買車就是選電池

對于汽油車來說，雖然號稱三大件是基礎(chǔ)，可無論是發(fā)動機(jī)、變速箱還是底盤，似乎都沒啥好看的，畢竟能看得懂的不多。而且汽油車經(jīng)過多少年的發(fā)展，在相同價(jià)位上的產(chǎn)品，這類核心部件可以說是大致差不多的，極少會出現(xiàn)跨越等級的東西出現(xiàn)。因此很多人選車與其說說是選核心部件，不如說是選外形、品牌以及功能，對于汽油車來說這并不是什么大問題?？墒菍τ谛履茉窜噥碚f，如果只是選外形、品牌以及功能，那么可能后期使用會讓你的體驗(yàn)變得不那么順心。目前的電池技術(shù)并沒有革命性的創(chuàng)新出現(xiàn)，如果選擇新能源汽車而不考慮電池，那顯然是對自己錢包不負(fù)責(zé)的。

今年北方的冬天格外冷，尤其對于一些電動車車主而言。伴隨著電動車銷量逐漸升高，市場接受度不斷增加，電動車車主們剛剛準(zhǔn)備摘掉被嘲笑的“電動爹帽子”，又被凜冬的寒冷給“扶正”了一些。這不，前幾天一位網(wǎng)友聲稱，自己駕駛的比亞迪漢EV在經(jīng)過多次冬季試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)充滿一次電后的實(shí)際續(xù)航僅有230公里，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于官方宣傳的600公里續(xù)航，幾乎縮水了三分之二，甚至還發(fā)生過剩余續(xù)航突然斷崖式減少的情況。甚至有網(wǎng)友拿出當(dāng)初比亞迪推出“刀片電池”時(shí)的官方PPT來調(diào)侃：“按照柱狀圖比例，百分比顯然是100%、70%、40%、40%，做PPT的人還是誠實(shí)的?！?/p>

事情在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)酵一陣后，比亞迪給出的官方說法是“車主存在原地怠速用電并且開空調(diào)的情況”，導(dǎo)致實(shí)際續(xù)航大幅“縮水”。無獨(dú)有偶，搭載著同樣磷酸鐵鋰電池的特斯拉Model 3標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航升級版，以及搭載著磷酸鐵鋰的五菱宏光mini EV也有車主遇到了類似的問題。

顯然，所有的矛頭都指向同一個(gè)東西—磷酸鐵鋰電池，那么這個(gè)去年被譽(yù)為將能擊潰三元鋰電池的“英雄”，怎么突然不行了呢？LFP（磷酸鐵鋰電池）最早是由古迪納夫（2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者之一）發(fā)明的，于1996年德州大學(xué)代表古迪納夫?qū)嶒?yàn)室向美國申請了專利。

只是之前古迪納夫有位日本研究員岡田助手，他于1995年搶先在日本當(dāng)?shù)刈粤藢＠?。后續(xù)各個(gè)地區(qū)為了保護(hù)本地利益，導(dǎo)致LFP專利幾乎形同虛設(shè)，很多國家都有生產(chǎn)制造能力。所以其實(shí)LFP的規(guī)模化量產(chǎn)和應(yīng)用于電動車已經(jīng)很長時(shí)間了，只不過之前都是搭載于公共交通系統(tǒng)的車輛。

LFP之所以突然被乘用車消費(fèi)市場所關(guān)注，是源自去年比亞迪與寧德時(shí)代的交鋒，也就是比亞迪公開了一段視頻，用針刺實(shí)驗(yàn)證明了“刀片電池”（LFP的一種特殊封裝形式）遠(yuǎn)比三元鋰電池要安全很多、比方型磷酸鐵鋰電池安全，從而引發(fā)了廣泛的社會討論和爭議。

的確，從基本原理來說，LFP相比于三元鋰電池有不少優(yōu)點(diǎn)。首先，磷酸鐵鋰的循環(huán)性能好，即循環(huán)壽命長。鋰電池電量衰退的原因有很多，但與正極材料相關(guān)的主要是充放電過程中正極材料結(jié)構(gòu)“晶格塌陷”，造成結(jié)構(gòu)破壞，從而使得一部分正極材料失活。

但磷酸鐵鋰化合物從分子結(jié)構(gòu)上相較于鎳鈷錳化合物穩(wěn)定很多，NCM（鎳鈷錳三元鋰電池）分子是類似“千層餅”形狀，鋰離子從兩層之間流動，而LFP分子則是“橄欖石”形狀，鋰離子游走于三維結(jié)構(gòu)縫隙中。即LFP分子結(jié)構(gòu)中即便鋰離子“離開”，剩下類似FePo4的結(jié)構(gòu)也相對穩(wěn)定，而NCM則相對不穩(wěn)定。三元鋰電池循環(huán)壽命在1500次～2000次左右，磷酸鐵鋰則能到4000次左右。順帶說一句，NCA（鎳鈷鋁三元鋰電池）雖然分子結(jié)構(gòu)與NCM（鎳鈷錳三元鋰電池）稍有不同，但是存在的問題與NCM差不多。

雖然早期磷酸鐵鋰電池由于其結(jié)構(gòu)原因，充放電效率較低（形象的說法就是由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定導(dǎo)致鋰離子活動自由度不高），但隨著包碳技術(shù)（法國世界級鋰電科學(xué)家米歇爾·阿爾芒發(fā)明，并后來與古迪納夫一起申請了專利，MichelArmand），以及納米化材料工藝的技術(shù)，現(xiàn)在磷酸鐵鋰電池的充放電功率（即性能）不比三元鋰電池差。

LFP的安全性更高，磷酸鐵鋰化合物本身的分解溫度在700攝氏度～800攝氏度，遠(yuǎn)高于三元鋰化合物的200攝氏度～300攝氏度，所以理論安全性高很多;且三元鋰電池在發(fā)生“熱失控”時(shí)，會釋放氧氣，從而進(jìn)一步加劇反應(yīng)劇烈程度，而磷酸鐵鋰化合物中P-O鍵穩(wěn)固，難以分解從而杜絕氧氣形成，避免連鎖效應(yīng)。

之所以磷酸鐵鋰之前一直沒能應(yīng)用于乘用車市場，根本原因在于LFP有幾個(gè)“原罪”。首先，LFP的能量密度較低。單電芯目前最頂端也就剛摸到三元鋰電池的一般水平。原因在于相比于三元鋰來說容量低（單位Ah），且電壓低（三元大多在4V以上，磷酸鐵鋰在3.4V左右），能量即是容量乘以電壓（單位Wh）。

最要命的問題還是低溫性能差，原因在于正極材料（磷酸鐵鋰化合物）本身為絕緣體，相比三元鋰電池電子導(dǎo)電率低，低溫下導(dǎo)電性更為差，致使電池內(nèi)阻增大，受到極化影響大。即便在加了納米碳導(dǎo)電劑改良后，雖然有所緩解，但仍未能完全解決低溫環(huán)境下的電壓降低導(dǎo)致的可用容量降低的問題。

換句話說，盡管目前的電池技術(shù)使得LFP的電池的低溫表顯有所提升，但是低溫仍然會導(dǎo)致大幅降低可用容量。最后，測量電量（SoC，State of Charge）較難，由于磷酸鐵鋰電池的電壓在放電時(shí)前半段非常穩(wěn)定，到低電量時(shí)會突然掉電壓，所以如果BMS（電池管理系統(tǒng)）做得不夠精確，很可能剩余電量出現(xiàn)突然斷崖式變化。由此導(dǎo)致的問題不僅僅是使用端的不方便，更多的是如果無法很好檢測電芯數(shù)據(jù)，則更加無法良好的管理充放電策略，從而使得電池壽命減少甚至發(fā)生鋰枝晶現(xiàn)象導(dǎo)致短路。

LFP擁有相比于三元鋰電池安全性更高、循環(huán)壽命更長、高溫環(huán)境下性能更好、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，使得非常適合公交車、市政車輛等純電動車型。并且由于公交車體積龐大，并不在乎磷酸鐵鋰電池的低能量密度，可以利用裝載體積龐大的電池包，并且公交車行駛路線相對固定且功耗需求可控，所以續(xù)航數(shù)的波動也不太影響公交車的正常營運(yùn)。

但是對于面向個(gè)人用戶的乘用車而言，磷酸鐵鋰電池的這些缺點(diǎn)是“不可接受”的，所以長久以來都沒有應(yīng)用于乘用車。比亞迪通過改善LFP電池材料和“刀片電池”的電池包結(jié)構(gòu)，提升了單電芯和電池包的能量密度，擺脫了“短續(xù)航”的詬病。但是關(guān)于其他LFP天生的缺點(diǎn)，尤其是LFP冬季續(xù)航表現(xiàn)時(shí)，比亞迪給出的解決辦法卻多少有些含糊：“材料的性能有所提升、配合熱管理系統(tǒng)的加熱，已經(jīng)解決了該問題?！?/p>

LFP材料的性能提升大概率沒什么疑問，但是熱管理系統(tǒng)的好壞就值得商榷了。目前所有量產(chǎn)純電動車中，采用的鋰電池?zé)o外乎NCA（鎳鈷鋁三元鋰電池）、NCM（鎳鈷錳三元鋰電池）、LFP（磷酸鐵鋰電池）這三種，但無論是哪種鋰電池，其實(shí)都會受到低溫的影響，只不過相比于三元鋰電池，LFP天生受影響的程度較大罷了。

因?yàn)槟壳按蟛糠咒囯姵兀粌H正極材料會產(chǎn)生影響，低溫也會影響負(fù)極材料和電解液，低溫會導(dǎo)致電解液黏稠致使鋰電池內(nèi)阻增加，以及負(fù)極材料極化嚴(yán)重致使鋰離子沉積、鍍膜現(xiàn)象等，導(dǎo)致可用容量下降，放電速率下降（性能）。

也就是說在不加任何外部輔助設(shè)備情況下，原生狀態(tài)下任何鋰電池都會隨著低溫降低可用容量，即減少續(xù)航。所以各家廠商都會在電池包結(jié)構(gòu)中加入熱管理系統(tǒng)。低氣溫下，利用空調(diào)系統(tǒng)的制熱系統(tǒng)，通過消耗電能對電池進(jìn)行升溫，一方面恢復(fù)電池充放電性能，另一方面防止低溫對電池造成不可逆的傷害。

恰恰問題就在這，低氣溫下，除了電池需要加熱之外，車內(nèi)的乘員同樣也需要熱風(fēng)系統(tǒng)，而這就是進(jìn)一步縮短續(xù)航里程的元兇。目前國內(nèi)大部分純電動車的制熱系統(tǒng)都是PTC加熱，能效比為1，以3000W的功率考慮，那么滿功率開啟熱風(fēng)一個(gè)小時(shí)，即消耗3kWh電量，這對于百公里僅需不到20kWh的純電動車而言，無疑是“奢侈消費(fèi)”。

當(dāng)然也有一些純電動車，例如日產(chǎn)Leaf、現(xiàn)代Kona、特斯拉ModelY等車型采用了熱泵系統(tǒng)，0度以上能效比為3左右，基本能節(jié)省2/3左右的加熱能耗，不過就是當(dāng)溫度降至零下20攝氏度以下時(shí)，熱泵能效比也就降至1了，與PTC并無差距。

不過各家的熱管理系統(tǒng)存在諸多差異（PTC制熱與熱泵制熱系統(tǒng)區(qū)別，熱管理合理性和效率等），最終導(dǎo)致的節(jié)省程度不同。比如利用電機(jī)、電路板等多個(gè)熱源進(jìn)行統(tǒng)一管理，一方面給該需要降溫的部分降溫，另一方面將熱量有效利用起來，傳送給需要加熱的電池或者駕駛艙。所以低溫對能耗的影響，其本質(zhì)上還是熱管理系統(tǒng)的技術(shù)先進(jìn)程度的高低。比如ModelY采用的“章魚八通閥”就是將多個(gè)部分的熱管理高度集成化，以實(shí)現(xiàn)極高的熱量管理效率。

順便說一下，在低溫度環(huán)境下，純電動車在剛啟動時(shí)，由于電池需要加熱、電機(jī)和電路板也還未產(chǎn)熱，所以導(dǎo)致該階段耗電量會很高，行駛一段后才會恢復(fù)正常電耗。例如Model3冬季短路途行駛的電耗甚至高于120km巡航的電耗。所以在EPA標(biāo)準(zhǔn)中，剛啟動階段的行駛工況電耗，會乘以0.33的權(quán)重計(jì)入。

電動車能耗之所以對制熱系統(tǒng)如此敏感，是因?yàn)橄啾扔谌加蛙噥碚f，電動車所攜帶的能量著實(shí)少得可憐。一升汽油攜帶的能量相當(dāng)于8.9kW·h，一輛普通的燃油車油箱大小約為60升左右，換算成電力約為534kW·h，而目前市場上純電動車搭載的電池包一般在30kW·h到100kW·h之間，對比之下，燃油車攜帶的能源大概是純電動車的5倍～18倍之間。

與此同時(shí)，燃油車使用能源的綜合效率可能僅有20%～30%左右，而電動車則有80%左右。即燃油車加熱采用的是浪費(fèi)掉的發(fā)動機(jī)熱能，并不怎么影響油耗，倒是電動車的加熱系統(tǒng)是實(shí)打?qū)崄碜浴坝糜谛旭偂钡哪茉础Ｓ纱藢?dǎo)致了開啟空調(diào)后，會對續(xù)航產(chǎn)生巨大影響。

舉個(gè)例子，根據(jù)國外AAA測試報(bào)告結(jié)果顯示，零下7攝氏度開暖風(fēng)的續(xù)航情況，2018款寶馬i3續(xù)航下降46%，2018款雪佛蘭Bolt續(xù)航下降47%，2018日產(chǎn)凌風(fēng)下降32%，2017款ModelS續(xù)航下降38%;零下7度不開暖風(fēng)情況下，四款車?yán)m(xù)航下降則分別為14%、10.4%、10.8%、11.1%。要說明的是，上述四款車型中日產(chǎn)凌風(fēng)和寶馬i3搭載了熱泵系統(tǒng)，其他兩款均為PTC加熱;另外上述四款均為三元鋰電池。

由此可見除了溫度對電池本身性能影響外，熱管理系統(tǒng)對續(xù)航影響程度之大。這就意味著，低溫情況下純電動車的續(xù)航表現(xiàn)，電池化學(xué)材料本身的影響是一方面，整車的熱管理系統(tǒng)的能效比是更重要的一方面。所以在目前電池技術(shù)的限制下，車輛在冬季的實(shí)際續(xù)航“縮水”情況除了看電池不同外，重點(diǎn)還要看各家在熱管理系統(tǒng)中下的功夫。

無論采用什么電池，只要熱管理能夠?qū)㈦姵匮杆倩謴?fù)最佳工作溫度，那么電池的表現(xiàn)是差距不大的。所以從技術(shù)角度上說，如果熱管理系統(tǒng)做到足夠好，無論是三元鋰電池還是磷酸鐵鋰電池，都能保證差不多的低溫續(xù)航表現(xiàn)，不同車型之間的差距就在熱管理系統(tǒng)上。

其實(shí)廠商都知道磷酸鐵鋰電池的低溫性能不佳，但就連馬斯克也明確說了，之后基礎(chǔ)款車型都會采用LFP電池，原因就是成本低。成本降低就能使得售價(jià)更低，間接使得產(chǎn)品性價(jià)比提升，直接結(jié)果就是銷量的增長。11月份新能源車輛銷量前四名中（五菱宏光miniEV、特斯拉Model3、長城歐拉R1、比亞迪漢EV），除了Model3有磷酸鐵鋰和NCA兩種版本之外，其他三個(gè)都是搭載的磷酸鐵鋰電池。這不，就連小鵬G3的磷酸鐵鋰版本也通過了工信部認(rèn)證，即將推出市場。

現(xiàn)在的問題是，廣大消費(fèi)者并非人人都是電動車專家，他們不明白不同電池、不同熱管理系統(tǒng)對續(xù)航的影響程度，也不會懂為什么“標(biāo)稱續(xù)航”與實(shí)際續(xù)航之間存在不小的差距。甚至哪

怕在溫度非常合適的情況下，消費(fèi)者購買的電動車?yán)m(xù)航也與宣傳續(xù)航之間也存著差距。

宣傳續(xù)航數(shù)是根據(jù)不同地區(qū)的法律法規(guī)要求來測試的結(jié)果，即稍微細(xì)心的人會發(fā)現(xiàn)，完全相同的一款車型，在不同地區(qū)的續(xù)航各不相同。由于不同標(biāo)準(zhǔn)中對測量電動車?yán)m(xù)航的嚴(yán)格程度不同，所以測試結(jié)果各不相同。以續(xù)航數(shù)值來看，NEDC>WLTP>EPA。換算方式為NEDC續(xù)航數(shù)乘以0.7差不多為EPA續(xù)航數(shù)，WLTP續(xù)航乘以0.9差不多為EPA續(xù)航（估算值，并不絕對準(zhǔn)確）。不過即便是最為嚴(yán)苛的EPA續(xù)航數(shù)，其實(shí)也會與實(shí)際續(xù)航里程有差距。

目前國內(nèi)采用的是NEDC標(biāo)準(zhǔn)（New European Driving Cycle，新歐洲駕駛循環(huán)），歐洲采用的是WLTP（Worldwide Harmonised Light Vehicles Test Procedure，歐洲提出的輕型車測試循環(huán)）標(biāo)準(zhǔn)，而美國則采用的是EPA（Environmental Protection Agency，美國環(huán)境保護(hù)總署）標(biāo)準(zhǔn)。典型的“宣傳僅為參考，一切以實(shí)際為準(zhǔn)”。

如果僅僅是宣傳續(xù)航和實(shí)際續(xù)航不符也就罷了，其實(shí)車?yán)锏膬x表顯示續(xù)航中也有“古怪”。首先，如果廠商懶省事，就直接將NEDC測試結(jié)果設(shè)定為最大值，或者添加WLTP續(xù)航數(shù)為備選項(xiàng)，然后根據(jù)測量剩余電量百分比，對表顯續(xù)航里程進(jìn)行變化。所以用戶感知到的就是實(shí)際走的里程，明顯小于表顯減少的里程數(shù)。在這種模式下，每次充滿電，表顯里程數(shù)都會基本保持一致。

比較特別的只有特斯拉，采用的EPA續(xù)航測試結(jié)果為表顯值，所以很多車主拿到車后表顯里程就與中國官網(wǎng)上宣傳的數(shù)據(jù)相差很多。稍微用心的廠商，表顯里程并非為固定值，會根據(jù)近期車輛使用情況，計(jì)算一個(gè)相對平均值，對表顯續(xù)航進(jìn)行調(diào)整。比如近期一直激烈駕駛，充滿電后表顯續(xù)航就會少于一直平穩(wěn)駕駛。這樣做的好處是讓用戶更加直觀感知以自己駕駛習(xí)慣還能行駛多少里程。但由于用戶并不了解這個(gè)原因，就會導(dǎo)致讓用戶產(chǎn)生電池衰減或者續(xù)航“縮水”的錯(cuò)覺。

除了汽車愛好者，大多數(shù)普通消費(fèi)者很難了解或者理解上述這些信息。由此導(dǎo)致的最大問題就是，車主對實(shí)際續(xù)航的認(rèn)知就如同“薛定諤的貓”，“量子態(tài)”的實(shí)際續(xù)航讓用戶完全捉摸不透自己的真正自由活動范圍能有多大。更別說在冬天低氣溫下，“縮水”的續(xù)航不僅會讓用戶活動范圍減小，還會連帶產(chǎn)生充電排隊(duì)等諸多更多的麻煩。

以限牌城市北京為例，全北京純電動汽車保有量在40多萬輛左右，而目前全北京充電樁（快充、慢充）統(tǒng)計(jì)數(shù)量僅為20萬個(gè)，即便拋去一部分“換電”的出租車，仍有大量運(yùn)營車輛每天都需要充電，這就會直接導(dǎo)致充電樁不夠用。

當(dāng)然，無論從駕駛體驗(yàn)和使用成本角度，還是從國家能源戰(zhàn)略角度，純電動車是大趨勢這無可厚非。但是不完善的測試標(biāo)準(zhǔn)、廠商的技術(shù)差異、充電設(shè)施的數(shù)量不足，都在真真切切地“冰凍”著電動車主的內(nèi)心。如果你身處南方城市，那么恭喜你，你只需要考慮低溫性能之外的“麻煩”就行了;而如果你身處北方城市且在限牌城市，那么很不幸，在購買電動車之前，請認(rèn)認(rèn)真真地做點(diǎn)功課，看看到底自己選的車是用的什么電池，并認(rèn)真評估自己的用車環(huán)境比如通勤半徑，充電條件、停車環(huán)境等，看看是否合適。