【太平洋汽車網 技術頻道】春節前，太平洋汽車網PCauto與皆電GeekNEV同僚們開着6台新能源車跑了一趟“智駕千裡”春運長途，在廣州與武漢之間跑了一個來回，其中純電車型在南方冬季的通暢高速巡航工況下，真實續航大約在NEDC标稱續航值的50-60%之間。
若是北方媒體跑純電續航測試，這個比例會更低一些。因而我們可以發現，新能源汽車的真實續航與外界溫度的相關性非常強，夏季外界溫度過熱時，動力電池需要降溫，車内需要開空調；冬季外界溫度過低時，動力電池需要加熱，車内需要開暖風。
2021年夏季，筆者寫了一篇關于電池散熱降溫的文章：
今天，我們來看看電池加熱的一些事一些情：
為何需要給電池保溫
目前所有新能源車均裝備了锂離子電池包，包括BEV純電動、PEHV插混、REEV增程、HEV非插混、FCV氫燃料電池，而锂電池對溫度非常敏感，特别嬌氣，溫度太熱太冷都不爽，它會立刻沒有了理想，不好好充電/放電。
一般而言，锂離子電池的最佳工作溫度在20℃左右，比如MEB平台的動力電池恒溫就定在23℃。如果電芯溫度因為外界降溫而下降過多，電芯正極材料活性降低，電芯内部運動的锂離子數量下降，正負極材料中的帶電離子擴散運動能力變差，電能傳遞速度降低，帶電離子運動不順暢，電池充放性能下降。低溫不僅影響充放電的效率，還會因為低溫析锂生成锂枝晶，影響電池的循環壽命甚至讓電池提前報廢。
從下圖“SoC-電壓”坐标圖可見，極端低溫-30℃與超低溫-20℃下的放電曲線都非常陡峭，-30℃大約隻有SoC 20-60%可用，-20℃大約隻有SoC 15-80%可用，電壓變化非常大。
由于電池充放電的化學反應會發熱，是以在非極端低溫環境中，工作了數十分鐘後的電池，可以依靠自身發熱來維持溫和舒适的“體溫”。可是，冷車啟動狀态下的動力電池，根本無法依靠自身發熱來抵抗外界寒冬，這時候我們就要給電池設計保溫措施。
當然，大陸國土面積實在太大，天氣預報三分鐘都報不完的那種，這就給動力電池保溫政策給出了不同的要求，也讓我們形成了“南鐵锂/北三元”的電池技術路線格局。上圖那張圖便是磷酸鐵锂的電壓曲線圖，标稱電壓隻有3.2V（其他動力锂電池是3.7V），且鐵锂非常怕冷。
大家可以看看下方的一月平均氣溫分布圖，大陸東北、華北、高原地帶毫無疑問是0℃以下低溫，中原地帶能維持在0℃左右，五嶺以南一路向高。
在秦嶺淮河線以北的使用者，冬季使用磷酸鐵锂配方的電動車要遭罪了，Model 3磷酸鐵锂版的車主們應該最有發言權，與三元锂版的冬季續航差距有點大。
主流的電池的保溫政策
秦嶺淮河以北一年僅一熟的地域，冬季氣溫分分鐘往零下攝氏度走，電池包工作自産熱不足以維持正常工作溫度，車企基本都會用以下6種方案來解決低溫難題：
A
被動式保溫裝置
簡單來說就是電芯、模組、電池包三個層面的殼體本身，以及配套的隔熱保溫裝置。
保溫材料必須考慮很多因素，比如必須是熱的不良導體，必須阻燃，必須絕緣，最好防水防塵還耐受高溫低溫，材料成本也不能太高，最好重量也要輕巧一些……
一般電池包内部會放氣凝膠來隔熱，而氣凝膠這玩意就比較有趣了，它是世界上密度最低的固體（低至0.003g/cm2），裡頭絕大部分都是氣體，基本能隔絕熱傳導，美國宇航局在90年代就愛上這種新材料。Lyriq那個奧特能平台也宣傳過自家氣凝膠隔熱材料可以擋住600℃熱浪沖擊。
雲母也是不錯的隔熱材料，岚圖此前釋出的“雲母電池”就用了“雲母+氣凝膠”的方案來隔熱。
另一種材質叫“德耐隆”（Telite），是一種改性發泡材料，同樣是用來隔熱保溫的，屬于比較新型的材料。
在這幾種材料的包裹下，電芯自産熱量就能讓電池維持在比較舒适的問題進行充放電。
雖然被動保溫材質是比較“古老”的方式，但這是動力電池必有的配置，再簡陋的新能源也會有一定的保溫材質包裹。除此之外，工程師們還研發了後文我即将提到電阻/液體/外置熱源系統不工作時，但這些主動式保溫系統并非長時間工作的，當溫度充足時自然會斷開供能，此時電池包内部依然需要依靠被動保溫材料來控溫。
B
電阻加熱系統
“熱得快”用過吧？就是這玩意。
不過傳統“熱得快”非常低成本，沒任何防護裝置，相當于拿在國小生手上的RPG火箭發射器。動力電池用的電阻加熱系統一般有兩種，常用的叫PTC熱敏電阻（Positive Temperature Coefficient），是一種電阻随溫升而激增的半導體電阻（下圖）。
另一種是加熱膜，有金屬的或者矽基的，現在還有把導電粒子加入高分子有機材料裡面做加熱膜的。這些薄膜會貼在電芯附近，加熱效果比PTC更加均勻，體積也比較小（隻有2mm這麼薄）。
還有一種使用“帕爾貼效應”（Peltier effect）的加熱裝置，熱效率更高，但暫時還沒量産。
之前有讀者問過，耗電來給電池加熱，續航不就更低了嗎？
問得挺好。前文我們說過電池在超低溫下的充放電性能會降低50%甚至更多，如果我隻用5-10%的電量去加熱電池，讓它恢複30%電量，是不是賺了呢？就是這麼個簡單道理，而且加熱系統不需要一直工作的，等溫度差不多了，下半場留給電池工作的自産熱來維持體溫。
之前我拍過MEB平台的溫控裝置，下圖加熱部分使用PTC熱敏電阻（紅框，一大一小）和可供選裝的熱泵（藍框），冷卻部分使用R744空調壓縮機裝置（藍框，同一個）。
為什麼PTC加熱裝置有兩個呢？大的那個在車廂内，給車内供暖；小的那個在前艙内，給電池供熱。兩個裝置獨立之後，可以按需加熱，耗能會更低。
因為有PTC的存在，即使在-10℃低溫環境下，1小時也可讓ID.産品充入近80%電量。
C
液體加熱系統
此前文章我們聊過液體冷卻方案，液體可以帶走熱量（液體冷卻），也可以帶來熱量（液體加熱），是以可以在液冷方案動力電池基礎上改為冷熱兩種溫控系統。
液體加熱方案其實是“PTC+液體循環系統”的結合（相當于一台電熱水器），通過PTC加熱包内液體，進而通過液體循環把熱量輸送到每一顆電芯上面去。
相比單純的PTC加熱方案，“PTC+液體循環系統”的加熱更加均勻，可以更好地保證電芯的一緻性，延緩容量減少的速度，降低熱失控的機率，提升循環壽命。
未來，可能還會有浸入式的液體加熱方案量産，熱傳遞效率會更高。
D
外置熱源加熱
說得有點文绉绉，其實就是利用一台内燃機，通過燃燒石化燃料産生熱量為電池包加熱。
比較典型的例子就是威馬EX5可供加裝的“極地電加熱系統”，實則是一台小型的單缸活塞式内燃機，采用燃效更高的柴油燃料，在-30℃以下的極端低溫溫環境中非常管用。
這套系統的工作流程也是挺簡單的，容量為6L的小油箱裝了柴油，柴油燃燒之後的熱量用來加熱電池液體回路中的液态媒體，液态媒體加熱電池。如果每天啟動之後需要加熱大約1小時，6L柴油大約夠用1個月多。
外置熱源加熱系統的優勢是不需要耗費電池本身的電量來加熱電池，缺點是造價比較高，不能拆卸，非冬季不使用這套系統時還得一直挂着它走，削減續航裡程。
E
脈沖自加熱
脈沖自加熱系統是最近才量産的，比亞迪和長安都在研發這種技術，其中比亞迪将電池模組一對一編排，用電池組1對電池組2充電，然後迅速用電池組2對電池組1充電，快速左右橫跳。
因為電芯在低溫狀态下的内阻很大，是以脈沖充電會産生熱量，而且這些熱量就在電芯内部，不會有傳遞損耗。
長安的脈沖自加熱系統是如何的，暫時沒有資料。
F
熱泵
熱泵最近幾年在新能源車領域已經開始流行起來了，它是利用液體-氣體的相變來換熱的。下圖是 @論科技 畫的圖。
外内是一個蒸發器，讓氣體液化放熱；車外是一個冷凝器，讓液體氣化進行吸熱；泵是拿來壓縮氣體用的。
我在電池冷卻文章裡面聊過相變傳熱方式的高效率，這裡就不多說了。這裡要說的是，基于全球環保需要，各國逐漸禁用R134a作為汽車空調 制冷劑，主要替代制冷劑為R1234yf 或CO2（R744），CO2在标準大氣壓下的沸點比R134a和R1234yf更低，是以在寒冷天氣下制熱效率更高，而且CO2制冷劑最為環保，完全無毒，後續使用無需回收。
熱泵的效率遠高于PTC加熱，但熱泵的功率不高，此前筆者就看到過MEB平台的拆解，講師說極度低溫情況下，熱泵空調與PTC會一起工作，等溫升充足之後就停掉費電的PTC。
這節的最後補充兩句：隔熱與保溫是兩個有較強相關性的獨立項目，隔熱是安全方面的必須，隔熱性能越強越好；但保溫不是越強越好，高緯度使用者當然希望電池保溫性能拉到滿，但低緯度使用者的電池若是保溫太強了，散熱裝置的性能和成本也要随之上升，不然在夏季就無法順利排熱。
冬季電池保溫與用車的其他事
智能化的預加熱功能
低溫充電時，電池内部活性物質很慵懶，一般來說隻能涓流充電，這時候進行大電流充電是很危險的，電控做得不好的新能源車在北方冬季快充時可能有風險。
但新能源車的電量很珍貴，車輛靜置狀态下肯定不會一直啟動加熱裝置來維持電池體溫，若突然想出行或者突然接入電網充電，冷車啟動的電池就會遇到超低溫故障問題，輕則電量大減，重則無法啟動或者産生锂枝晶削減循環壽命。
目前中高端新能源車會配備電池預加熱功能，在你APP預約使用車輛的時間之前一點點，先打開電池加熱裝置為其升溫，甚至可以提前打開車艙内暖氣。
如何高效率充電
毫無疑問，露天停車場的氣溫是遠遠低于地庫内部氣溫的。是以，如果你是純電動車車主，可以選擇露天和地庫，請優先選擇地庫（地庫停車費過高的情況除外）。
因為冬季低溫，充電速度不僅很慢，而且電池在超低溫下進行充電很容易造成損傷。在地庫下方，不僅氣溫較高，充電速度能夠提升，電池安全性也得到保障。
冬季融雪會浸濕充電裝備，在自己不熟悉的公共充電樁上操作，不妨戴一雙塑膠絕緣手套（或者可以套在禦寒手套外面的超大碼絕緣手套），一方面不會弄髒自己的手或者棉手套，一方面可以做到防觸電。中國的公共設施保養情況堪憂，有關部門管理或者盈利機構管理也不力，是以充電樁的日常使用損傷還是挺嚴重的，就怕絕緣不到位。
此外，冬季充電普遍偏慢，而很多公共充電樁都使用了“一樁多線”充電車位。由于“一樁多線”會分走一部分功率，是以充電時，不妨挑一個兩根充電槍都閑置的樁位去充電，這樣子的話充電時間可以縮短一些。
溫度一緻性
電芯出廠的時候就會有一緻性的差别，後期會通過電控來平衡。
冷卻系統與加熱系統同樣會給電芯帶來後期的一緻性問題，無論是氣體、液體、固體傳熱，一條熱傳遞通道裡面肯定有最熱的點和最冷的點，這兩個點上面的電芯就會有完全不同的老化速度，過熱/過冷的電芯會老化得特别快，容量掉得更快，後期還會有電壓不足的問題。
不同類型的動力系統
新能源車都安裝有動力電池，其中BEV純電動車的動力電池最大，沒有其他動力系統，因而最怕冬季低溫，需要消耗自身電量來保溫。
PHEV插電混動車（中型電池）、REEV增程式混動車（小型/中型電池）、HEV非插電混動車（小型電池）均搭載内燃機，不需過多考慮冬季低溫。
FCV氫燃料電池車也需要保溫，因為動力系統裝在了一塊小型動力電池作為能量中樞，是以也有保溫的難題。
千萬不要大腳“電門”放飛自我
低溫放電與低溫充電一樣傷電池，而那些裝載了電加熱系統或外置熱源的純電動車也不能幸免，因為冷車啟動的時候，加熱系統還沒有進入狀态，電池内部的溫度依然很低，此時切勿大腳“電門”放飛自我并貿然表示“連冷啟動都不暢順的汽油車在冬天都是渣渣”。
此外，因為冬天行車，車内外都需要取暖，外後視鏡加熱、後窗加熱絲、空調暖風、座椅加熱等等部件會耗費不少電能，這時候還暴力駕駛，電量消耗速度會遠超你想象。
結語
有不少人用上電動車之後，就不顧任何前提調校死勁給周遭的人案例電車，這并不唯物辯證。
電動車的優缺點都太明顯了，以至于需要使用場景特别吻合的人群，才特别适合買電動車，比如年均行駛裡程特别長、擁車時間不低于3年、充電條件良好、不暈電車等等。此外，次元中等的使用者，使用電車的樂趣會大大增加，夏天不用開足空調，冬天不用開足暖氣，續航不至于那麼捉襟見肘。
（文：黃恒樂）