【太平洋汽車網(wǎng) 技術(shù)頻道】春節(jié)前，太平洋汽車網(wǎng)PCauto與皆電GeekNEV同事們開著6臺新能源車跑了一趟“智駕千里”春運(yùn)長途，在廣州與武漢之間跑了一個來回，其中純電車型在南方冬季的通暢高速巡航工況下，真實(shí)續(xù)航大約在NEDC標(biāo)稱續(xù)航值的50-60%之間。

　　若是北方媒體跑純電續(xù)航測試，這個比例會更低一些。因而我們可以發(fā)現(xiàn)，新能源汽車的真實(shí)續(xù)航與外界溫度的相關(guān)性非常強(qiáng)，夏季外界溫度過熱時，動力電池需要降溫，車內(nèi)需要開空調(diào)；冬季外界溫度過低時，動力電池需要加熱，車內(nèi)需要開暖風(fēng)。

　　2021年夏季，筆者寫了一篇關(guān)于電池散熱降溫的文章：

　　今天，我們來看看電池加熱的一些事一些情：

　　當(dāng)前所有新能源車均裝備了鋰離子電池包，包括BEV純電動、PEHV插混、REEV增程、HEV非插混、FCV氫燃料電池，而鋰電池對溫度非常敏感，特別嬌氣，溫度太熱太冷都不爽，它會立刻沒有了理想，不好好充電/放電。

　　一般而言，鋰離子電池的最佳工作溫度在20℃左右，比如MEB平臺的動力電池恒溫就定在23℃。如果電芯溫度因為外界降溫而下降過多，電芯正極材料活性降低，電芯內(nèi)部運(yùn)動的鋰離子數(shù)量下降，正負(fù)極材料中的帶電離子擴(kuò)散運(yùn)動能力變差，電能傳遞速度降低，帶電離子運(yùn)動不順暢，電池充放性能下降。低溫不僅影響充放電的效率，還會因為低溫析鋰生成鋰枝晶，影響電池的循環(huán)壽命甚至讓電池提前報廢。

　　從下圖“SoC-電壓”坐標(biāo)圖可見，極端低溫-30℃與超低溫-20℃下的放電曲線都非常陡峭，-30℃大約只有SoC 20-60%可用，-20℃大約只有SoC 15-80%可用，電壓變化非常大。

　　由于電池充放電的化學(xué)反應(yīng)會發(fā)熱，所以在非極端低溫環(huán)境中，工作了數(shù)十分鐘后的電池，可以依靠自身發(fā)熱來維持溫和舒適的“體溫”?？墒牵滠噯訝顟B(tài)下的動力電池，根本無法依靠自身發(fā)熱來抵抗外界寒冬，這時候我們就要給電池設(shè)計保溫措施。

　　當(dāng)然，我國國土面積實(shí)在太大，天氣預(yù)報三分鐘都報不完的那種，這就給動力電池保溫策略給出了不同的要求，也讓我們形成了“南鐵鋰/北三元”的電池技術(shù)路線格局。上圖那張圖便是磷酸鐵鋰的電壓曲線圖，標(biāo)稱電壓只有3.2V（其他動力鋰電池是3.7V），且鐵鋰非常怕冷。

　　大家可以看看下方的一月平均氣溫分布圖，我國東北、華北、高原地帶毫無疑問是0℃以下低溫，中原地帶能維持在0℃左右，五嶺以南一路向高。

　　在秦嶺淮河線以北的用戶，冬季使用磷酸鐵鋰配方的電動車要遭罪了，Model 3磷酸鐵鋰版的車主們應(yīng)該最有發(fā)言權(quán)，與三元鋰版的冬季續(xù)航差距有點(diǎn)大。

　　秦嶺淮河以北一年僅一熟的地域，冬季氣溫分分鐘往零下攝氏度走，電池包工作自產(chǎn)熱不足以維持正常工作溫度，車企基本都會用以下6種方案來解決低溫難題：

　　簡單來說就是電芯、模組、電池包三個層面的殼體本身，以及配套的隔熱保溫裝置。

　　保溫材料必須考慮很多因素，比如必須是熱的不良導(dǎo)體，必須阻燃，必須絕緣，最好防水防塵還耐受高溫低溫，材料成本也不能太高，最好重量也要輕巧一些……

　　一般電池包內(nèi)部會放氣凝膠來隔熱，而氣凝膠這玩意就比較有趣了，它是世界上密度最低的固體（低至0.003g/cm2），里頭絕大部分都是氣體，基本能隔絕熱傳導(dǎo)，美國宇航局在90年代就愛上這種新材料。Lyriq那個奧特能平臺也宣傳過自家氣凝膠隔熱材料可以擋住600℃熱浪沖擊。

　　云母也是不錯的隔熱材料，嵐圖此前發(fā)布的“云母電池”就用了“云母+氣凝膠”的方案來隔熱。

　　另一種材質(zhì)叫“德耐隆”（Telite），是一種改性發(fā)泡材料，同樣是用來隔熱保溫的，屬于比較新型的材料。

　　在這幾種材料的包裹下，電芯自產(chǎn)熱量就能讓電池維持在比較舒適的問題進(jìn)行充放電。

　　雖然被動保溫材質(zhì)是比較“古老”的方式，但這是動力電池必有的配置，再簡陋的新能源也會有一定的保溫材質(zhì)包裹。除此之外，工程師們還研發(fā)了后文我即將提到電阻/液體/外置熱源系統(tǒng)不工作時，但這些主動式保溫系統(tǒng)并非長時間工作的，當(dāng)溫度充足時自然會斷開供能，此時電池包內(nèi)部依然需要依靠被動保溫材料來控溫。

　　“熱得快”用過吧？就是這玩意。

　　不過傳統(tǒng)“熱得快”非常低成本，沒任何防護(hù)裝置，相當(dāng)于拿在小學(xué)生手上的RPG火箭發(fā)射器。動力電池用的電阻加熱系統(tǒng)一般有兩種，常用的叫PTC熱敏電阻（Positive Temperature Coefficient），是一種電阻隨溫升而激增的半導(dǎo)體電阻（下圖）。

　　另一種是加熱膜，有金屬的或者硅基的，現(xiàn)在還有把導(dǎo)電粒子加入高分子有機(jī)材料里面做加熱膜的。這些薄膜會貼在電芯附近，加熱效果比PTC更加均勻，體積也比較?。ㄖ挥?mm這么?。?。

　　還有一種使用“帕爾貼效應(yīng)”（Peltier effect）的加熱裝置，熱效率更高，但暫時還沒量產(chǎn)。

　　之前有讀者問過，耗電來給電池加熱，續(xù)航不就更低了嗎？

　　問得挺好。前文我們說過電池在超低溫下的充放電性能會降低50%甚至更多，如果我只用5-10%的電量去加熱電池，讓它恢復(fù)30%電量，是不是賺了呢？就是這么個簡單道理，而且加熱系統(tǒng)不需要一直工作的，等溫度差不多了，下半場留給電池工作的自產(chǎn)熱來維持體溫。

　　之前我拍過MEB平臺的溫控裝置，下圖加熱部分使用PTC熱敏電阻（紅框，一大一?。┖涂晒┻x裝的熱泵（藍(lán)框），冷卻部分使用R744空調(diào)壓縮機(jī)裝置（藍(lán)框，同一個）。

　　為什么PTC加熱裝置有兩個呢？大的那個在車廂內(nèi)，給車內(nèi)供暖；小的那個在前艙內(nèi)，給電池供熱。兩個裝置獨(dú)立之后，可以按需加熱，耗能會更低。

　　因為有PTC的存在，即使在-10℃低溫環(huán)境下，1小時也可讓ID.產(chǎn)品充入近80%電量。

　　此前文章我們聊過液體冷卻方案，液體可以帶走熱量（液體冷卻），也可以帶來熱量（液體加熱），因此可以在液冷方案動力電池基礎(chǔ)上改為冷熱兩種溫控系統(tǒng)。

　　液體加熱方案其實(shí)是“PTC+液體循環(huán)系統(tǒng)”的結(jié)合（相當(dāng)于一臺電熱水器），通過PTC加熱包內(nèi)液體，進(jìn)而通過液體循環(huán)把熱量輸送到每一顆電芯上面去。

　　相比單純的PTC加熱方案，“PTC+液體循環(huán)系統(tǒng)”的加熱更加均勻，可以更好地保證電芯的一致性，延緩容量減少的速度，降低熱失控的概率，提升循環(huán)壽命。

　　未來，可能還會有浸入式的液體加熱方案量產(chǎn)，熱傳遞效率會更高。

　　說得有點(diǎn)文縐縐，其實(shí)就是利用一臺內(nèi)燃機(jī)，通過燃燒石化燃料產(chǎn)生熱量為電池包加熱。

　　比較典型的例子就是威馬EX5可供加裝的“極地電加熱系統(tǒng)”，實(shí)則是一臺小型的單缸活塞式內(nèi)燃機(jī)，采用燃效更高的柴油燃料，在-30℃以下的極端低溫溫環(huán)境中非常管用。

　　這套系統(tǒng)的工作流程也是挺簡單的，容量為6L的小油箱裝了柴油，柴油燃燒之后的熱量用來加熱電池液體回路中的液態(tài)介質(zhì)，液態(tài)介質(zhì)加熱電池。如果每天啟動之后需要加熱大約1小時，6L柴油大約夠用1個月多。

　　外置熱源加熱系統(tǒng)的優(yōu)勢是不需要耗費(fèi)電池本身的電量來加熱電池，缺點(diǎn)是造價比較高，不能拆卸，非冬季不使用這套系統(tǒng)時還得一直掛著它走，削減續(xù)航里程。

　　脈沖自加熱系統(tǒng)是最近才量產(chǎn)的，比亞迪和長安都在研發(fā)這種技術(shù)，其中比亞迪將電池模組一對一編排，用電池組1對電池組2充電，然后迅速用電池組2對電池組1充電，快速左右橫跳。

　　因為電芯在低溫狀態(tài)下的內(nèi)阻很大，所以脈沖充電會產(chǎn)生熱量，而且這些熱量就在電芯內(nèi)部，不會有傳遞損耗。

　　長安的脈沖自加熱系統(tǒng)是如何的，暫時沒有資料。

　　熱泵最近幾年在新能源車領(lǐng)域已經(jīng)開始流行起來了，它是利用液體-氣體的相變來換熱的。下圖是 @論科技 畫的圖。

　　外內(nèi)是一個蒸發(fā)器，讓氣體液化放熱；車外是一個冷凝器，讓液體氣化進(jìn)行吸熱；泵是拿來壓縮氣體用的。

　　我在電池冷卻文章里面聊過相變傳熱方式的高效率，這里就不多說了。這里要說的是，基于全球環(huán)保需要，各國逐步禁用R134a作為汽車空調(diào) 制冷劑，主要替代制冷劑為R1234yf 或CO2（R744），CO2在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點(diǎn)比R134a和R1234yf更低，因此在寒冷天氣下制熱效率更高，而且CO2制冷劑最為環(huán)保，完全無毒，后續(xù)使用無需回收。

　　熱泵的效率遠(yuǎn)高于PTC加熱，但熱泵的功率不高，此前筆者就看到過MEB平臺的拆解，講師說極度低溫情況下，熱泵空調(diào)與PTC會一起工作，等溫升充足之后就停掉費(fèi)電的PTC。

　　這節(jié)的最后補(bǔ)充兩句：隔熱與保溫是兩個有較強(qiáng)相關(guān)性的獨(dú)立項目，隔熱是安全方面的必須，隔熱性能越強(qiáng)越好；但保溫不是越強(qiáng)越好，高緯度用戶當(dāng)然希望電池保溫性能拉到滿，但低緯度用戶的電池若是保溫太強(qiáng)了，散熱裝置的性能和成本也要隨之上升，不然在夏季就無法順利排熱。

　　低溫充電時，電池內(nèi)部活性物質(zhì)很慵懶，一般來說只能涓流充電，這時候進(jìn)行大電流充電是很危險的，電控做得不好的新能源車在北方冬季快充時可能有風(fēng)險。

　　但新能源車的電量很珍貴，車輛靜置狀態(tài)下肯定不會一直啟動加熱裝置來維持電池體溫，若突然想出行或者突然接入電網(wǎng)充電，冷車啟動的電池就會遇到超低溫故障問題，輕則電量大減，重則無法啟動或者產(chǎn)生鋰枝晶削減循環(huán)壽命。

　　目前中高端新能源車會配備電池預(yù)加熱功能，在你APP預(yù)約使用車輛的時間之前一點(diǎn)點(diǎn)，先打開電池加熱裝置為其升溫，甚至可以提前打開車艙內(nèi)暖氣。

　　毫無疑問，露天停車場的氣溫是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于地庫內(nèi)部氣溫的。因此，如果你是純電動車車主，可以選擇露天和地庫，請優(yōu)先選擇地庫（地庫停車費(fèi)過高的情況除外）。

　　因為冬季低溫，充電速度不僅很慢，而且電池在超低溫下進(jìn)行充電很容易造成損傷。在地庫下方，不僅氣溫較高，充電速度能夠提升，電池安全性也得到保障。

　　冬季融雪會浸濕充電裝備，在自己不熟悉的公共充電樁上操作，不妨戴一雙塑料絕緣手套（或者可以套在御寒手套外面的超大碼絕緣手套），一方面不會弄臟自己的手或者棉手套，一方面可以做到防觸電。中國的公共設(shè)施保養(yǎng)情況堪憂，有關(guān)部門管理或者盈利機(jī)構(gòu)管理也不力，因此充電樁的日常使用損傷還是挺嚴(yán)重的，就怕絕緣不到位。

　　此外，冬季充電普遍偏慢，而很多公共充電樁都使用了“一樁多線”充電車位。由于“一樁多線”會分走一部分功率，因此充電時，不妨挑一個兩根充電槍都閑置的樁位去充電，這樣子的話充電時間可以縮短一些。

　　電芯出廠的時候就會有一致性的差別，后期會通過電控來平衡。

　　冷卻系統(tǒng)與加熱系統(tǒng)同樣會給電芯帶來后期的一致性問題，無論是氣體、液體、固體傳熱，一條熱傳遞通道里面肯定有最熱的點(diǎn)和最冷的點(diǎn)，這兩個點(diǎn)上面的電芯就會有完全不同的老化速度，過熱/過冷的電芯會老化得特別快，容量掉得更快，后期還會有電壓不足的問題。

　　新能源車都安裝有動力電池，其中BEV純電動車的動力電池最大，沒有其他動力系統(tǒng)，因而最怕冬季低溫，需要消耗自身電量來保溫。

　　PHEV插電混動車（中型電池）、REEV增程式混動車（小型/中型電池）、HEV非插電混動車（小型電池）均搭載內(nèi)燃機(jī)，不需過多考慮冬季低溫。

　　FCV氫燃料電池車也需要保溫，因為動力系統(tǒng)裝在了一塊小型動力電池作為能量中樞，因此也有保溫的難題。

　　低溫放電與低溫充電一樣傷電池，而那些裝載了電加熱系統(tǒng)或外置熱源的純電動車也不能幸免，因為冷車啟動的時候，加熱系統(tǒng)還沒有進(jìn)入狀態(tài)，電池內(nèi)部的溫度依然很低，此時切勿大腳“電門”放飛自我并貿(mào)然表示“連冷啟動都不暢順的汽油車在冬天都是渣渣”。

　　此外，因為冬天行車，車內(nèi)外都需要取暖，外后視鏡加熱、后窗加熱絲、空調(diào)暖風(fēng)、座椅加熱等等部件會耗費(fèi)不少電能，這時候還暴力駕駛，電量消耗速度會遠(yuǎn)超你想象。

　　有不少人用上電動車之后，就不顧任何前提調(diào)校死勁給周遭的人案例電車，這并不唯物辯證。

　　電動車的優(yōu)缺點(diǎn)都太明顯了，以至于需要使用場景特別吻合的人群，才特別適合買電動車，比如年均行駛里程特別長、擁車時間不低于3年、充電條件良好、不暈電車等等。此外，維度中等的用戶，使用電車的樂趣會大大增加，夏天不用開足空調(diào)，冬天不用開足暖氣，續(xù)航不至于那么捉襟見肘。

（文：黃恒樂）