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电动汽车都存在冬季续驶里程下降的问题吗

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:

  1. 动力电池与温度关系
  2. 温控系统与电耗关系
  3. 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。

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