电动车一到冬天就变「爹」，看看北欧专家怎么说
自古红蓝出 CP，2022 年的情人节，沃尔沃把家族里唯二两款纯电动车拉到了极冷的海拉尔，还把一台 XC40 纯电丢在零下 30 度的冰块中冻了 48 个小时，这样的场景想想就冷。
不过，这次测试似乎生而逢时，因为今年冬天似乎比往年更冷了一点。
在如此寒冷的天气下，网友们津津乐道的除了雪景、2022 冬奥会，还有汽车行业大趋势的「纯电动车」。津津乐道的点倒不在于冬季的表现有多好，反倒是冬季续航打折、冬季充电速度崩溃等话题频频登上热搜。点开社交媒体软件，把电跑没的、续航打折的、不敢开空调的比比皆是，还有人把冬季开电车跑长途当做一个挑战。
为了深究这些现象背后的原因，我们也借此机会，采访了沃尔沃亚太电车研发团队的工程师们，他们分别是电驱动（三电）软件产品经理、整车验证产品经理、电池硬件工程师以及热管理方面的工程师。
之所以选择采访沃尔沃，最核心的原因是这是一家坐落在瑞典的车企，先天性就需要面对极寒天气，相较于气候温润地区的车企，有着自己的「地利优势」。
先做一个简单的科普
可以发现，上述出现的电动车槽点都和电池息息相关，所以深入了解这些现象背后的原因之前，我们先来了解一下电动汽车动力电池的组成。
图上这一大块就是汽车的电池，大部分车型的电池都在车辆底盘的位置，宽度比车身略窄，长度比轴距略短，厚度普遍都在 10-18 cm 不等，当然也有 SUV 使用更厚的电池，这取决于车辆的高度。
动力电池的功能和手机的电池一样，就是为整车供电，但是手机和汽车不一样的地方有 2 点：
使用环境更加恶劣；
容量要求更大。
面对更加恶劣的使用环境，厂家给电池装上了更坚硬的外壳，把电池更好的保护在壳体内，毕竟手机除了被我们捧在手里玩，就是放在口袋里或者床头上充电，很难接触到坚硬的物品。
但汽车不一样，装在底盘的电池可以算是裸露在外的状态，而且日常行驶过程中难免会脱底或者发生磕碰。
而为了实现更大的容量，无限做大电池是不现实的，主流的做法和我们小时候玩的四驱车非常相似，是将很多小电池串联成模组，再并联到一起，满足不同场景的需求，而这些小电池就是电动车行业常说的电芯。
目前主流的电芯则有方形、软包、圆柱三种不等，这三种电池的特性略有不同，但原理一致，所以在这里我们先不展开介绍。
为了管理好这一堆小电池，则需要一个强大的管理系统，这个管理系统就是行业中常说的 BMS（Battery Management System），一个 BMS 的好坏，就像是一个班的班主任，一个优秀的班主任可以维持良好的班级秩序，一个糟糕的班主任则会让班级纪律混乱，出现恶性循环。
明确了「电芯」这个核心硬件和「BMS」这个关键的软件，我们再来聊聊冬天和夏天的电动汽车。
为什么电动车一到冬天就变「爹」？
步入冬季很多电动车都出现了续航下降、充电速度慢的情况，甚至还有一些电动车出现了无法启动的情况。虽然相较于过去几年，现阶段的电动车在冬季的表现已经有了很大的提升，但是相比燃油车，在使用体验上仍然存在差异。
当然这也不是电动车才有的问题，相信经常滑雪或者在东北的朋友，应该也遇到过手机被冻到没电或者电量下降过快的情况。
低温对电池的影响
现在的锂电池电芯，主要由正极、负极、电解液、隔膜组成，充电的过程就是在外部电压的推动下，锂离子从正极脱嵌，经过电解液，穿过隔膜，到负极的过程，放电的原理则相反。
冬季续航下降的一个关键原因是低温会导致电解液活性下降，电池放电性能较差，如果温度环境再极端一些，则会直接导致车辆无法启动。
正常来说电池在什么样的电量下和什么样的温度下能释放出多大的功率和电流，这个都是有严格的图谱，我们也是要去关注电池本身的特性。
比如说到底它的能力是在什么时候能发挥到最大，什么时候是发挥的最小。根据它这个特点来制定我们包括加热侧包括使用侧，包括充放电侧，什么时候要限功率什么时候要加热，也是基于电池本身的特性。
刚才说加热的情况我们主要考虑两个方面，一方面是客户体验，还有一方面也是要出于保护电池的考虑。比如说我们低 SOC 不会启动这个功能的，如果说一直加热电池耗尽了，对电池损伤也是比较大的。另外客户的使用体验比较差。
我们冰封实验，另外一个角度是沃尔沃的电池包它的控热效果还是挺好的，我们冰冻过这个车，要冰冻整个一个周末才能把电池温度降下来，它保温的效果还是很好的。
相当于你们去寒冷的地方去冻这个车，很难给它冻到很低的温度。即使冻到那个温度，软件也会检测到温度很低，会主动加热上来。
在海拉尔的 48 小时冰封挑战中，好不容易把这台刚上市的 XC40纯电版 冻到零下 25 度，系统检测到了低温后，自动将电池包加热到零下 10 度，来保证车辆的正常使用。」这样的加热效率是目前沃尔沃纯电车的标准，刚刚开启预售的 全新纯电 C40 也会有一样的使用体验。
上文中沃尔沃工程师提到的加热，就是 BMS 的作用。
但是在采访中工程师也坦言：「但你要说一点衰减是不可能的。」
所以在当前的电池技术环境下，电动车在低温环境，不可能做到 0 衰减，而沃尔沃的做法一方面是通过加热让电池快速进入合适的工作温度区间；另一方面则是增加电池包保温的性能，尽量留住热量。
磷酸铁锂？三元锂？
刚才我们提到，冬季性能差是锂离子电池的通病，但是在锂离子电池中低温性能也有个三六九等。
目前主流的锂电池有磷酸铁锂和三元锂 2 种。
三元锂电池是指镍钴锰/铝这三种元素与锂的化合物，前三种元素的加入比例不同也会使电池出现不一样的化学性能。目前市面上三元锂电池主要有 NCM523、NCM622、NCM811 这三种，意思也就是按照这三个比例来分配镍钴锰这三种元素，第一个数字越大代表着镍元素越多，同时电池的能量也越大，不过成本和风险也相应提高。
磷酸铁锂电池则是用磷酸铁锂作为正极，碳作为负极的锂离子电池。在成本上会降低不少，两者之间在体验上的差别我们可以参照一下下方的图表。
两款电池则各有长短处，在性价比的驱使下也有越来越多的厂商把三元锂电池更换成磷酸铁锂电池。
但是磷酸铁锂电池的电解液活性相比三元锂更差，所以冬季大部分「充不进去电」或者「无法启动」都发生在磷酸铁锂身上。
在沃尔沃的工程师看来：「三元锂对于气候条件温度的适应性比磷酸铁锂更好。而且从电芯选型上来讲，沃尔沃毕竟是豪华品牌的，基本选的是比较上一等质量的电池，从物理的角度来讲性能还是可以的。」
在这里，我们也给大家一些小建议。虽然磷酸铁锂电池的市场占有率越来越多，但是对于我国长江以北的用户们来说，我们仍旧首推搭载三元锂电池的电动车，而磷酸铁锂电池更适合温度友好的南方的用户们。
4 个维度确保安全
了解完了三元锂电池在冬天的特性，活动现场我也向沃尔沃的工程师提出了几个关于安全的问题。
在 2019—2020 年阶段，集中出现过一波新能源车充电自燃的情况，沃尔沃的工程师则根据电池特性，从硬件到软件，从预防到控制，在 4 个维度做了补强。
首先是电芯的选择，沃尔沃的工程师表示：「提高能量密度的技术路线不只是高镍一种，还有高压体系。因为市面上成熟的电芯产品并不多，在 2019 年以前或者更早，成熟的高比能的电芯技术路线可能大部分都集中在高镍体系这个方向上。但是后面各个厂家也在逐渐开发，在镍含量相对较低的情况下，是否也能达到比较高的能量密度，所以沃尔沃也做了相应的储备和筛选，在后面采用了高压体系。」
我们在实测中也可以发现，沃尔沃系列的纯电动车即使在低电量情况下，电压都达到了 400 V 以上，除了在低镍的情况下做到高密度，也可以在相同电流的充电桩桩上获得更高的充电速度。
其次是电芯的防护，沃尔沃表示会要求宁德时代对隔膜进行陶瓷处理，来保证电芯热失控的阈值相对比较高，不太容易热失控。
然后是软件限制，锁电是行业内的主流做法，将电池的上限和下限进行一定量的限制来保证安全并延缓衰减，这样一来我们在车上看到的电量就是我们的实际可用电量，即便将电量用至 0% 或充至 100% 也不会对电池本身造成实质性的伤害。
锁得多的确是安全了，但是用户体验上或许不会那么友好，关于这一点沃尔沃工程师们向我们阐述了他们在 XC40 纯电版上的做法。
沃尔沃 XC40 纯电版有着大约 10% 的锁电电量，这也就意味着电池包容量为 70.92 度的 XC40 纯电版的实际可用电量为 64 度左右。
但是和我们理解的不太一样的是锁电并不是永恒的，工程师们为了确保车辆的安全，锁电区域会随着电池寿命的衰减而扩大。
低温会让电池寿命衰减，所以锁电的范围会根据温度进行调整，低温情况下锁电比值就不止 10% 了。既然有扩大，那么同样地也存在一定的补偿机制，沃尔沃团队根据实验室数据，在确保安全的前提下综合考虑到用户体验来创造一个均衡的车辆状态。让车辆在当前使用环境下自动为用户调整至最佳使用状态。
最后是防控，沃尔沃的工程师表示，他们会采用云母片，防止当电芯和模组发生热失控的时候高压高温的气体向上盖蒸发，此外所用的高压线束目前所有包裹的材料都是高温耐热的材料，以此来保证单体电芯失控后尽量减少对其他电芯的影响。
写在最后
过去一年纯电动车渗透率不断走高，背后也意味着覆盖面不断变广，极寒、高温是这条路上必然要面对的问题，在硬件的桎梏下，也愈发凸显了软件的重要性，在全面智能化的时代，电池的智能化也不容忽视。