電動汽車開到一半就沒電，踩下油門也沒勁兒，為了省電不敢開暖風，車主裹著羽絨服在車里依然瑟瑟發抖……近期，全國氣溫驟降，電動汽車車主們也經歷了由電動車電池帶來的種種“苦難”。事實上，電池在低溫下的續航折損一直都是車主們冬日里最擔心的問題。在低溫環境下，如何解決續航難題是電動汽車領域未來重要的攻關方向之一。
低溫掉電現象頻發
“天冷為省電不敢開暖風，電動汽車出租車司機放毛毯于后座供乘客御寒”“電動汽車車主上班路上瘋狂找充電樁補電”……一直以來，低溫掉電都是電動汽車在冬季逃不過的“劫難”，電動汽車續航難問題在低溫天氣下屢次引發熱議。為什么一到冬天，平時一路暢通的電動汽車就出現了“癱瘓”現象，電池掉電如此嚴重?
記者通過采訪了解到，電動汽車電池在低溫下出現性能衰減問題，主要與鋰離子電池的特性有關。目前，市面上在售的電動車電池技術主要分為兩種，分別為三元聚合物鋰電池以及磷酸鐵鋰電池。在低溫環境下，電動汽車的鋰離子電池會受溫度影響，出現性能衰減問題，具體表現為低溫環境下電池電量驟減，續航能力大幅縮水。
欣旺達電池系統研究院院長陳斌斌向《中國電子報》記者解釋道，低溫環境會使得鋰離子電池內部活性物質的活性降低，由此導致電池的內阻升高，這必然會降低電池的功率輸出和充電能力。過低的電池功率能力無法滿足駕駛的需要，所以在不考慮加熱能耗的情況下，電池的續航里程也就下降了。
電動汽車電池遇冷后會出現“乏力”現象已是客觀事實，因此很多產品都被開發出來，以更好地為電池保溫。據了解，市面上大多數電動車產品都會設計電池保溫功能。以大家熟知的“電池保護者”——BMS系統為例，當電池工作溫度過低時，電池管理系統(BMS)會將一部分電力轉化為熱能，為整個電池組進行加熱。賽迪智庫電子信息研究所副所長余雪松告訴記者，BMS系統主要采取熱管理系統，用電加熱、外部能源加熱兩種模式為電池保溫。
“在具備相應功能的前提下，BMS系統可以啟動電池加熱功能，用一部分能量來提高電池的溫度，以改善電池的功率性能。”陳斌斌也談道。
顯而易見，在為電動車電池保溫這一點上，BMS系統還存在不完善之處。余雪松指出，BMS系統的最大問題體現在兩方面。一是系統在電加熱模式下，加熱過程需要消耗動力電池的電量;二是系統的算法模型有待提升。目前系統對動力電池的衰減速度預估不準確，使預期續航里程遠低于實際行駛里程，導致部分消費者使用新能源汽車時出現“趴窩”現象。
業界聚焦低溫電池研發
雖然BMS系統在為電池保溫方面還存在一定問題，但低溫條件下電池性能的衰減不應完全歸咎于BMS系統。陳斌斌認為，低溫環境下電池的不佳表現與電動汽車整個系統的設計理念有著極強關聯。他表示，低溫條件下，整車除了電池能放出來的能量減少以外，轎廂、座椅、電池等加熱能耗也大幅增加，這占用了部分功率，也加重了電池的負擔，所以低溫下電動汽車很容易“癱瘓”。
那么低溫環境下，該如何解決電動汽車電池電量衰減、續航能力大幅下降的痛點?對此，相關企業、高校和研究機構做出了很多努力，并取得了相應進展。
余雪松表示，為解決低溫下電池性能衰減問題，多數企業同時采取了兩方面措施。一方面是增加熱管理系統，通過電加熱、外部能源加熱方式為動力電池加熱，以提高電池活性。
大部分企業采用了電加熱方式，如特斯拉Model S、Model X和Model 3使用了電阻絲供暖管理系統，而最新上市的Model Y則采用了熱泵供暖管理系統。余雪松表示，這種方式簡單，操作方便，但耗電量大。相比之下，以威馬為代表的企業則采用了柴油加熱方式，這種方式需要額外增加柴油加熱系統，占用空間，需補充柴油，操作較為繁瑣。
在增加熱管理系統的同時，企業采取的另一種措施是優化算法。優化電池管理系統，對電池電量的動態進行精準監測，能夠更好地控制加溫手段，以提高里程預測的精確程度。
高校、科研機構和部分企業則更多地將目光放在了低溫電池的研發上，就低溫條件下，如何提升電池性能得出了一些研發結論。余雪松介紹，在材料改性方面，可通過多種手段優化正負極材料，改善導電性，以提高低溫條件下鋰離子電池的脫嵌能力;在開發低溫電解液體系方面，可采取“添加劑”方式;在電芯設計方面，可設計出全天候電芯，即在電芯中增加自加熱功能。“但需要注意的是，添加自加熱功能同樣會消耗電芯的電量，因此具備該功能的產品目前尚未得到大規模應用。” 余雪松說。
值得一提的是，目前，寧德時代已將“材料改性”作為提升電池性能的研發重點之一。寧德時代公布的鋰離子電池包專利對正負極材料進行了創新改進，使這種鋰離子電池在低溫低SOC條件下的功率、工作能量效率、低溫容量和能量保持率等關鍵性能得到了顯著提高。
核心技術攻關迫在眉睫
電動汽車的低溫使用問題關乎廣大消費者的切身利益，因此加強技術攻關，以提升電動汽車低溫行駛性能、改善用戶體驗，是目前電動汽車產業發展的重中之重。未來，無論是電動汽車電池本身，還是為電池保駕護航的BMS系統，乃至電動汽車的整個系統，都存在很多需要完善的地方。
優化系統的SOC算法，并提升系統預測車輛行駛里程的精準性，是BMS系統亟待提升的兩個主要方面。除此之外，余雪松認為，就BMS系統而言，還應提升電加熱系統的性能，如采用發熱效率更高的加熱材料和采取隔熱保溫措施等。
從電動汽車電池的角度來看，開發在低溫條件下也能夠正常工作的動力電池，無疑是現階段的當務之急。余雪松認為，電芯企業、高校和研究機構應著重開發能夠適應低溫環境的動力電池，還可以采用能耗更低的電池保溫方式，如使用發熱材料等。
在相關材料的使用方面，余雪松補充道，新材料的開發可以削弱低溫對電池續航帶來的影響。他表示，電池新材料的開發是避免低溫對電池續航不利影響的根本手段。據悉，比亞迪、中航鋰電、麥克賽爾等很多企業都在開發低溫電池，低溫電池也在部分領域得到了應用。
但需要看到的是，低溫電池只是在一定程度上提升了寒冷天氣下電池的性能，無法完全消除低溫對電池性能的不利影響。此外，由于低溫電池的價格較高，目前低溫電池還沒有真正應用于電動汽車領域。
電動汽車在冬季低溫條件下出現的掉電快、續航難問題與車輛的整個系統的設計高度相關，因此只攻克電動車電池或BMS系統中存在的問題，并不足以完全避免低溫條件下電動汽車的“癱瘓”現象。陳斌斌認為，要想真正解決冬季電動汽車面臨的種種難題，還需從結構熱設計、熱管理策略設計、極低溫快速加熱設計、高效率熱泵應用等多方面進行考量，以提出綜合全面的解決之道。
業內人士認為，車輛里程測試辦法的優化與完善可以更好地反映電動汽車電池的狀況，一定程度上也能夠推動電池續航問題的解決。在接受采訪時，一位電動汽車用戶向記者表達了自己的心聲。他呼吁，有關部門應進一步優化電動汽車的車輛里程測試辦法，通過更有效的測評手段來體現電動汽車的實際續航里程。此外，對高溫環境和低溫環境下的最高續航里程進行標注，也能夠給汽車廠商、電池廠商和用戶等提供更多參考。