溫度對電池，到底有什么影響？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-06 17:26
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絕大多數(shù)電動汽車的用戶都非常關心的問題：在當前氣溫下我的車還能跑多遠？很有意思的是我們在駕駛燃油車的時候這個問題會變成：我的車還能跑多遠？
生活的經(jīng)驗告訴我們，氣溫對于電動汽車的續(xù)航里程影響極大，大到我們潛意識里面都要將氣溫和續(xù)航里程掛鉤。那這個影響到底是怎么來的呢？氣溫影響的僅僅是電動汽車的續(xù)航里程嗎？本文將一一揭開電動汽車與氣溫的聯(lián)系。
溫度對電動汽車的影響，主要體現(xiàn)在續(xù)航的影響和動力性能的影響。
在此基礎上，我們再往下細分受溫度影響的根因，可以分為對零部件本身性能的影響以及能耗需求變化帶來的影響。以下是這個變化關系的全景圖：
溫度對電池系統(tǒng)的影響
電池，特別是現(xiàn)在大規(guī)模使用的鋰離子電池，在日常生活中遇到的-30℃到45℃氣溫范圍內(nèi)有著非常明顯的性能變化。這個性能變化，主要分為可用電量的變化以及充放電性能的變化。
可用電量的變化
隨著溫度的降低，鋰電池放電性能顯著下降（來自井岡山大學學報）
從上圖的曲線中可以看出，常溫20℃下以0.5C倍率放電可以持續(xù)放約2100s（統(tǒng)一以1V作為截至電壓），而低溫-20℃下只能放持續(xù)約900s。這幾個溫度點下電池容量統(tǒng)計如下：
從這個表格中可以看出，這款電池在-20℃時的容量，只有常溫20℃條件下的43%，這就意味著這輛車的續(xù)航只剩下不到一半了！
這只是理論值，因為實際電池使用過程中總是會發(fā)熱，讓自己的溫度逐漸上升，最終續(xù)航打折沒這么夸張，但是打個6或7折還是很正常的。加上電動汽車本來就很捉襟見肘的續(xù)航，低溫就成了人們討論電動汽車續(xù)航時無法繞開的話題。
充放電性能的變化
溫度對電池充放電性能有巨大的影響，低溫情況下電池活性下降，充電速度大大下降，充電時間延長；放電性能也會下降，加速無力。溫度過高又要防止電池出現(xiàn)安全問題不得不限制電池充放電功率。
電動汽車所用的三元鋰離子電池通常的可使用溫度區(qū)間是-30℃~55℃，但真正能達到最高充放電性能的可能只有窄窄的25℃~45℃這一區(qū)間。
低溫下電池允許的充電電流非常小，某電池在常溫25℃條件下可以反復進行3C充電，也就是20分鐘可充滿，長期這樣快充也可以有1000次以上的循環(huán)壽命。然而在-20℃的時候只能進行0.06C充電，也就是16個小時以上才能充滿，超過這個充電倍率還有可能會導致【電池析鋰】，析鋰導致的內(nèi)短路有很大的起火風險，是電池安全需要重點考慮的問題之一。
與此同時，析鋰會導致電池循環(huán)壽命急劇衰減到幾十次，也就是一萬公里左右電池就可能出現(xiàn)問題需要更換。
可刺破隔膜造成短路的鋰枝晶
事實上，很多電動汽車由于擔心低溫充電對電池的損害以及安全風險，在溫度低于0℃時并不允許充電。
為了實現(xiàn)在氣溫低于0℃條件下還允許客戶充電，絕大多數(shù)電動汽車都配備了電池加熱功能。在車主插入充電槍時首先給電池加熱，讓電池溫度高于0℃再開始充電。
高溫也是鋰電池的殺手，長期工作在45℃以上的高溫環(huán)境中會使得電池容量快速衰減，其循環(huán)壽命是常溫下的1/2左右。
高溫下電池容量急劇衰減
此外，高溫還會帶來安全問題。
目前大多數(shù)電池管理系統(tǒng)都會控制電池溫度不要超過60℃，這是因為電池內(nèi)部很多材料及活性物質(zhì)在高溫下容易分解，一旦分解后就會加速反應，基本上就會演變?yōu)槠鸹?，無法挽回，也就是我們常說的“熱失控”。
為了維持電池溫度不會過高，只有兩種辦法：限制充放電電流以及強制冷卻。限制充放電電流會使得用戶體驗下降，而強制冷卻一般要通過空調(diào)或其他部件實現(xiàn)，造成能耗增加，續(xù)航里程下降。
溫度對空調(diào)系統(tǒng)的影響
我們首先從電動汽車的架構說起，電動汽車主要有儲能/驅(qū)動/充電三大部件，也就是我們常說的“三電”系統(tǒng)。除此之外電動汽車還有一個分布在各處的【熱管理系統(tǒng)】，充當著后勤保障的角色。
傳統(tǒng)燃油車：空調(diào)系統(tǒng)比較單純，就是給乘員艙調(diào)節(jié)溫度的，車上只有人對于溫度非常敏感，專心伺候好人就可以。而且空調(diào)結構也比較簡單，發(fā)動機可以驅(qū)動空調(diào)壓縮機制冷，整個空調(diào)功率約1.5kW。乘員艙想要熱風直接從發(fā)動機艙取暖就行，反正發(fā)動機那么多熱量，不用白不用，制暖時空調(diào)幾乎不用消耗額外功率。
電動汽車：情況完全不同。除了要伺候人之外又要伺候電池，都是對溫度極其敏感的“貴族”。而電池巨大的體積和重量（300~500kg）使得電池不論是加熱和冷卻過程都特別慢。
最要命的是，低溫的時候電池也要加熱，但電動汽車沒有了燃油車發(fā)動機這樣一個暖寶寶了，電機本身效率又高，也沒有多余的費熱。
為此，電動汽車上會增加【電加熱片】，簡單直接。電在電阻上轉換為熱做工，加熱功率5kW就消耗5kW的電。即便是這樣，想要在-20℃條件下把電池加熱到允許充電的0℃以上也需要將近1個小時的時間。這樣一段加熱消耗的能量是5kWh，換算到續(xù)航里程也有接近30km了。
典型電動汽車空調(diào)系統(tǒng)（含制冷和加熱）
低溫下如果不充電是不是就不需要加熱呢？當然不是。之前我們說過，低溫下電池的放電性能也會急劇下降，-20℃下電池允許輸出的功率低得令人發(fā)指，常溫下0-100km/h可以跑進5s的“超跑”在-20℃條件下可能會變成10s以上的“老頭樂”，這樣的反差是很多用戶無法接受的，所以即使不充電也還是需要給電池加熱。這也會帶來續(xù)航能力的損失。
高低溫下電池放電性能均被大幅限制
總結
從以上的分析我們可以看出，溫度對電動汽車的影響是全方面的。
溫度發(fā)生變化時電動汽車的續(xù)航，駕駛感受，充電時間都有極大的變化。這樣的影響是電動汽車自身結構決定的，目前也有越來越多高效的創(chuàng)新技術應用于電動汽車，逐步減輕溫度對電動汽車的影響。
