大咖说丨没有暖宝宝！没有羽绒服！电动车的冬天怎么过？

1

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。

影响力最大的科普者，就是大名鼎鼎的苹果手机。这一点我有亲身体会，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！

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。

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。

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“电能/动能搬运热量“来实现，也就是“冷泵”。而制暖通常是由“电能转化热量”的PTC来实现，效率低。“电能搬运热量”的“冷泵”应用还不普遍。

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？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。

那低温下的锂电池，发生了哪些变化呢？

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。

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，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。

低温下锂离子的“归家异途”

3种不同状态电芯，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。

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。

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，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，这样的话就不太冷的气候下，就没必要开车内制暖了。

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，在奥迪车型e-tron版本上有使用。

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。