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新能源汽车冬季续航难题全球求解

来源:经济参考报2021-01-22 09:33

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  新能源汽车过冬难调查

  编者的话

  中国新能源汽车产业在高速发展过程中暴露出来的“阿喀琉斯之踵”不容忽视,而这个只在冬季出现的“魔咒”事实上已经影响到了中国新能源汽车市场的消费信心。

  与燃油车相比,新能源汽车在寒冷冬季续航里程锐减仍是“硬伤”,消费者无法摆脱的“里程焦虑”令新能源汽车的使用体验大大降低,从而危及产业发展前景。而在其背后,还折射出新能源汽车产业在电池技术方向、配套设施建设、车企研发能力等方方面面存在的问题。

  “信心比黄金更重要。”在当下这个时点,中国新能源汽车换道超车已取得先发优势,并成为全球最大的新能源汽车市场,加上优越的新能源汽车产业政策环境,令中国集聚了几乎所有产业发展热点。如果此时被绊倒在冬天这个“坎”上,在竞争对手迎头赶上之时,或将面临被赶超而痛失“先手”。不过,从另一个角度来看,只有发现问题并解决问题,复杂的运行环境、丰富的应用场景恰恰可以成为汽车产业创新的动能,并且能够带动上下游产业链、汽车后市场,甚至整个汽车产业生态实现技术的全面创新。

  冬季续航里程衰减一直是新能源汽车行业的世界性难题,它指向了现有电动汽车的技术瓶颈,而哪一家车企能够在这一环节通过创新研发解决问题,就有可能成为新能源汽车领域下一个十年的领军者。

  电动汽车遭遇过冬难题

  尽管拥有经济环保、不限行不限号且更易上牌等诸多优点,但电动汽车的冬季续航里程衰减问题却让众多车主感到焦虑。

  “今年的冬天似乎比往年更冷一些。”这是张先生对今年北京冬天的直观感受,带给他寒意的不只是天气,还有他刚买了半年多的电动汽车。近段时间,北京白天的气温基本都在0℃上下,让他这辆原本NEDC(欧洲续航测试标准)续航里程为430公里的车只能跑250公里左右。

  与张先生的境遇相似,来自山东枣庄的秦先生同样深受电动汽车低温下里程衰减的困扰。秦先生接触新能源汽车的时间比较长,早在2017年就购置了一辆电动汽车。不过,在经历了几次半路断电抛锚的事故后,秦先生如今不得不又重新购买了一辆燃油车。他说:“电动汽车续航里程受气温影响太大,更烦人的是,一到冬天,电量变化、续航里程变化也变得不规律,让人没法根据电量来安排具体的行程。”

  相比私家车车主,驾驶电动汽车的出租车司机则更加“崩溃”。一名自称姓李的北京出租车司机说:“我的这辆电动出租车综合工况下的续航里程能达到300公里,但到了冬天,续航里程只有130公里,几乎缩减了一半以上。”

  不少开电动汽车的出租车司机反映,随着气温下降,车的续航里程缩水严重,开不了几圈就得找地方充电,导致大家“趴活”时都不太舍得开空调,也不敢接送远距离的乘客。

  在业界看来,虽然近年来新能源汽车产业得到了长足发展,但冬季续航里程缩水一直是困扰行业的普遍难题。

  北汽新能源研究院副院长代康伟表示,动力电池容量随温度变化的特性是造成电动汽车在冬天续航里程下降的原因之一。

  有数据显示,普通锂电池在0℃时,其容量会减少20%;气温达到零下10℃时,容量可能只有一半左右。从技术的角度来看,动力电池是通过锂离子在电解液中转移和在正负极中嵌入、脱嵌来实现充放电,低温状态下,电池正负极材料活性和内部电解液导电能力下降,内阻增大,工作电流随之变小,对外表现为动力电池可用容量衰减,导致续航里程“打折”。

  与此同时,电动汽车冬季续航里程的下降还与空调使用有关,这也是众多电动车主“不敢开空调”的原因。代康伟解释说,燃油车空调系统的热源来自发动机余热,但电动汽车没有发动机,所有的加热都需要动力电池这一加热源,因此,使用空调也成为电动汽车冬季续航下降的一个重要因素。

  车企攻关技术“天花板”

  显然,续航里程的严重衰减已成了电动汽车冬季使用的最大痛点。为打破这一“魔咒”,各大车企开始“八仙过海,各显神通”。

  据了解,无论是三元锂电池,还是磷酸铁锂电池,在低温下都出现续航里程缩短,这是由电化学的性质和材料物理特性决定的,一直是世界性难题。尽管如此,新能源车企并非束手无策。

  特斯拉的技术人员称,与大多数电动汽车采用NEDC续航里程不同,特斯拉表显的是EPA(美国续航测试标准)续航里程,且会根据车主的驾驶和充电习惯等因素动态调整。因此,特斯拉的续航里程更接近真实使用情况,从而降低了车主对车辆实际续航里程预期的偏差。另外,特斯拉也提供了一整套基于电池热控制的电池管理系统,能确保电池在低温环境下的稳定和恒温,进而保障电池性能。不仅如此,特斯拉还在新款Model 3和Model Y车型上搭载了热泵空调,通过吸收空气中的热量来维持车内温度,以达到省电的目的。

  为了提升加热速率,北汽新能源采用了两项黑科技:一是超低温冷启动,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;二是全气候电池,该技术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。

  小鹏汽车相关负责人则从当前实际应用角度给出了解决方法:“若想要减少行驶能耗,可在开车之前通过手机App提前开启暖气功能加热座舱气温,行驶期间适当关闭空调暖风功能以降低能耗。”

  而在威马汽车的工程师看来,如果只是把冬季续航里程衰减的“锅”甩给锂电池是不公平的,因为还涉及电池包的设计。为此,威马的电动汽车都装配有温控系统,它能将电池的工作温度维持在10℃以上,容量几乎不会衰减。

  综合来看,目前多数车企都是采取保温设计、电池加热、空调系统优化、能量回收等方式来提升低温工况下的续航里程,也有一些企业通过对电池材料的调整来改善其低温性能和导电性能。

  不过,有专家指出,这些方法都存在一定的技术“天花板”,比如通过加热给电池提供合适的工作温度,确实能解决电池寿命降低的问题,但对保证续航里程却收效甚微;虽然利用热泵空调给驾驶室加热的效率比电阻加热好,但对外界空气的依赖程度较高;全气候电池有效提升了电池在低温状态下的性能,然而其安全性和稳定性还有待进一步验证,大规模商业化应用还需时日。

  北京理工大学能源与环境政策研究中心张祥教授说,受限于目前的技术,电动汽车续航里程在极端天气下缩减严重的问题,短期内难以改变。

  在技术赛道上仍需加油

  当下,电动汽车冬季续航缩水的现象已经引起了有关部门的重视。前不久,工业和信息化部副部长辛国斌就此与整车和动力电池企业、高校、研究机构等近30名代表进行了交流讨论。辛国斌表示,整车和电池企业要加强技术攻关,提升电动汽车低温行驶性能,改善用户体验,高校和研究机构要加强基础共性技术研究,为产业发展提供有力支撑。

  而在2021年1月16日下午举行的第七届中国电动汽车百人会论坛(2021)上,科学技术部部长王志刚同样强调,电动汽车冬季性能受限、大功率燃料电池缺乏等核心技术瓶颈问题,严重影响了我国新能源汽车产品的竞争力和产业发展。

  事实上,除芯片外,新能源汽车产业的竞争本质上是电池技术的竞争。正是基于此,一些厂商围绕电池技术打起了“宣传战”。

  2021年1月9日,蔚来发布了搭载150kWh电池的新车型ET7,续航里程可以突破1000公里,但量产需要等到2022年第四季度。据蔚来联合创始人、总裁秦力洪介绍,这款电池利用了最新的固态电池技术,能量密度可达到360Wh/kg。

  在蔚来发布ET7后没多久,上汽乘用车也正式发布了高端品牌智己汽车,其搭载的超级电池首次采用了“掺硅补锂”技术,拥有300Wh/kg的电池单体能量密度。另外,智己汽车还宣称,电池可实现20万公里零衰减(NEDC),最大续航里程超过1000公里。

  2021年1月15日,广汽埃安更是突然宣布,其最新研发的石墨烯基超级快充电池让充电像加油一样便捷,可在8分钟充满80%的电量,且NEDC续航里程同样达到了1000公里,并强调搭载这款电池的车型今年就能量产。

  对此,在第七届中国电动汽车百人会论坛(2021)上,中国科学院院士欧阳明高直言:“如果有人说,他的车既能跑1000公里,又能几分钟充完电,还特别安全,且成本还非常低,那大家不用相信,因为这在目前是不可能同时达到的。”

  欧阳明高表示,近年来我国动力电池领域的技术创新非常活跃,电池材料研究也处于国际先进行列,但电池材料创新是厚积薄发的过程,需要长时间的努力。

  业界认为,冬季续航里程衰减现象指向了现有电动汽车在技术上遇到的瓶颈,这需要我国新能源车企能充分利用现有政策和资本的加持,在技术赛道上不断加油,通过自主研发的新技术来提升新能源汽车的综合性能。(傅勇)

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