電動汽車冬季續(xù)航“魔咒”

文 / 陳燕南

“我不是在充電，就是在充電的路上?！比绻靡痪湓捫稳萁诒本┒竞毕碌碾妱榆囓囍鳎厦娴脑捵顬橘N切。

今年，北京的冬天格外寒冷，最低氣溫破歷史極值，均在-15℃以下，電動汽車也難以“過冬”，許多電動汽車車主表示，冬季續(xù)航里程縮水嚴(yán)重，與實際宣傳嚴(yán)重不符，在戶外停一宿就能縮減30%以上的續(xù)航里程，有些品牌甚至?xí)綦姵?0%。

段先生是北京最早的一批新能源車主，他說到，冬季續(xù)航問題一直存在，但今年遭遇北京-20℃左右的極寒挑戰(zhàn)讓他徹底對新能源車“心寒”了，1月6日他辦事結(jié)束準(zhǔn)備開車回家，但僅在戶外停了三個小時，車的續(xù)航已經(jīng)無法支持到家，緊急之下找到一個百貨商場底下停車場進行充電，但前面已經(jīng)排了超長的隊伍，在電量不足，無法取暖的情況下，段先生足足凍了兩個多小時才充好了電勉強開回家。于是便有了報道伊始的那段肺腑之言。

近幾年來，我國的新能源汽車市場高速發(fā)展，但于此同時也更加凸顯了電動汽車當(dāng)前的發(fā)展瓶頸。“為了省電，零下的天氣不敢開汽車的空調(diào)”“臨時的出行也要掐算著剩下的里程數(shù)”“每天都要尋找充電樁為汽車充電，而家附近的充電樁往往人滿為患”“換電雖然只需要三分鐘，排隊有時近兩小時”在了解中，跟段先生有一樣困擾的北京新能源車主不在少數(shù)，皆表現(xiàn)出了對電動汽車?yán)锍虜?shù)銳減、充電難等現(xiàn)狀的無奈和不滿。

對此，資深汽車分析師張翔表示，“目前鋰電池是發(fā)展最為成熟的電池技術(shù)，能量密度幾乎已經(jīng)達到極限，未來很長一段時間其實難以出現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)顛覆鋰電池的技術(shù)，如果要提高汽車的續(xù)航里程，或許只能改變技術(shù)路線，比如配備固態(tài)電池或者燃料電池，但是目前這兩類電池距離商用化還有很長的道路?！敝袊r(nóng)業(yè)大學(xué)車輛動力學(xué)與智能控制創(chuàng)新中心主任王國業(yè)也向記者表示，冬季電動車?yán)m(xù)航里程銳減只是暫時的問題，隨著技術(shù)的進步，電動汽車在電池方面、充電設(shè)施等各種方面持續(xù)突破，成本降下來了，電動車?yán)m(xù)航里程的焦慮也會隨之化解。

一位始終沒有排到燃油車號的車主，在幾年前選擇購買了電動車，但一到冬天就犯怵，這幾天趕上了北京幾十年未遇的嚴(yán)寒，出門找充電樁成了第一要務(wù)。

“不是在充電 就是在找充電樁的路上”

近期宣布國產(chǎn)Model Y降價14.81萬-16.51萬元的特斯拉，在使出降價“殺手锏”后，官方一度因訪問量過載陷入癱瘓。但消費者的追捧也難解冬季續(xù)航里程的“焦慮”。記者采訪了多位特斯拉的車主表示，特斯拉也存在掉電較為厲害的情況。一位王姓車主表示，“冬天啟動汽車時，續(xù)航里程經(jīng)常只顯示出平常的50%?！倍硪晃悔w姓車主表示，“停在室外一個晚上就能掉30公里的續(xù)航?！币晃辉诮鹑诮稚习嗟墓〗惚硎?，“家離單位比較遠，工作日中午就會搜附近商場的特斯拉充電樁排隊情況，如果等待時間不久，我就會趕過去充個電，這樣比較有安全感?！?/p>

據(jù)了解，2020年以來，以特斯拉為代表，包括比亞迪等在內(nèi)的大批新能源車企開始逐漸換裝磷酸鐵鋰電池以控制成本。特斯拉Model3換裝磷酸鐵鋰電池后價格已經(jīng)降到不足25萬元。降價后的磷酸鐵鋰電池版本特斯拉，電池容量55kWh，百公里電耗為12.6kWh，NEDC續(xù)航是468公里，比三元鋰電池版本的445公里還增加了22公里，但很多Model 3車主卻發(fā)現(xiàn)續(xù)航大打折扣。一位北京的磷酸鐵鋰版Model 3車主表示，在當(dāng)前的天氣情況下，市內(nèi)短途駕駛為主，晚上停放地庫白天停放地上，充滿后顯示續(xù)航420公里，但是在行駛241公里后，電量剩余5%。

而蔚來的冬季續(xù)航也難言樂觀，有車主表示-10℃的天氣在高速中行駛200公里就會達到極限值，所以在行駛了170公里之后就會充一次電，而另一位車主則直言，“在寒冬中凍透了”，他表示，“排隊等了一個小時才充上電，充了一個小時才把電池捂熱不掉電，在等待的過程中還看到了一輛徹底沒電被拖來的蔚來?！?/p>

段先生是北京首批電動車車主，然而這幾年對純電汽車的體驗并不算太好，他表示，自己平時如果以60公里/小時速度行駛時，續(xù)航大概能夠達到100多公里，但是如果跑高速和開暖風(fēng)，耗電量就會急劇增加，冬天時可能連100公里的續(xù)航都達不到，所以有時候確實遇到了計劃外的出行，或者臨時多跑了幾十公里就可能會有點擔(dān)心，因為自家建有充電樁，所以冬天幾乎每天都會充電以防止有特殊情況的發(fā)生。

另有一位榮威ER6的車主表示，“這車宣稱的NEDC續(xù)航是620公里，但是冬天縮水明顯，一般只能跑360公里左右，每天早晨會顯示續(xù)航里程掉幾十公里，充滿電跑30公里以后續(xù)航里程開始急轉(zhuǎn)直下?！彼€表示，“很多車主都是沖著它的高續(xù)航買的，結(jié)果卻有些失望，原本我以為能開回老家（約600公里），這樣看來，冬天肯定不現(xiàn)實，萬一高速堵車、一直開空調(diào)，一會兒可能就沒電了?！?/p>

而一位擁有兩輛德系混合動力車的車主則表示，平時公司和家里都可以充電所以上下班基本都是燒電，夏天充滿一次電可以跑50公里左右，所以夏天一個月只加一次油，而冬天我充滿電只能跑25公里，一個月則要加兩次油。

他還表示，“目前我也不會買純電車，認識的朋友因為對電動汽車的擔(dān)憂也沒有人只買純電車，即使買了純電的，家里也肯定有第二輛燃油車?！?/p>

值得注意的是，不少電動車主發(fā)現(xiàn)，在冬季，車輛不僅耗電增加，充電也會變慢。一位擁有國產(chǎn)品牌車型的劉先生表示，自己始終沒有排到燃油車號，所以在幾年前選擇購買了電動車，但一到冬天就犯怵，這幾天趕上了北京幾十年未遇的嚴(yán)寒，出門找充電樁成了他的第一要務(wù)。據(jù)劉先生說，氣溫驟降讓原本在冬季大幅度縮減的電動車?yán)m(xù)航里程只剩下之前宣傳的30%。

“我曾在北京的CBD核心商務(wù)區(qū)國貿(mào)地區(qū)辦事，卻兜轉(zhuǎn)了一個半小時也找不到可以充電的充電樁。不是已經(jīng)排滿就是距離太遠。眼看電量快要耗完了，終于在一商業(yè)大廈附近找到了位置，但是電池升溫較慢，導(dǎo)致充電速度也變慢了?！痹谘哉Z中劉先生透露出無奈。

有電動出租車司機表示，由于續(xù)航里程太低所以對載客也比較有影響，有些乘客可能要去比較遠的地方，但一看里程并不是很多，就會忍痛拒絕一些乘客，他還表示，“冬季對于電動汽車來說是最難熬的，剛充滿了電第二天一打開里程就已經(jīng)掉了十多公里，所以早上也跑不了許多單，在十點多時就會去換電站進行換電，但那時，簡直是出租車換電的高峰期，雖然換電速度比較快，只需要三分鐘，但是有時候換電還會排隊近兩小時，在排隊的時候也只能緊閉車窗，將身體裹得緊緊的。”

目前，國家電網(wǎng)正啟動新一輪充電樁建設(shè)，計劃安排充電樁建設(shè)投資27億元，新增充電樁7.8萬個，項目分布在北京、天津等24個?。ㄊ校?，涵蓋公共、專用、物流、環(huán)衛(wèi)、社區(qū)以及港口岸電等多種類型。

低溫“焦慮” 都是電池惹得禍？

“不買電動車，你都無法體會北京的冬天有多冷”。這是一句近期在某電動車品牌APP中點贊最多的一句話。為什么低溫會成為續(xù)航里程殺手？多位業(yè)內(nèi)人士均表示，問題主要出在電池上。

有專家分析稱主要的原因是動力電池在低溫條件下性能衰減。資料顯示，很多原因都會導(dǎo)致鋰電池在低溫下出現(xiàn)性能下降，比如，低溫下電解液的濃度會增大，擴散系數(shù)降低，電池內(nèi)部的電荷轉(zhuǎn)移阻抗（Rct）會顯著增大；再比如，低溫環(huán)境下鋰電池的負極析理現(xiàn)象會變嚴(yán)重，且析出的金屬鋰與電解液反應(yīng)，其產(chǎn)物會沉積，導(dǎo)致固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI）厚度增加。

而電極材料、電解液材料對于電池的低溫性能有較大影響，因此也會進而影響電動車的冬季續(xù)航里程。目前電動車動力電池主要為鋰電池，分為錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰也就是三元鋰。其中三元鋰電池因綜合了三元材料的許多優(yōu)點，同時鎳元素的添加大幅提高了電池容量及電池的能量密度，近幾年迅速占領(lǐng)市場；磷酸鐵鋰起步較早，技術(shù)發(fā)展較為成熟，安全性能突出。

不過有不少特斯拉Model 3車主表示磷酸鐵鋰版本的電動車?yán)m(xù)航縮水更加明顯。不少汽車行業(yè)媒體的測評數(shù)據(jù)顯示，與三元鋰版本相比，磷酸鐵鋰的特斯拉Model 3在低溫下續(xù)航明顯降低。

有分析認為，磷酸鐵鋰電池低溫續(xù)航表現(xiàn)不如三元鋰，是由本身材料的差異決定的。三元材料是鎳鈷錳，它是層狀的結(jié)構(gòu)。但磷酸鐵鋰是一種八面體結(jié)構(gòu)的形式。鋰離子在放電，正負極來回導(dǎo)通的過程中，二者的通道是不太一樣的。但因為磷酸鐵鋰電池相對造價低，不少車企依舊選擇其作為動力電池。以特斯拉為例，2020年10月，特斯拉官宣國產(chǎn)Model 3價格下調(diào)，價格下調(diào)的重要原因是，標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航版的動力電池從三元鋰變?yōu)榱姿徼F鋰。

北汽新能源研究院副院長代康偉也認為，冬季電動車?yán)m(xù)航衰減主要受動力電池特性、空調(diào)和轉(zhuǎn)動系阻力三個因素影響。“電池作為一個化學(xué)產(chǎn)品，化學(xué)反應(yīng)其實都跟溫度有關(guān)。在低溫狀態(tài)下，電池內(nèi)部的一些電解液會變得更加黏稠，包括鋰離子遷移的速率、材料本身的導(dǎo)電性都會進一步變差，使得電池活性降低，從而影響電池性能和容量揮發(fā)，對外表現(xiàn)為動力電池可用容量的衰減?！庇捎陔妱榆囍饕?qū)動力是電池，而低溫正是電動車的“天敵”。這也就意味著在低溫下，電池本身就很難充滿電，而且車輛停在室外或者低溫處，續(xù)航里程也會縮減。

近年來，不少電動車上下游企業(yè)花了不少精力提升電池在低溫情況下的使用效率。比如，從早期的“電加熱絲”和水暖加熱器，到目前的熱泵系統(tǒng)、電池系統(tǒng)的熱管理設(shè)計等。不少公司也在積極開發(fā)抗低溫性能的電磁材料，但是進展也較緩慢，突破也并不明顯。

“電池”決勝未來

電動車冬季續(xù)航問題是否正成為新能源汽車行業(yè)發(fā)展的“攔路虎”？張翔向記者表示，要用發(fā)展的眼光看，目前鋰電池是發(fā)展最為成熟的電池技術(shù)，能量密度幾乎已經(jīng)達到極限，其中鋰電池當(dāng)中鎳的含量越高，意味著電芯的比容量就越高，密度也就越高，811以及532鋰電池正在汽車上廣泛應(yīng)用，未來很長一段時間其實難以出現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)顛覆鋰電池的技術(shù)，如果要提高汽車的續(xù)航里程，或許只能改變技術(shù)路線，比如配備固態(tài)電池或者燃料電池，但是目前這兩類電池距離商用化還有很長的道路。

而社會各方也正在試圖解決續(xù)航里程帶來的焦慮。資料顯示，目前，國家電網(wǎng)正啟動新一輪充電樁建設(shè)，計劃安排充電樁建設(shè)投資27億元，新增充電樁7.8萬個，項目分布在北京、天津等24個?。ㄊ校w公共、專用、物流、環(huán)衛(wèi)、社區(qū)以及港口岸電等多種類型。與此同時，為了解決低溫環(huán)境下動力電池性能下降的問題，多項研究已經(jīng)在進行中，如研發(fā)能夠適應(yīng)低溫環(huán)境的電解液、電極材料、電極結(jié)構(gòu)，以及熱泵空調(diào)技術(shù)等。

有專家一直也在推廣氫燃料電池理念，認為氫燃料電池汽車在未來會是北方地區(qū)更好的選擇，在低溫環(huán)境下不會出現(xiàn)明顯的續(xù)航里程縮水現(xiàn)象。數(shù)據(jù)顯示，燃料電池汽車在現(xiàn)有技術(shù)條件下，基本都能實現(xiàn)-30℃條件下的冷啟動，而且燃料電池目前一般工作于-70℃左右，是個熱源，因此冬季無需額外耗電就能為汽車供暖。

而近期蔚來宣布推出配備有固態(tài)電池的ET7，也試圖打破續(xù)航里程的“魔咒”，該車?yán)m(xù)航里程宣稱可達1000公里，但是目前蔚來的固態(tài)電池也僅僅停留在“PPT”階段。在張翔看來，蔚來固態(tài)電池產(chǎn)品的推出可能還是具有極大的不確定性。“固態(tài)電池現(xiàn)在還不成熟，還未達到車規(guī)級標(biāo)準(zhǔn)，僅僅停留在實驗室階段，現(xiàn)在有幾家公司已經(jīng)開始試生產(chǎn)了，但是一直沒有正式量產(chǎn)，這是因為在量產(chǎn)之后要面臨著諸多問題，比如保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性、供應(yīng)商的管理、成本的控制等。而燃料電池成本也過高，工藝也較為復(fù)雜，大規(guī)模量產(chǎn)也需要一定時日?！?/p>

他還表示，目前續(xù)航里程正是掣肘電動汽車發(fā)展的“痛點”所在，當(dāng)前車企一旦推出高續(xù)航里程的汽車就會備受關(guān)注，也會增加更多的訂單，可以想見，未來誰能夠最先推出高密度的電池，誰就能站在汽車行業(yè)高地繼而改變整體競爭格局。

導(dǎo)致鋰電池在低溫下出現(xiàn)性能下降的原因：低溫下電解液的濃度增大，擴散系數(shù)降低，電池內(nèi)部的電荷轉(zhuǎn)移阻抗顯著增大；低溫環(huán)境下鋰電池的負極析理現(xiàn)象會變嚴(yán)重，且析出的金屬鋰與電解液反應(yīng)，其產(chǎn)物會沉積，導(dǎo)致固態(tài)電解質(zhì)界面厚度增加。