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冬天连空调都不敢开?3套技术方案拯救电动车里程衰减

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里程焦虑这种事,往往随着季节的变化而变化。

以上这句话指的是:在我国大部分地区,只要冬天一到,纯电动车一定躲不开的就是续航里程衰减。我们甚至能经常听到车主抱怨:冬天连开空调都要担惊受怕。

所以,今天这篇文章想和大家聊两个话题:

1、电动车为什么会在冬季发生里程衰减?
2、各家车企会采用什么方案来解决这个问题?

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一、低温是电动车的天敌,这一点谁都否认不了

严格意义上讲,造成电动车续航里程衰减的罪魁祸首不是“冬天”,而是“低温”。毕竟要是广东、海南的冬天,电动车续航相比其他季节不会有太大差别。

特斯拉官网上有一台续航里程计算器,非常清晰的演示了温度变化对于电动车续航表现的影响:

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以Model S 100D举例,其他因素不变的情况下,-10摄氏度的续航里程要比30摄氏度时低上85km。(默认冬天空调暖风、夏天空调冷风)

低温首先影响的是电池可用容量,动力电池放电的过程就是电子转移的过程。低温环境下,电解液粘度增大,离子的转移会受到更大阻力。

与此同时,电池内部的电阻也在增大,离子扩散能力受到很大影响。两者结合在一起就造成了电池活性降低,最终反映在电动车上,低温造成动力电池的可用容量下降。

仅仅是电池活性降低还不算完,天冷开暖风空调对于车内成员来说再正常不过了,不过要是放在电动车上,空调制热可是个耗电大户。

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燃油车尚且还可以拿发动机热量为空调制热,到了电动车上则没那么容易办到,多数情况下单靠电动机热量无法满足全部热源需求。市面上不少纯电动车都要使用PTC热敏电阻加热,最终消耗的还是电池包里的电能。

按平均加热功率5kW来算(不少电动车的实际功率都大于这个数字),加热1h消耗5度电。假如拿特斯拉Model X P100D的电耗19.7kWh/100km计算,空调每制热一个小时就要消耗将近 25km的续航里程,这绝对不是一笔小数目。

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二、明白了为何会里程衰减,那么有啥解决方案?

(1)PTC电加热方案

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现阶段最常用的一种电池加热方案,和刚才提到的为空调制热的PTC热敏电阻是一个技术原理。液冷循环方案下,通过电阻丝产生热量,加热冷却液后,快速使动力电池达到合理工作温度。部分车型带有预加热功能,一旦监控到电池包已经升到合理温度后,会设定为自动保温模式。

吉利EV450、长安逸动EV460、北汽EX360等车型都用到了PTC电池加热方案,具体名称各家车企的叫法不一样,但后缀一般都为“XXX电池温控管理系统”。

像是特斯拉等车企在设计电池热管理系统时,还会将电池、电机自身工作时产生的热量用来制热,只有当这部分热量不足以维持需求时,才会再启动PTC加热,确保不浪费多余电能。

(2)从车外收集热量:热泵空调

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文章最开始我们提到了,造成电动车冬季续航里程衰减的最主要原因有两个:一是低温影响电池可用容量、二是空调制热消耗大量电能。

所以,除了加热电池组之外,一些车企也从降低空调制热能耗方面入手,寻找可行方案。这种背景下,有车企提出要用热泵空调制热。

水往低处流,水泵则可以把低处的水抽向高处。热量通常则由高温物体向低温物体转移,而热泵则和水泵一样,可以逆势将热量从低温物体转移至高温物体。

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(热泵空调技术原理)

制冷剂在冷凝器内进行蒸汽冷凝,随后释放热量为车内加热。冷凝后的液态制冷剂流向节流阀减压降温,随后进入蒸发器,吸收外界环境的热量而蒸发。最后一步,通过压缩机进行压缩升温,完成四步制热循环。

和单一PTC空调制热方案相比,热泵空调的能耗大约是前者的50%。如果按照刚才计算的数据,PTC空调每制热1h消耗25km续航里程来算,使用热泵空调1h大约能节省12.5km的续航。

不过有一点还是要补充,虽然耗电量降低不少,但多数情况下,车企依然不敢全部依赖热泵空调为车厢内部制热。最主要的原因有两点:

1、需要冗余设计,一旦热泵空调发生故障,车内制热功能彻底瘫痪。
2、和PTC方案相比,热泵空调在低温状况下的制热效率并不高,反映在使用体验上就是加热时间慢。

电装、法雷奥等tier 1之前已经推出了车载热泵空调系统,宝马i3、日产leaf、荣威Marvel X等车型都有过应用。

(3) 怎么才能既不耗电又加热?柴油加温可以

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PTC可以加热电池组、热泵空调可以完成空调制热,但无论如何,这两套方案消耗的终究是自身电池包里的电能。羊毛总是出在羊身上,效果肯定不会那么令人满意。

既想缓解冬季续航里程衰减,又不想消耗自身电能,自然就要靠动力电池之外的系统提供能量。本篇中的第三套方案就满足这一点:柴油加温系统。

量产车阵营里,威马EX5是第一个用了这项技术的车企,按照他们的说法叫作“极地加温系统”。技术原理并不复杂,车辆内部安装一套柴油热风机,类似于微型柴油机一样,包含燃烧室、火花塞、柴油雾化器等部件。

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(柴油热风机技术原理)

工作状态下,柴油燃烧产生的热量为电池组内的循环冷却液加热,提高电池温度,进而缓解电动车的续航里程衰减。整个工作过程中,消耗的电能可以忽略不计。

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(图中红圈为柴油加油孔)

威马在EX5的右后方设计了一个加油孔,油箱总容量6L。容积虽然无法和燃油车油箱比,但维持加热状态下,油耗只有0.1 - 0.2L/h。加满一次柴油足够为电池组连续加热30-60个小时。

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(威马EX5 柴油加油孔,不同温度对应不同柴油标号)

除了柴油加温系统之外,EX5上还装了一套PTC电加热系统,两者共同组成全天候电池包温度管理系统(均为选装)。至于背后的工作逻辑,则是由威马他们自主研发的一套电池热管理系统进行实时监控。每个电池模组内有两个电芯温度传感器,威马设计的标定可以让电池温差保持在±2℃的范围。

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(威马EX5 PACK内的电池热管理系统)

以现阶段的技术落地方案来看,在避免消耗自身电能的前提下,柴油加温系统应该是唯一一种可以为电池组加热的方案。

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总结一下

1、对于大多数用户来说,低温状况下完全关闭空调不太现实,这部分电耗不可避免。

2、冬季用车时,想要避免纯电动车续航里程大规模衰减,最有效的方案还是为电池组加热做足充分准备。风冷车型无能为力,水冷车型还可以借助PTC电加热缓解部分衰减。

3、柴油加温系统可以避免消耗电能,但实际成效有多大,有机会还是要看实测结果。
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评论列表

一个字不服来战

  • 2F
    七喜 2019-02-12

    所谓“里程焦虑”其实只是充电焦虑的一种虚假投射而已!开燃油车时也常遇到续航只剩100公里甚至50公里的时候,到处都有加油站,加油只需几分钟!如果补充电能也同样方便同样快捷,续航200公里的电动汽车也同样不会有焦虑!可见充电问题才是推广普及电动汽车的真正障碍!

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