为什么冬季电动车续航会缩减，冬季电动车续航缩减多少呢、
来源：宝鄂实业
2019-04-10 12:03
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百万新车迎来冬季续航考验，低温热管理大有可为。
2018年全年全国完成新能源乘用车销售100.8万辆，同比增长89%;2019年1-2月完成销售14.3万辆，同比增长134%。但新能源车在冬季，尤其在高寒的东北地区电动汽车实际续航里程已经出现明显下降，对用户使用造成了严重影响。以几款典型新能源汽车为例，一些冬季道路试验显示这些车型的平均续航里程下滑24%，测试包含的钴酸锂、三元锂与磷酸铁锂均未出现明显的抗低温优势。
由于去年夏季的40多起电池自燃事件，众多厂商已开始重视高温热管理，而低温热管理潜力则仍有待开发，仅有少数厂家为电池配备了电加热系统。冬季续航是整车厂商乘用体验的核心指标，电池的低温性能则是电池厂商的核心竞争力，我们认为每一次冬季低续航的阵痛都将促进厂商加速低温热管理的渗透，未来市场潜力巨大。
电池实验表明温度越低，电池可用容量越低。以松下NCR18650A为例，在电池实验中-10℃下电池容量相比25℃将下降约20%，且平均电压远低于常温下，电池对外做功能力明显衰减。而以某磷酸铁锂电池为例，-15℃下电池内阻是15℃下的4-5倍，表征电解液导电能力下降严重。
冬季车内加热设备的使用加大续航损耗。
目前PTC加热器是电动汽车暖风空调的主要热源，相比于电热丝加热能量转化效率已从70%上升至98%，但将高品位的电能直接转化为低品位的热能，能量浪费依然巨大。蔚来汽车为ES8配备了前5.5kw后3.7kw等2个PTC加热器，即在始终开启的状态下仅暖风空调每小时将消耗近50公里续航，如果再考虑电池本身的劣化，355公里的续航只能完成一半。
理论测算加热功耗严重制约续航里程。以当前主流的300km配备35kwh电池的车型为例，可获得加热功耗与里程关系曲线，若要保证75%的续航保持率，车内平均加热功耗需要控制于1-1.5kw。但电热转换效率最多为1，PTC加热器的效率已非常接近，因此需要寻找例如热泵空调等转化效率突破电热瓶颈的技术。
二、锂离子电池冬季电量减少的原因–低温电化学反应不活跃
低温下电化学反应不活跃是电池冬季续航降低的主要原因。锂离子电池是一种典型的“摇椅电池”，其充电时，锂离子从正极脱嵌穿越隔膜进入负极，使得负极呈富锂状态，正极呈贫锂状态，同时碳负极通过外电路获得补偿电荷，放电时则相反。环境温度过低时，电解液黏度增大甚至部分凝固，使得锂离子脱嵌运动受阻，电导率降低，最终引起了容量减少。
低温下使用锂电池易造成不可逆的容量损伤和潜在危险。锂离子的溶解性在低温时会显著降低，易析出沉积形成锂晶枝，生长到一定程度时有可能会刺穿隔膜造成电池短路，形成潜在安全风险。且此时电池负极动力学条件较差，固态电解质界面(SEI)厚度会增加，将不可逆地持续阻碍离子流动，造成有效容量衰减。
各类正极材料的抗低温能力均不相同，NCM811电池相对抗冻。研究发现在-20℃下电池的容量保持率均有下降，总体上NCM与NCA材料抗低温性能相似，NCM811比NCA稍高，但两者均明显优于磷酸铁锂电池。当前国内的电池向NCM811发展的趋势有助于减缓冬季低电量的现象，但仍需要低温热管理来让电池工作在最佳范围。
三、低温续航下方案–高效热管理
耐低温电池的研发是解决冬季续航下降较为根本的办法，主要方向有改性电解液与全天候电池，但当前仍在实验阶段。
采用混合锂盐、溶剂与添加剂获得综合性能较强的低温电解液是获得低温锂电池的重要手段。电解液是电池抗低温能力最重要的因素之一，当前研究表明将不同的锂盐、溶剂与添加剂这三种组分按特定比例混合可以达到综合最优的效果。例如在溶剂方面，传统溶剂EC介电常数高、成膜性好，但因其熔点高、黏度大，而低熔点(-48℃)的PC溶剂可有效地避免电解液体系在低温下发生凝固，调整两者配比可降低体系粘度，获得综合两者优点的抗低温溶剂。
全天候电池是未来电池的可选项。在2016年美国ECPower公司和宾夕法尼亚州立大学的华人团队就已经研发出可在低温条件下使用的锂离子电池，通过在内部加入电热镍箔经过电路设计实现低温自动加热，可在25秒内将电池温度从-20℃升至0℃并维持稳定。这种全气候电池为方形，添加成本每千瓦时少于1元，附加重量不超越1.5%，-20℃下的容量衰减仅为普通电池的一半。宝马18年1月宣布与ECPower签订专利协议，极有可能将该项技术应用于未来的宝马纯电动车型。我们认为带自加热功能的全天候电池是未来的可选项之一，但可靠性、加热耗电量与电路控制仍是需要解决的问题。
2018年全年全国完成新能源乘用车销售100.8万辆，同比增长89%;2019年1-2月完成销售14.3万辆，同比增长134%。但新能源车在冬季，尤其在高寒的东北地区电动汽车实际续航里程已经出现明显下降，对用户使用造成了严重影响。以几款典型新能源汽车为例，一些冬季道路试验显示这些车型的平均续航里程下滑24%，测试包含的钴酸锂、三元锂与磷酸铁锂均未出现明显的抗低温优势。
由于去年夏季的40多起电池自燃事件，众多厂商已开始重视高温热管理，而低温热管理潜力则仍有待开发，仅有少数厂家为电池配备了电加热系统。冬季续航是整车厂商乘用体验的核心指标，电池的低温性能则是电池厂商的核心竞争力，我们认为每一次冬季低续航的阵痛都将促进厂商加速低温热管理的渗透，未来市场潜力巨大。
电池实验表明温度越低，电池可用容量越低。以松下NCR18650A为例，在电池实验中-10℃下电池容量相比25℃将下降约20%，且平均电压远低于常温下，电池对外做功能力明显衰减。而以某磷酸铁锂电池为例，-15℃下电池内阻是15℃下的4-5倍，表征电解液导电能力下降严重。
冬季车内加热设备的使用加大续航损耗。
目前PTC加热器是电动汽车暖风空调的主要热源，相比于电热丝加热能量转化效率已从70%上升至98%，但将高品位的电能直接转化为低品位的热能，能量浪费依然巨大。蔚来汽车为ES8配备了前5.5kw后3.7kw等2个PTC加热器，即在始终开启的状态下仅暖风空调每小时将消耗近50公里续航，如果再考虑电池本身的劣化，355公里的续航只能完成一半。
理论测算加热功耗严重制约续航里程。以当前主流的300km配备35kwh电池的车型为例，可获得加热功耗与里程关系曲线，若要保证75%的续航保持率，车内平均加热功耗需要控制于1-1.5kw。但电热转换效率最多为1，PTC加热器的效率已非常接近，因此需要寻找例如热泵空调等转化效率突破电热瓶颈的技术。
二、锂离子电池冬季电量减少的原因–低温电化学反应不活跃
低温下电化学反应不活跃是电池冬季续航降低的主要原因。锂离子电池是一种典型的“摇椅电池”，其充电时，锂离子从正极脱嵌穿越隔膜进入负极，使得负极呈富锂状态，正极呈贫锂状态，同时碳负极通过外电路获得补偿电荷，放电时则相反。环境温度过低时，电解液黏度增大甚至部分凝固，使得锂离子脱嵌运动受阻，电导率降低，最终引起了容量减少。
低温下使用锂电池易造成不可逆的容量损伤和潜在危险。锂离子的溶解性在低温时会显著降低，易析出沉积形成锂晶枝，生长到一定程度时有可能会刺穿隔膜造成电池短路，形成潜在安全风险。且此时电池负极动力学条件较差，固态电解质界面(SEI)厚度会增加，将不可逆地持续阻碍离子流动，造成有效容量衰减。
各类正极材料的抗低温能力均不相同，NCM811电池相对抗冻。研究发现在-20℃下电池的容量保持率均有下降，总体上NCM与NCA材料抗低温性能相似，NCM811比NCA稍高，但两者均明显优于磷酸铁锂电池。当前国内的电池向NCM811发展的趋势有助于减缓冬季低电量的现象，但仍需要低温热管理来让电池工作在最佳范围。
三、低温续航下方案–高效热管理
耐低温电池的研发是解决冬季续航下降较为根本的办法，主要方向有改性电解液与全天候电池，但当前仍在实验阶段。
采用混合锂盐、溶剂与添加剂获得综合性能较强的低温电解液是获得低温锂电池的重要手段。电解液是电池抗低温能力最重要的因素之一，当前研究表明将不同的锂盐、溶剂与添加剂这三种组分按特定比例混合可以达到综合最优的效果。例如在溶剂方面，传统溶剂EC介电常数高、成膜性好，但因其熔点高、黏度大，而低熔点(-48℃)的PC溶剂可有效地避免电解液体系在低温下发生凝固，调整两者配比可降低体系粘度，获得综合两者优点的抗低温溶剂。
全天候电池是未来电池的可选项。在2016年美国ECPower公司和宾夕法尼亚州立大学的华人团队就已经研发出可在低温条件下使用的锂离子电池，通过在内部加入电热镍箔经过电路设计实现低温自动加热，可在25秒内将电池温度从-20℃升至0℃并维持稳定。这种全气候电池为方形，添加成本每千瓦时少于1元，附加重量不超越1.5%，-20℃下的容量衰减仅为普通电池的一半。宝马18年1月宣布与ECPower签订专利协议，极有可能将该项技术应用于未来的宝马纯电动车型。我们认为带自加热功能的全天候电池是未来的可选项之一，但可靠性、加热耗电量与电路控制仍是需要解决的问题。
