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電動汽車“續(xù)航縮水”——到底咋說？

來源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2024年12月15日 06:25

　　電動汽車消費(fèi)者在用車過程中，都會遇到實(shí)際的續(xù)航里程比車輛標(biāo)示的里程要減少亦稱之為“續(xù)航縮水”的問題，特別是在冬季行駛，電動汽車?yán)m(xù)航縮水更為明顯。

　　先來了解動力電池的基本結(jié)構(gòu)和原理：

　　現(xiàn)在使用的鋰離子動力電池單體的基本結(jié)構(gòu)包括：正極（材料為使用鋰合金金屬氧化物）、負(fù)極（材料為石墨）、隔膜、電解質(zhì)以及極柱、外殼等，如圖所示。

　　鋰離子電池根據(jù)征正極基本材料分為磷酸鐵鋰、三元鋰和錳酸鋰三種類型，負(fù)極都是石墨材料為主。鋰離子動力電池工作時(shí)，正極反應(yīng)：放電時(shí)鋰離子嵌入，充電時(shí)鋰離子脫嵌；負(fù)極反應(yīng)：放電時(shí)鋰離子脫嵌，充電時(shí)鋰離子嵌入。鋰離子從電極中脫出或嵌入，在電解液擴(kuò)散、通過隔膜到達(dá)另一極，實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移。

　　電池單體按照串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)方式組合成為電池模塊，電池模塊及其附屬結(jié)構(gòu)組成電池包。每只動力電池單體出廠時(shí)都不是完全一致（容量，電壓，內(nèi)阻，自放電……），也稱之為非一致性，并且在使用過程中非一致性會趨于嚴(yán)重，因此，需要電池管理系統(tǒng)進(jìn)行控制。

　　動力電池正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液以及電池模塊電池包的結(jié)構(gòu)、制造工藝、非一致性、電池管理系統(tǒng)、充電系統(tǒng)等，影響動力電池的續(xù)航能力。不同類型、不同品牌的動力電池，續(xù)航能力有差別。

　　電動汽車?yán)m(xù)航縮水的原因有哪些呢？

　　一、環(huán)境低溫

　　從電動汽車使用的環(huán)境溫度上來看，我國的氣溫南北差異明顯，而其中北方的季節(jié)性表現(xiàn)更強(qiáng)。以北京為例，夏季最高溫度在35℃左右，而冬季則基本保持在零下10℃、甚至更低，這樣的溫度變化對鋰離子電池來講就是一大考驗(yàn)。

　　在低溫環(huán)境下，鋰電池的負(fù)極析理現(xiàn)象更嚴(yán)重，且析出的金屬鋰與電解液反應(yīng)，其產(chǎn)物會沉積覆蓋在電極材料上，同時(shí)，低溫使得電解液的濃度增大，擴(kuò)散系數(shù)降低，從而導(dǎo)致電池內(nèi)部的電荷轉(zhuǎn)移阻抗顯著增大。低溫下，電解液電化學(xué)反應(yīng)阻力增加，電池容量降低，從而導(dǎo)致續(xù)航里程縮水。

　　有實(shí)驗(yàn)表明，0℃以下時(shí)，鋰電池溫度每下降10℃，內(nèi)阻約增大15%；在-20℃環(huán)境下，放電衰減甚至達(dá)到34%以上。

　　二、車輛行駛里程

　　通常，隨著電動汽車行駛里程的增加，動力電池的充放電次數(shù)越多，動力電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)會逐漸變慢，鋰離子的活性逐漸下降，導(dǎo)致續(xù)航里程減少。

　　在實(shí)驗(yàn)室條件下數(shù)據(jù)顯示，三元鋰電池循環(huán)充放電3900次，電池剩余容量66%；磷酸鐵鋰電池循環(huán)充放電5000次，電池剩余容量84%。

　　三、空調(diào)等用電設(shè)備耗電

　　電動汽車在冬季行駛，車內(nèi)暖風(fēng)是通過電力驅(qū)動的暖風(fēng)系統(tǒng)來維持。暖風(fēng)系統(tǒng)主要包括加熱元件和鼓風(fēng)機(jī)，這兩部分都是依靠動力電池的電能驅(qū)動，會減少續(xù)航里程。

　　電動汽車在夏季使用開啟空調(diào)，壓縮機(jī)為電力驅(qū)動，要消耗動力電池的電量，必然影響續(xù)航里程。

　　空調(diào)系統(tǒng)的加熱元件、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等的效率不同，耗電量越高，影響續(xù)航里程會越短。

　　另外，冬季一些工況下還需要對動力電池包加熱保溫，同樣消耗電能，縮短續(xù)航里程。

　　四、低溫快充

　　鋰離子電池低溫快充與慢充比較，快充可能會導(dǎo)致負(fù)極鋰金屬析出和沉淀，沉積的金屬鋰易與電解液發(fā)生不可逆反應(yīng)消耗大量的電解液，電池負(fù)極表面膜的阻抗進(jìn)一步增大，電池極化更趨嚴(yán)重，可能導(dǎo)致動力電池實(shí)際的充電量與滿電狀態(tài)有較大差距。

　　因此，建議冬季低溫充電時(shí)盡量采用慢充。

　　五、電池模塊非一致性

　　動力電池單體之間性能的非一致性包括：電壓、荷電量、容量、內(nèi)阻及其隨時(shí)間變化率、壽命、電極的電氣特性、電氣連接、溫度特性、衰變速度、自放電率及其隨時(shí)間變化率等。這些參數(shù)的不一致，甚至個(gè)別電池單體失效，將影響動力電池模塊的總?cè)萘?，隨著總?cè)萘康乃p，續(xù)航里程即縮短。

　　六、電池管理系統(tǒng)

　　動力電池管理系統(tǒng)是保證電池正常、高效、安全工作的重要控制系統(tǒng)。

　　為了提高鋰電池內(nèi)元素的活性，需將電池的溫度保持到適宜的工作溫度，因此系統(tǒng)的一個(gè)功能是為電池“保溫”，這一過程同樣需要消耗電量。比如某品牌電動汽車的電池管理系統(tǒng)，針對每一節(jié)單體電池都配備了液體循環(huán)溫度管理系統(tǒng)，除了保證汽車在運(yùn)行時(shí)高溫狀態(tài)的散熱之外，在動態(tài)低溫狀態(tài)下為了保持電池活性，甚至在停車的狀態(tài)下依然通過消耗電量給電池加熱。

　　動力電池過放電、過充電都會影響電池容量、壽命、甚至可能引起電池自燃。電動汽車使用過程中，通過電池管理系統(tǒng)對動力電池循環(huán)充放電的上限和下限（例如：充電終止電壓電流、放電終止電壓電流等）進(jìn)行控制，避免動力電池的過充電、過放電，有利于保持電池的容量、循環(huán)壽命和安全。如果電池管理系統(tǒng)設(shè)定、控制的電池充放電界限變化，也會導(dǎo)致續(xù)航里程發(fā)生變化。

　?。ㄗ髡撸汉颖苯煌殬I(yè)技術(shù)學(xué)院教授劉志忠）

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