劃重點(diǎn)：
低溫對(duì)鋰離子電池的傷害是全方位的：一來(lái)充電不滿，二來(lái)放電不順，三來(lái)制暖又非常耗電。這一多管齊下，開(kāi)流節(jié)源，電動(dòng)汽車冬季可能導(dǎo)致續(xù)航減半也絕不是很夸張的說(shuō)法了。
購(gòu)車前，建議消費(fèi)者全面認(rèn)知電動(dòng)汽車的冬季續(xù)航問(wèn)題，充分考慮家庭及工作單位的充電基礎(chǔ)設(shè)施情況。
在駕駛電動(dòng)汽車時(shí)，建議消費(fèi)者多使用經(jīng)濟(jì)模式(EOC模式)和高能量回收模式。不推薦消費(fèi)者自行加裝柴油加熱器，工程上會(huì)有不少漏洞。
如果說(shuō)2019年是電動(dòng)汽車普及元年，那么2019年的冬天，就是大部分新能源車主面臨的第一個(gè)嚴(yán)峻考驗(yàn) ——續(xù)航縮水、充電困難、手腳冰涼，不敢開(kāi)制暖。
這不禁引起了車主的困惑：鋰電池都拿2019年的諾貝爾獎(jiǎng)了，為啥我車上的鋰電池還這么不頂用呢？是廠家使用了劣質(zhì)電池？還是鋰電池的本性如此？今天，我們將從鋰電池的原理角度，深入討論這一話題。
電動(dòng)汽車為什么比手機(jī)更怕冷？
關(guān)于“鋰電池怕冷”這一常識(shí)，最大的科普者就是大名鼎鼎的蘋(píng)果手機(jī)：充滿電的iPhone6在寒冷的冬季出門(mén)，沒(méi)幾分鐘就只剩下60%的電量。若路上多耽擱一會(huì)，它直接給你關(guān)機(jī)了，連打個(gè)滴滴的機(jī)會(huì)都不給，苦不堪言。
相比手機(jī)，電動(dòng)汽車更怕冷。通俗地說(shuō)，是由兩個(gè)原因?qū)е碌模阂皇侨伺吕?，二是電池怕冷?/p>
人怕冷，于是就要開(kāi)暖風(fēng)。即便是大家都熟悉的燃油車，夏季開(kāi)空調(diào)油耗也會(huì)大幅上升。而冬季開(kāi)暖風(fēng)，情況會(huì)更加嚴(yán)峻，原因在于：
1、制暖需求量更大：制暖/冷消耗主要由溫差決定，冬季-10℃20℃，制暖需求30℃。夏季35℃25℃，制冷需求也就10℃而已。
2、制暖效率更低：制冷由空調(diào)“電能/動(dòng)能搬運(yùn)熱量”來(lái)實(shí)現(xiàn)，也就是“冷泵”。而制暖通常還是由“電能轉(zhuǎn)化熱量”的PTC來(lái)實(shí)現(xiàn)，效率要低。“電能搬運(yùn)熱量”的“冷泵”應(yīng)用還不普遍。
燃油車的乘客也怕冷啊，為啥沒(méi)覺(jué)得冬天制暖更耗油呢？原因在于，發(fā)動(dòng)機(jī)工作會(huì)產(chǎn)生大量的熱，這些熱量足以家用小轎車使用了。而電動(dòng)汽車呢？工作的時(shí)候電池、電機(jī)都非常地“冷靜”，沒(méi)有余熱可用?。?/p>
如果發(fā)揚(yáng)阿Q精神，咱們也可以換個(gè)角度來(lái)理解：電動(dòng)汽車正是因?yàn)槟芰哭D(zhuǎn)換效率高達(dá)90%以上，比發(fā)動(dòng)機(jī)的20-40%高很多，所以余熱才少、所以才需要消耗額外的制暖能量的！這樣理解是不是舒服多了？呵呵。
至于電池怕冷，大部分人僅有模糊的、感性的認(rèn)識(shí)，而不清楚具體原理，現(xiàn)在我們以通俗易懂的方式來(lái)講解其中的邏輯。
低溫是如何折磨鋰電池的？
鋰離子電池的基本原理（如下圖），我們只理解以下3點(diǎn)就可以了：
1、正極才是鋰離子的家：當(dāng)所有鋰離子均到達(dá)正極，回到家時(shí)，它們就不再想動(dòng)了。也就是，沒(méi)電可放了。
2、強(qiáng)迫鋰離子背井離鄉(xiāng)，就是充電：為了避免成為“死肥宅”，人們就要“充電”。正負(fù)極通電之后，在各種電場(chǎng)力、擴(kuò)散力、電化學(xué)力的作用下，鋰離子們背井離鄉(xiāng)，離開(kāi)正極的家，穿越電解液，來(lái)到負(fù)極暫居下來(lái)。也就是，充滿電了。
3、思鄉(xiāng)心切，期待放電：鋰離子思鄉(xiāng)心切，一旦有機(jī)會(huì)飛奔回正極，回家的過(guò)程中伴隨著巨大的能量釋放，驅(qū)動(dòng)車輛前行。
那么，低溫下的鋰電池，發(fā)生了哪些變化呢？
容量損失：鋰離子 “凍住，不許動(dòng)”。負(fù)極的鋰離子本來(lái)思鄉(xiāng)心切，但低溫下部分鋰離子失去活性(圖中黃色圓圈)，不愿意出門(mén)了。打個(gè)比方，本來(lái)你在銀行有100萬(wàn)元，惹上官司后銀行凍結(jié)了20萬(wàn)元，這部分就不能使用了。若能證明清白(溫度恢復(fù))，凍結(jié)的20萬(wàn)元還能恢復(fù)(電量也能恢復(fù))，不會(huì)憑空消失。
放電損失：電解液固化，“歸家異途”兇險(xiǎn)。溫度正常時(shí)，鋰離子可以順利地穿過(guò)電解液。低溫時(shí)，電解液變得“粘稠”，甚至“結(jié)冰”，鋰離子的歸家異途就變得兇險(xiǎn)了，要費(fèi)不少力氣才能穿過(guò)去。
具體表現(xiàn)就是內(nèi)阻增大（如下圖3種不同狀態(tài)的電芯，在0度以下的時(shí)候內(nèi)阻都顯著增大）本來(lái)一度電能跑5公里的，現(xiàn)在只能跑4公里了。打個(gè)比方，這相當(dāng)于增加了“能量稅”，好好的10萬(wàn)元，只買到了8萬(wàn)元的貨品；一旦花了出去，再恢復(fù)正常溫度，這部分損失的能量也回不來(lái)了。
充電衰減：直觀地理解，負(fù)極材料的晶格就像蜂巢一樣，鋰離子來(lái)了之后可以“嵌入”進(jìn)去，英文叫intercalation。在低溫下，晶格就收縮了，鋰離子“嵌入”變得困難。所以電池管理系統(tǒng)就自覺(jué)地降低充電速度，這就會(huì)導(dǎo)致第二天早上也充不滿，本來(lái)就堪憂的續(xù)航，雪上加霜。
有人說(shuō)，如果我讓BMS在低溫下強(qiáng)行加大電流呢，就不能把鋰離子給強(qiáng)行擠進(jìn)晶格嗎？答案是，可以是可以，但晶格有可能就“擠破”了，這會(huì)造成電池容量的永久性損耗。所以兄弟，心急吃不了熱豆腐，霸王硬上弓是不可取的。
可以看出來(lái)，低溫對(duì)鋰離子電池的傷害是全方位的：一來(lái)充電不滿，二來(lái)放電不順，三來(lái)制暖又非常耗電。這一多管齊下，開(kāi)流節(jié)源，電動(dòng)汽車冬季可能導(dǎo)致續(xù)航減半也絕不是很夸張的說(shuō)法了。
車企采取了哪些措施？
了解鋰電池原理之后，我們得知：并非車企使用了劣質(zhì)電池，而是鋰電池本性如此啊！也許未來(lái)會(huì)有質(zhì)變，但短期來(lái)看鋰電池?zé)o法擺脫低溫的困擾。那我們就可以原諒車企了嗎？非也，盡管無(wú)法從根本上解決這一難題，但車企還是可以采取措施來(lái)緩解 —— 在此，我們盤(pán)點(diǎn)一下國(guó)內(nèi)外造車新勢(shì)力的措施吧！
首先我們要了解下解決問(wèn)題的一項(xiàng)通用措施：熱泵系統(tǒng)。電池怕冷，那是絕對(duì)忍不了的。一般的電加熱叫PTC，聽(tīng)起來(lái)挺高科技的，其實(shí)就是電流通過(guò)電阻，根據(jù)焦耳定律放熱。這種電加熱方法，1度電可以轉(zhuǎn)換成1度熱，效率較低。
有沒(méi)有1度電帶來(lái)更多熱量的方法呢？有的，也就是所謂的“熱泵”，可以簡(jiǎn)單地理解為空調(diào)制冷的反過(guò)程。
理論上來(lái)說(shuō)，熱泵系統(tǒng)可以用1度電帶來(lái)3度熱，制暖效率達(dá)300%。有些家用空調(diào)真的能達(dá)到這種效率，非常節(jié)能。但是，就像發(fā)動(dòng)機(jī)特性一樣，要想達(dá)到如此高的效率，熱泵/空調(diào)需要穩(wěn)定的溫度、濕度、風(fēng)速條件(這些都是影響蒸發(fā)與冷凝的因素)。
居住空間也許能保證溫度、濕度、風(fēng)速條件的相對(duì)穩(wěn)定，但對(duì)于汽車來(lái)說(shuō)，可能一個(gè)都保證不了…… 理論效率300%，實(shí)際效率也就150%。
雖然熱泵不能從根本上解決問(wèn)題，但1度電可以換來(lái)1.5度熱，還是比PTC制暖好得多的。但并不是所有電動(dòng)汽車都配備熱泵系統(tǒng)，較為高檔的電動(dòng)車型上才有。
除熱泵系統(tǒng)外，各車企可謂是“八仙過(guò)海、各顯神通”，我們分別從特斯拉、蔚來(lái)、威馬、小鵬等頭部企業(yè)來(lái)看，它們的應(yīng)對(duì)措施都各具特色。
(特斯拉座椅加熱系統(tǒng))
特斯拉：方向盤(pán)、座椅加熱
除配備熱泵系統(tǒng)外，電動(dòng)汽車領(lǐng)頭羊特斯拉還有獨(dú)特的措施。用一句形象的話比喻，特斯拉會(huì)認(rèn)為：人怕冷，可以忍一忍，“又不是不能用”。特斯拉在方向盤(pán)與座椅設(shè)計(jì)加熱系統(tǒng)，從而保證屁股與手不冷，臉上涼點(diǎn)可以忍。這樣的話，只要不是太冷，就沒(méi)必要開(kāi)車內(nèi)制暖了。
蔚來(lái)汽車：“海底撈式”的無(wú)憂服務(wù)
蔚來(lái)汽車的“一鍵加電”服務(wù)廣受車主好評(píng)。一年前，蔚來(lái)曾把車開(kāi)到海拔5200米的珠峰大本營(yíng)、在G4高速上換電跑長(zhǎng)途，似乎是想向大家闡明一個(gè)道理：燃油車能做到的，我電動(dòng)車一樣能做到，車到山前必有路，有路必有電動(dòng)車。蔚來(lái)為了堅(jiān)持自己的理念，說(shuō)車友想去可以去，他們會(huì)做好后勤保障工作。意思就是想盡辦法也要讓ES8的電池給熱起來(lái)、跑起來(lái)。
蔚來(lái)汽車在技術(shù)上還是做了很多措施的，例如在冬季充電結(jié)束、行程出發(fā)之前，蔚來(lái)汽車會(huì)將電池加熱到較高溫度，從而節(jié)省行程中的制暖耗能。這個(gè)功能非常實(shí)用，原因就是電池較重、熱容也較大，熱乎乎的電池甚至能部分起到給車內(nèi)供暖的作用。
機(jī)智的小鵬汽車：避開(kāi)寒冷區(qū)域
小鵬則“機(jī)靈”很多，絕不勉強(qiáng)、絕不硬剛。
一方面，交付時(shí)間晚一些，盡可能地避開(kāi)第一個(gè)冬天；另一方面，首批的6個(gè)小鵬體驗(yàn)中心，除了首都北京之外，其他5城廣州、深圳、東莞、武漢、杭州全部在長(zhǎng)江以南。這些城市冬天也不咋冷，對(duì)電池性能幾乎沒(méi)有實(shí)質(zhì)性威脅。量產(chǎn)交付一周年之際，小鵬汽車的直營(yíng)店仍然聚焦在長(zhǎng)江以南，而東三省一個(gè)都沒(méi)有。
為小鵬的機(jī)智點(diǎn)個(gè)贊~ 當(dāng)然，這并不是“解決”了低溫問(wèn)題，只是暫時(shí)“回避”了問(wèn)題。小鵬的方法，可謂機(jī)智。
務(wù)實(shí)的威馬：土法子，有奇效
分析來(lái)分析去，就發(fā)現(xiàn)在電池容量有限情況下，只要用電池來(lái)制熱，就沒(méi)法在根本上解決問(wèn)題。那怎么辦呢？為了用其他燃料，我們難道要往車上裝一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)嗎？那豈不是成了混合動(dòng)力汽車了。那簡(jiǎn)單點(diǎn)，裝一個(gè)鍋爐呢？
這可不是開(kāi)玩笑？一位大學(xué)副教授的知識(shí)網(wǎng)友，就曾認(rèn)真分析過(guò)這種方案的可行性。經(jīng)過(guò)各種權(quán)衡與分析后，他得出結(jié)論：整個(gè)系統(tǒng)也不需要多大的體積，也不會(huì)產(chǎn)生太多額外的重量，但卻能非常方便地解決電動(dòng)汽車低溫續(xù)航降低的問(wèn)題。所以我覺(jué)得這個(gè)設(shè)想是有可能實(shí)現(xiàn)的。
威馬EX5可以選裝柴油加熱系統(tǒng)，可以容納6升柴油。若燃燒放熱，大約相當(dāng)于一個(gè)80kWh的電池包完全用來(lái)制熱 ——得益于化石燃料的高能量密度，電動(dòng)汽車制暖就不必再緊緊巴巴的了。
今年冬天一些北京新能源車主為了解決這個(gè)問(wèn)題，也采用了相似的方法：加裝一個(gè)燒油的駐車暖風(fēng)機(jī)。車企用腳股票來(lái)證明了：解決嚴(yán)寒地區(qū)的電動(dòng)汽車用車問(wèn)題，柴油加熱系統(tǒng)可能是可行性最高的方案了。
但如果是用戶自行加裝的柴油加熱器，既不美觀也不安全，很沒(méi)有保障，肯定沒(méi)有出廠安裝的好。出于安全考慮，個(gè)人不推薦自行加裝加熱系統(tǒng)。威馬的方法，可稱之為務(wù)實(shí)。
新能源車主怎么辦？
前面講了鋰電池的原理(電池廠怎么辦)、車企的措施(車企怎么辦)，那么還有另外一個(gè)重要的問(wèn)題：新能源車主怎么辦？在此我們有幾點(diǎn)建議：
購(gòu)車前，建議消費(fèi)者全面認(rèn)知電動(dòng)汽車的冬季續(xù)航問(wèn)題，充分考慮家庭及工作單位的充電基礎(chǔ)設(shè)施情況。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，NEDC續(xù)航500公里的話，北京冬季實(shí)際續(xù)航就保守地按250公里估算；如果家里沒(méi)有固定充電樁，要調(diào)研清楚充電方案再購(gòu)買。換個(gè)角度，如果你有固定充電樁，那冬季續(xù)航降低也不算什么大問(wèn)題了。
用車前，在插著充電樁的時(shí)候，出行前充分預(yù)熱電池與車內(nèi)（若有此功能），會(huì)省下很多電、如果時(shí)間短的話甚至路上都不用制暖！
充電前，如果是在外使用公共充電樁，在到達(dá)充電樁之前充分預(yù)熱電池(若有此功能)。不要節(jié)省這點(diǎn)制暖能量，如果能充分預(yù)熱那充電速度會(huì)更快、能夠更早充滿。
在駕駛電動(dòng)汽車時(shí)，建議空調(diào)采用ECO模式，盡量保持平穩(wěn)行駛，少急加速、少急剎車，多使用經(jīng)濟(jì)模式(EOC模式)和高能量回收模式。冬季白天盡量停在暖房里或溫度適宜的地方。
另外，不推薦消費(fèi)者自行加裝柴油加熱器：盡管它很實(shí)用，但自行加裝的話畢竟不是原廠設(shè)計(jì)，工程上會(huì)有不少漏洞：無(wú)論是加熱器本身、還是排放的尾氣，都有可能導(dǎo)致安全風(fēng)險(xiǎn)。與其加裝，不如從用車角度優(yōu)化。
總的來(lái)說(shuō)，鋰電池本性“怕冷”，要想解決電動(dòng)汽車的過(guò)冬難題，需要汽車企業(yè)、電池企業(yè)、充電基礎(chǔ)設(shè)施與車主的多方努力。對(duì)于消費(fèi)者，理性購(gòu)車、合理用車、謹(jǐn)慎改車才是考慮核心。
