等2個PTC加熱器，即在始終開啟的狀態(tài)下僅暖風空調每小時將消耗近50公里續(xù)航，如果再考慮電池本身的劣化，355公里的續(xù)航只能完成一半。
理論測算加熱功耗嚴重制約續(xù)航里程。以當前主流的300km配備35kwh電池的車型為例，可獲得加熱功耗與里程關系曲線，若要保證75%的續(xù)航保持率，車內平均加熱功耗需要控制于1-1.5kw。但電熱轉換效率最多為1，PTC加熱器的效率已非常接近，因此需要尋找例如熱泵空調等轉化效率突破電熱瓶頸的技術。
二、鋰離子電池冬季電量減少的原因–低溫電化學反應不活躍
低溫下電化學反應不活躍是電池冬季續(xù)航降低的主要原因。鋰離子電池是一種典型的“搖椅電池”，其充電時，鋰離子從正極脫嵌穿越隔膜進入負極，使得負極呈富鋰狀態(tài)，正極呈貧鋰狀態(tài)，同時碳負極通過外電路獲得補償電荷，放電時則相反。環(huán)境溫度過低時，電解液黏度增大甚至部分凝固，使得鋰離子脫嵌運動受阻，電導率降低，最終引起了容量減少。
低溫下使用鋰電池易造成不可逆的容量損傷和潛在危險。鋰離子的溶解性在低溫時會顯著降低，易析出沉積形成鋰晶枝，生長到一定程度時有可能會刺穿隔膜造成電池短路，形成潛在安全風險。且此時電池負極動力學條件較差，固態(tài)電解質界面(SEI)厚度會增加，將不可逆地持續(xù)阻礙離子流動，造成有效容量衰減。
各類正極材料的抗低溫能力均不相同，NCM811電池相對抗凍。研究發(fā)現(xiàn)在-20℃下電池的容量保持率均有下降，總體上NCM與NCA材料抗低溫性能相似，NCM811比NCA稍高，但兩者均明顯優(yōu)于磷酸鐵鋰電池。當前國內的電池向NCM811發(fā)展的趨勢有助于減緩冬季低電量的現(xiàn)象，但仍需要低溫熱管理來讓電池工作在最佳范圍。
