钜大LARGE | 点击量：855次 | 2021年06月11日
如何迈过寒冬这个坎 北汽新能源：研发电池“抗冻”黑科技
为什么低温会成为新能源汽车续航里程“杀手”？冬季“魔咒”是否成为新能源汽车行业发展的“拦路虎”？现有技术能否缓解新能源车主的“里程焦虑”？为回应社会关切，《经济参考报·汽车特刊》记者多路出击，连线行业各方，求解新能源汽车过冬难题的深层原因及其对策。
北汽新能源：研发电池“抗冻”黑科技
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。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
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”
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
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。（记者闫磊）
威马汽车：冬季续航保障服务加力
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。（记者傅勇）
力神电池：技术创新迎解低温难题
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。
