最近,全国各地的电动汽车车主朋友们是不是发现您的爱车续航里程突然大幅缩短,跑不了多远,“油门”踩下去没劲儿?是不是都开始为冬季严寒感到发愁,尤其是北方的朋友们,如此天气不仅影响出行计划,而且很多人为了能够省点电,不舍得开暖风,车里车外几乎一个温度。这样的体验,让人简直怀疑当初决定买电动汽车考虑的价值所在。

东北的小伙伴,冬天零下二十多度似乎是家常便饭。这可让拥有电动汽车的他们可咋办?

为何在寒冷的冬天电动汽车的续航会减少,不用脑袋想就知道与低温有关。小编在想,这可能与智能手机在低温状态下明明显示电量充足但却瞬时关机是一个道理。但是为何低温会对它们的续航产生如此大的影响,小编不太懂技术,查找了资料,顺便给大家科普下。

扒一扒,冬天的锂电池怎么了?

为什么冬天电动汽车的续航就不行了?

通常来说,目前市面上绝大多数的电动汽车、甚至是电子数码产品,使用的都是锂电池,那么就先扒一扒,冬天的锂电池怎么了。

先从原理说起。电动汽车上使用的主要锂电池类型,磷酸铁锂、三元锂和锰酸锂三种主流的锂电池,负极石墨材料为主。他们的基本反映原理是近似的,都是“摇椅式”电化学储能过程。

Li-car18012901 锂电池放电过程

如上图所示。在充电过程中,由于电池外加端电压的作用,正极集流体附近的电子在电场驱动下向负极运动,到达负极后,与负极材料中的锂离子结合,形成局部电中性存放在石墨间隙中;消耗了部分锂离子的负极表面,锂离子浓度变低,正极与负极之间形成离子浓度差。在浓差驱动下,正极材料中的锂离子从材料内部向正极表面运动,并沿着电解质,穿过隔膜,来到负极表面;进一步在电势驱动作用下,穿过SEI膜,向负极材料深处扩散,与从外电路过来的电子相遇,局部显示电中性滞留在负极材料内部。放电过程则刚好相反,包含负载的回路闭合后,放电过程开始于电子从负极集流体流出,通过外电路到达正极;终于锂离子嵌入正极材料,与外电路过来的电子结合。

负极石墨为层状结构,锂离子的嵌入和脱出的方式,在不同类型的锂离子中没有太大差异。不同正极材料,其晶格结构存在不同,充放电过程中的锂离子扩散进出,过程略有不同。

放电过程中,锂离子想要从负极来到正极,需要在一些动力的驱动下克服一些阻力才能实现。这些阻力包括,从负极结构中扩散出来要克服负极SEI膜阻抗;沿着电解液扩散需要克服电解液传导阻抗;穿越正负极之间的隔膜,需要克服隔膜阻抗;从电解液进入正极,需要克服正极SEI膜(这个膜的结构不是特别明显)和材料内部扩散阻抗。

那么锂离子克服这些阻力的动力哪里来?一方面来自于正负极材料电势差,正极材料与负极材料的势能差越大,电池表现出来的开路电压越高,电池存储的能量也就越多,这个属性也是电池能够放电的基本动力;另一方面,电解液中不同位置离子浓度的不同,驱动离子从高浓度位置向低浓度位置运动,所谓浓差驱动。

这样看来,只要我们明确,低温是怎样影响这些阻力和动力的,就能理解低温对锂电池性能的影响是怎么起作用的。

正极材料活性物质,温度越低,其活性越差,对外表现出电势降低;正极锂离子在材料内部通道中的扩散越困难,表现出阻抗增加;负极表面的SEI膜,是电解液与负极材料初次接触时候形成的一层钝化膜,它的存在保护了负极材料不会被电解液进一步腐蚀,同时又能允许锂离子进入和脱出。当温度降低,锂离子通过SEI膜也变得困难,表现为阻抗增加;电解液的活性,在低温下同样变差,离子在电解液中的扩散能力降低。带电离子的移动速率,宏观上的表现就是电流值的大小。回想一下电流的定义:单位时间流过导体任意截面的电量。联系到电荷移动速率与电流的关系,低温使得电解液通过电流的能力降低了。而对电荷移动的阻碍,则表现为回路阻抗。温度下降,电解液阻抗上升。

整体上看,在锂电池这个体系里,电荷移动的不顺畅,既表现为电势降低,同时又表现为阻抗升高。电势或者说电池的开路电压,在一定温度下,与电池内部容纳的能量有明确的对应关系,那么电势下降显示了电池内电能的减少。

上述解释似乎显得过于复杂,那么简单总结下为何低温下,电动汽车的续航里程少了?宏观上,因为低温使得锂电池的可用容量变小了,同时内阻变大了;微观上,低温一方面降低了锂电池活性物质放电的势能,另一方面提高了系统放电阻力。可用电量减小,行驶里程必然会减少,而电池内阻的增加,又将一部分可用的电能直接转化成欧姆热浪费掉了。两方面因素综合到一起,续驶里程必然明显减小。

是否有办法避免或减轻掉电,提高冬季电动汽车续航里程?

低温给电池带来的种种变化,怎样解决呢?还是得从温度入手。

我们来说一个方案,暂且称为“恒温车库法”。既然已经验证电池怕冷,把车放在温暖的地方不就行了?有位北方车主试验,将车开到看起来很高大上,其实也的确啥都买不起的高级商场,停好车时,车内仪表盘显示环境温度为5℃,第二天准备接它回家时,表现温度变为19℃,这温度快赶上家里的热炕头了!试验效果不错,16个小时续航和电量丝毫没变。所以多花点钱放在温暖的车库还是值得的。哈哈,这只是一个不是建议的建议……

第二,这个方法切实可行,就是预热,就是起动之前,先给电池加热。当然,你的车需要具备电池加热功能才行。有数据显示,一个预热措施可以带来如下水准的里程提升:环境温度零下20℃,无预热,直接起动行驶,续驶里程是常温里程的60%左右;采用预热方案,续驶里程提高到常温里程的90%。如果把动力电池自身作为电源,微小电流自加热,除了消耗电量以外,还会带来对电池本身寿命的伤害,是一种不太合理的加热方式。

第三,看来“恒温车库”或者“预热”都不太理想,如果你所在地区的温度也只是在0℃左右,可以采取先小功率低速行驶一段时间,让电池小电流放电行驶的同时给自己加热。当电池温度超过15℃以后,就可以正常行驶了。

说到底就是不能让电池的温度太低。所以,在冬天出门之前做好行程规划,出发前事先将充电插头连接到汽车上,用外部的电量来为锂电池恢复温度。如果是家中有车库的朋友来说就更方便了,每次回家就可以直接将充电桩与汽车连接,让电动汽车时刻保持温度。如果没有任何保温、预热的条件,又在东北,安全第一,建议冬天就别开电动汽车了。

都说电器怕放不怕用,时常给用电器通电能有效防止线路受潮,对于电动车,也能有效且直接地对抗掉电。可是,低温工作对于锂电池的伤害非常大,不到不得已的情形,最好不要低温运行,包括放电和充电。低温放电,会造成对正负极材料结构的损坏,进而使得一部分可用容量永久损失。而低温充电的危害更大,经历过低温充电的电池,发生热失控的几率增大数倍,其主要影响因素就是低温充电积累下来的锂金属沉积,更活泼,更容易发生剧烈反应。

眼前实在是没找到太好的电动汽车对抗严寒解决办法,小编在想要不等真正的低温电池出现了,再考虑购买电动汽车?

根据新能源汽车科普、电动知家等网络内容编辑整理。