【汽车大咖】低温是如何折磨电动汽车的？锂离子电池怕冷这个认知

锂离子电池怕冷这个认知，其实要早于人们对电动汽车的关注。

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影响力最大的科普者，就是大名鼎鼎的苹果手机。这一点我深有体会，充满电的iPhone6在寒冷的冬季出门，没几分钟就只剩下60%的电量。若路上多耽搁一会，它直接给你关机了，连打个滴滴的机会都不给，苦不堪言。

在寒冷面前，锂电池比人还要娇贵！

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正是苹果手机的科普如此到位，所以当电动汽车迎来第一个冬天、续航大幅缩短的时候，用户并没有冲动地指责厂家偷工减料带来质量问题，更多的是抱怨应对措施不到位。

冬季续航减半的原因

电动汽车冬季续航缩短，通俗地说，是由两个原因导致的：一是人怕冷，二是电池怕冷。

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人怕冷，于是就要开暖风。即便是大家都熟悉的燃油车，夏季开空调油耗也会大幅上升。而冬季开暖风，情况会更加严峻，原因在于：

制暖需求量更大：制暖/冷消耗主要由温差决定，冬季-10℃→20℃ ，制暖需求30℃ 。夏季35℃→25℃ ，制冷需求也就10℃而已。制暖效率更低：制冷由空调“电能/动能搬运热量“来实现，也就是“冷泵” 。而制暖通常还是由“电能转化热量”的PTC来实现，效率要低。 “电能搬运热量”的“冷泵”应用还不普遍。

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燃油车的乘客也怕冷啊，为啥没觉得冬天制暖更耗油呢？原因在于，发动机工作会产生大量的热，这些热量足以家用小轿车使用了。而电动汽车呢？工作的时候电池、电机都非常地“冷静” ，没有余热可用啊！

如果发扬阿Q精神，咱们也可以换个角度来理解：电动汽车正是因为能量转换效率高达90%以上，比发动机的20-40%高很多，所以余热才少、所以才需要消耗额外的制暖能量的！这样理解是不是舒服多了？呵呵。

至于电池怕冷，大部分人仅有模糊的、感性的认识，而不清楚具体原理。今天我们稍微花点时间，缕一缕。大家别走，我保证讲得通俗易懂。

低温是如何折磨锂电池的？

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如下图，是锂离子电池的基本原理，只需要记住以下3点就可以了：

正极才是锂离子的家：当所有锂离子均到达正极，回到家时，它们就不再想动了。也就是，没电可放了。强迫锂离子背井离乡，就是充电：为了避免成为死肥宅，人们就要“充电” 。正负极通电之后，在各种电场力、扩散力、电化学力的作用下，锂离子们背井离乡，离开正极的家，穿越电解液，来到负极暂居下来。也就是，充满电了。思乡心切，期待放电：锂离子思乡心切，一旦有机会飞奔回正极，回家的过程中伴随着巨大的能量释放，驱动车辆前行。

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那么，低温下的锂电池，发生了哪些变化呢？

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容量损失：锂离子“冻住，不许动” 。负极的锂离子本来思乡心切，但低温下部分锂离子失去活性(图中黄色圆圈) ，不愿意出门了。打个比方，本来你在银行有100万元，惹上官司后银行冻结了20万元，这部分就不能使用了。若能证明清白(温度恢复) ，冻结的20万元还能恢复(电量也能恢复) ，不会凭空消失。

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放电损失：电解液固化， “归家异途”凶险。温度正常时，锂离子可以顺利地穿过电解液。低温时，电解液变得“粘稠” ，甚至“结冰” ，锂离子的归家异途就变得凶险了，要费不少力气才能穿过去。

具体表现就是内阻增大（如下图3种不同状态的电芯，在0度以下的时候内阻都显著增大）本来一度电能跑5公里的，现在只能跑4公里了。

打个比方，这相当于增加了“能量税” ，好好的10万元，只买到了8万元的货品；一旦花了出去，再恢复正常温度，这部分损失的能量也回不来了。

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低温下锂离子的“归家异途”

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3种不同状态的电芯，在0度以下内阻显著增加

充电衰减：直观地理解，负极材料的晶格就像蜂巢一样，锂离子来了之后可以“嵌入”进去，英文叫intercalation 。在低温下，晶格就收缩了，锂离子“嵌入”变得困难。所以电池管理系统就自觉地降低充电速度，这就会导致第二天早上也充不满，本来就堪忧的续航，雪上加霜。

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有人说，如果我让BMS在低温下强行加大电流呢，就不能把锂离子给强行挤进晶格吗？答案是，可以是可以，但晶格有可能就“挤破”了，这会造成电池容量的永久性损耗。所以兄弟，心急吃不了热豆腐，霸王硬上弓是不可取的。

可以看出来，低温对锂离子电池的伤害是全方位的：一来充电不满，二来放电不顺，三来制暖又非常耗电。这一多管齐下，开流节源，电动汽车冬季续航减半也绝不是很夸张的说法了。

那么，有什么应对措施呢？

热泵——提高制热效率

人怕冷，可以忍一忍， “又不是不能用”(狗头笑脸) 。当然，为司机与乘客制暖，也并非没有优化空间。

例如，设计较小的车型(可惜今年交付的电动汽车大部分是SUV) ，再如特斯拉的方向盘与座椅加热系统——保证屁股与手不冷，脸上凉点可以忍，这样的话在不太冷的气候下，没必要开车内制暖了。

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(特斯拉座椅加热系统)

电池怕冷，那是绝对忍不了的。一般的电加热叫PTC ，听起来挺高科技的，其实就是电流通过电阻，根据焦耳定律放热。这种电加热方法， 1度电可以转换成1度热，效率较低。

有没有1度电带来更多热量的方法呢？有的，也就是所谓的“热泵” ，可以简单地理解为空调制冷的反过程。前两年Bosch都也在推这套系统，在奥迪Q7e-etron有使用，更详细的介绍可以看：

理论上来说，热泵系统可以用1度电带来3度热，制暖效率达300% 。有些家用空调真的能达到这种效率，非常节能。但是，就像发动机特性一样，要想达到如此高的效率，热泵/空调需要稳定的温度、湿度、风速条件(这些都是影响蒸发与冷凝的因素) 。

居住空间也许能保证温度、湿度、风速条件的相对稳定，但对于汽车来说，可能一个都保证不了……理论效率300% ，实际效率也就150% 。 1度电可以换来1.5度热，当然比PTC要好，但是个人看来也就是半斤八两。对纯电动汽车来说，这种头痛医头、脚痛医脚的方法，并不能从根本上解决问题。

有没有更巧妙、更根本的方法呢？让我们来看看，今年完成量产交付的3家造车新势力是怎么做的吧——蔚来、威马、小鹏。

头铁的蔚来

——车到山前必有路，有路必有电动车

量产交付以来，蔚来做了不少匪夷所思的营销事件。比如把车开到海拔5200米的珠峰大本营、在G4高速上换电跑长途等等，基本思路就是：电动汽车不擅长做的事情，我偏要做一做。

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蔚来ES8开到了珠峰营地

这似乎是想向大家阐明一个道理：燃油车能做到的，我电动车一样能做到，车到山前必有路，有路必有电动车。蔚来的这个理念，可以说已经超越了一个企业的营销需求，而是从为整个电动汽车行业呐喊。

然而，理念归理念，但这种不可持续的服务， “我偏要”的这种勉强，我总感觉是跑偏了，甚至会产生相反的效果。本来电动汽车至少表面上是要节能环保的，但这样一出车就跟一个服务队，一点也不绿色……

就比如，最近微博几位网友，说要开着蔚来ES8去大兴安岭。在零下四五十度的情况，我敢保证电池100%要罢工，既不能充电也不能放电。 (锂电池旁白：这不是欺负人吗？)

蔚来为了坚持自己的理念，说车友想去可以去，他们会做好后勤保障工作。意思就是想尽办法也要让ES8的电池给热起来、跑起来。

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个人认为，这是贯彻宣传企业理念的一种营销方式，但并不是解决低温锂电池性能问题的切实方法。

蔚来的方法，可谓头铁。

机智的小鹏

——避开寒冷区域

小鹏则“机灵”很多，绝不勉强、绝不硬刚。

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一方面，交付时间晚一些，尽可能地避开第一个冬天；另一方面，首批的6个小鹏体验中心，除了首都北京之外，其他5城广州、深圳、东莞、武汉、杭州全部在长江以南。这些城市冬天也不咋冷，对电池性能几乎没有实质性威胁。

为小鹏的机智点个赞~当然，这并不是“解决“了低温问题，只是暂时“回避“了问题。小鹏这样做，是完全符合企业利益的，敏感的事情就让头铁的蔚来去扛吧。

小鹏的方法，可谓机智。

务实的威马

——土法子，有奇效

分析来分析去，就发现在电池容量有限情况下，只要用电池来制热，就没法在根本上解决问题。

那怎么办呢？为了用其他燃料，我们难道要往车上装一个发动机吗？那岂不是成了混合动力汽车了。那简单点，装一个锅炉呢？

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这可不是开玩笑？一位大学副教授的知识网友，就曾认真分析过这种方案的可行性。经过各种权衡与分析后，他得出结论：整个系统也不需要多大的体积，也不会产生太多额外的重量，但却能非常方便地解决电动汽车低温续航降低的问题。所以我觉得这个设想是有可能实现的。

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从技术资料中可以看出，在0℃时，主要用电加热；在更冷的温度下，主要用柴油加热；在快充的情况下，用电加热迅速加到25℃(否则低温快充造成永久电池损耗) 。

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这套系统是选装的。大体上来说就是，长江以南不必加热，长江以北电加热足矣，酷寒之地东三省建议选装柴油加热系统。特别是在零下20度的极寒地区，锂电池面临的不再是好不好用的问题，而是能不能用的问题了。在极寒地区下，电加温已经起不了作用，这时候就需要柴油加热系统来拯救。

当然，如果用户并不是在极寒地区使用，就不必选装柴油加热系统，如此一来可以节省相关费用。

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给突出科技感的电动汽车，加装一个柴油加热系统，听起来好像不怎么高大上。

设想这样一个场景：

“司机：小伙子，给我加满柴油！”

“加油站员工：大哥，您这是欧洲进口车吗，加柴油啊？”

“司机：不是，我这是纯电动！”

“加油站员工：？？？”

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