所有的电动汽车都存在冬季续驶里程下降的问题吗?为什么?:电池技术没有突破之前,所以电动汽车都采用锂电池。而锂电池的特点就是容量随着环境温度而改变!电池容
电池技术没有突破之前,所以电动汽车都采用锂电池。而锂电池的特点就是容量随着环境温度而改变!电池容量标定时也是在20度的温度下完成的。只要电池温度低于20度,则锂电池容量就会随着温度降低而降低。所以在北方冬季动辄零下二十多度的天气里,电动车续航缩水一半也是正常的。而另外一种钛酸锂电池可以耐受低温,但是也存在种种缺点:寿命短,循环1-2000次容易胀气,容量密度低,不耐高温等,目前并没有广泛应用在乘用车上。董明珠的银隆汽车所采用的就是钛酸锂电池!
低温不仅影响电池放电 ,对充电也一样会有影响。所以电动汽车在低温充电时都会先对电池加温,电池温度上升以后才开始充电,而锂离子电池充电时锂离子从正极脱离出,然后通过电解液迁移嵌入负极材料,锂离子向负极聚合后六个碳原子俘获一个锂离子,而在低温下,电解液化学反应活性降低,同锂离子迁移变慢,负极表面锂离子还没有嵌入到负极内这时候已经还原为金属锂,而负极表面则会沉淀析出锂枝晶,很容易刺穿隔膜造成电池内短路,会损坏电池,引发火灾等安全事故。
电动汽车冬季还要依靠电力取暖,需要为电池加温、保温,这些都是促使电动汽车冬季续航里程缩短的原因。国产某品牌采用柴油预热器为电池加温,同时提供暖风,效果很理想。但是额外消耗了燃油,不符合节能环保的要求!
2任何汽车冬季都会出现续航里程下降的问题-燃油汽车同样不例外
内容概述:
- 动力电池与温度关系
- 温控系统与电耗关系
- 燃油动力油耗升高原因解析
电动汽车冬季续航里程为何会降低?这个话题讨论到2020年的冬季,基本可以放一放了;因为「电池组预热系统」大幅降低了行驶中的车辆电耗,电池的温控系统要比曾经先进很多,只不过小幅下降仍旧是存在的,这是无非克服的自然现象,与燃油动力汽车油耗升高的原因其实相同。
电池·温度
汽车装备的动力电池主要为两种类型:
- 镍钴锰-三元锂
- 磷酸铁锂电池
所有类型的电池都叫做【化学电源】,因为充电是电流促进的化学反应,放电是反应过程中产生的电流。任何化学反应都有其特殊的温度要求,锂离子电池是在电解液的作用下,在正负极完成嵌入与脱嵌的动作;这种反应需要的理想温度标准平均在25℃左右,此时的放电电压是最理想的标准。
重点:温度过高或过低都会改变电池的放电电压,电压升高则放电容量会加大;说白了就是相同的时速与推重比标准,车辆会变得费电,因为瞬间释放的电流库伦数量夸张了很多。
至于本质基本是温度对极板的三维结构材料的约束能力产生了影响,对于锂离子的传输程度与速率都会变差;而且负极的石墨材料扩散性能降低,锂离子的电荷迁移阻抗会增大。
简而言之,锂离子的数量可以理解为恒定且不断衰减,理想的运行温度标准既不会提升“运行阻力”,也不会加强“运行效率”;但是在温度降低后在锂离子的“阻力变大”且“黏性变弱”,在负极到正极的流动过程中,虽然是以大基数锂离子运动但是还不能产生足够强的电流,迁移阻抗损耗了部分能力。
动力变差且转化效率降低,这就必然会造成以高电耗状态正常驾驶,耗电量的提升显然会然续航里程下降,这与燃油汽车不无二致,那么有没有什么方式可以解决呢?
缓解方式·预热
电池因低温会降低“转化效率”而升高电耗,想要提升效率是不是为其加温即可?
答案正是这样,但是尴尬的问题在于电动汽车装备的可不是内燃式热机,而是不依靠燃烧产生动力的电动机。这种机器在运行中可以做到非常安静,原因为既不用燃烧产生振动,定子转子没有物理接触也没有磨损振动;但同时也不会产生热能而加热防冻冷却液,也就是说没有“废热”可以利用。
燃油汽车的暖空调正是利用运行中必然会达到100℃左右的防冻冷却液加温,那么没有这一系统的电动汽车要怎么办呢?方式只能是通过电加热防冻液,通过溶液流动为电池组加温——电加热的电耗会很高哦。
重点:PTC陶瓷电加热系统是目前电动汽车的通用技术,原理是以电流在通过高电阻导体时,因电子碰撞摩擦产生热能来提升温度。这种加热方式是挺费电,生活中很多常用电器都用电加热技术。
- 空调-电辅热
- 电水壶
- 热得快
- 油汀
- 小太阳等等
如果使用过这些设备的话,对于其耗电量总是有深刻印象的。汽车的电加热模组没有技术层面的区别,所以电耗也是会比较高的;那么在夏季使用空调压缩机的电耗会与燃油车油耗相当,但是冬季依靠电加热而燃油车是“废热利用”,是不是就会凸显出续航里程下降的程度过大了。
不过这种问题虽然存在,但也比不进行温控,直接让电池的性能下降更能有效的控制里程;但如果能有一种方式可以不消耗电池组电能,而是利用电网电量进行预测,问题就能基本解决了,预热系统就是起到这一功能的系统。
在充电过程中电池组的电芯也需要理想的温度标准,否则充电效率会很低甚至无法充电;所以智能温控系统会通过电网电流为防冻冷却液加温,同时可以维持电池组的理想温度。(部分车辆需要通过APP远程控制进行预热)
电热系统最费电的过程是加热的阶段,而达到高温标准后的恒温电耗就会低很多了;而且电池组的硬件保温结构也已经挺不错,行驶中的底盘气流(风冷)只要导流设计合理,温度也不会快速的下降。所以近期的电动汽车低温续航都已经没有曾经那么夸张的衰减了,与燃油汽车下降的程度基本相同。
知识点:燃油汽车的暖空调系统虽然不会增加油耗,但是低温环境中的空气是会增加耗油量的。
因为这种机器装备的是内燃式热机,是依靠燃油燃烧后产生的热能,通过机械结构转化为机械能的发动机;但是热能只有平均35%的比例可以转化为机械能,剩余部分会因冷却、运动、进排气等原因而损耗掉。(转化为其他形态能量·无用功)
其中冷却是比较大的损耗,任何低温物体都会从高温物体中吸收热能;那么在低温的冬季中,运行的内燃机就会被吸收更多的能量,可以转化为动力的部分当然会变少,在冷启动加热机体与防冻冷却液的过程中程度会更大。其实结果说白了就是发动机扭矩会下降,扭矩×转速÷9549×1.36=马力,马力则车速降低;想要提升车速只有依靠拉升转速(做功频率),而每次做功都要消耗燃油,油耗也就自然而然的升高了。
总结:电动汽车不适合温度过高的环境,好在环境温度不会太高所以不用担心,燃油汽车则是温度越高油耗越低。
至于低温则会对所有发动机产生影响,这是无法解决的问题;至于寄希望于电池技术的突破也不现实,除非材料学领域有巨大的突破。不过最现实的问题解决方式是降低电池制造成本,以充足冗余的装机量即可克服续航焦虑的问题,目前也已经通过磷酸铁锂电池做到了。
编辑:天和Auto-汽车科学岛
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目前电动车几乎都使用的锂电池,锂电池都属于化学电池,锂电池放电也是一个化学反应的过程,这个过程的化学原理就是负极通过化学反应析出锂离子,通过电解质运动到正极,在这个过程中会产生电流,而低温会降低电池内的化学反应速度,从而导致电池的实际工作电压降低,电池的可用容量减小,里程就随之下降。
4现在的汽车动力电池都有热管理系统在冬天会给电池加热 降低衰减。
5电池采用的是锂电池,手机采用的也是锂电池。
和我们日常接触最多的锂电池是用于手机。锂电池的特点举几个常见的例子就让人明白:
苹果手机到天冷就直接从50%电关机;
三星手机的爆炸事件;
国产网红手机的“为发烧而生”。
所以锂电池过冷过热都不行。
6不要说什么季节,电池本身就会随着时间慢慢衰退减弱!
7这不是电动车的问题,而是电池的问题。
目前,绝大多数电池都是化学电池。我们所说的电,并不是以电的形式存储在电池中,而是以各种化合物的形式储存在电池里,化合物与电极接触,“依次”通过化学反应来释放电子。为什么说“依次”,就是直接接触电极的化学药品反应完了以后,要通过电极的电势力游走,给下一个化合物释放电子腾出空间,表面看电池都是固态的,其实那是外封装,里面都是液态或膏态,如果气温降低,会严重影响化合物游离的速度,新的化合物接触不到电极,就无法释放电子。如果加防冻剂,可能会与放电的化合物起化学反应,所以电池的防冻性也是个大难题。除非这种化合物能做到分子级,并均匀稀薄地涂抹在电极表面,不需要游离。这种电池就是石墨烯电池,希望能够成功。
8其他品牌的电动车也多采用同类的电池,都是利用电池的电化学反应获取能量,因此都存在低温性能的问题。而目前北汽新能源EX360产品选用了国际公认的最好的,具有较高安全性和低温性能的三元锂电池,同时配备了低温充电预加热功能,以保障客户车辆具有良好的安全性和低温性能。
9都存在。燃油汽车也存在,只不过幅度小的多。
10活儿哥今年一入冬就记录自己的续航变化,然后发现其实冬季前5公里耗电非常高,后面就降下来了。
活儿哥问了工程师,大概总结了四个原因:
1.机械性能:所有机械都适用,就是低温的时候机械阻力大,所以燃油车在冬季也要先热车再开。
2.放电性能:低温的时候,电池的放电量会降低,电池内阻会升高,但这不是衰减,电池放电过程中温度就会升高,放电性能就会恢复。
3.充电性能:这里主要是说在低温情况下,动力回收的电充不进去,所以又少一部分。
4.空调。燃油发动机本身就是热源,电动汽车的空调只能耗电,没办法。
所以现在大家把精力主要集中在电池保温和热泵空调上,这两项技术本身其实是可以省很大一部分电的。