受電池技術(shù)所限，電動(dòng)汽車的續(xù)航里程普遍都不長(zhǎng)，但如果標(biāo)稱續(xù)航里程真實(shí)靠譜的話，車主們養(yǎng)成了固定的駕駛習(xí)慣與充電節(jié)奏，日常使用時(shí)雖然充電要費(fèi)些時(shí)間，但也不會(huì)有太大問(wèn)題。然而事與愿違，電動(dòng)汽車的續(xù)航里程通常并不那么靠譜，尤其是在冬季氣溫下降之后，續(xù)航里程會(huì)直線下降。
電動(dòng)汽車的冬季能耗為什么會(huì)很高？
2018年冬季來(lái)臨了，很多車主又在吐槽并曬出電動(dòng)汽車飆升的能耗數(shù)據(jù)了，那么為什么電動(dòng)汽車在低溫下能耗會(huì)很高呢？原因來(lái)自多個(gè)方面：
1、冬季空氣密度大，風(fēng)阻增加；（影響較小，跑高速時(shí)的影響會(huì)略大一些）
2、冬季胎壓下降，輪胎阻力增加；（影響較小，補(bǔ)氣后無(wú)影響）
3、鋰離子電池低溫下活性低，內(nèi)阻增加，放電時(shí)會(huì)有額外損耗；（影響中等）
4、低溫下不能大功率充電，因此動(dòng)能回收功能將受限甚至禁用；（影響中等）
5、為防止電池低溫下充放電性能損失過(guò)大，電池主動(dòng)加熱系統(tǒng)會(huì)開(kāi)始工作。（影響中等）
6、冬季開(kāi)熱風(fēng)，電加熱能耗很高；（影響很大）
其中第一條和第二條，燃油車也同樣受影響，但影響較小基本可以忽略。而三四五六條就是電動(dòng)汽車的獨(dú)有特性了，尤其是三四五條都與電池有關(guān)，接下來(lái)就為大家詳細(xì)分析其中的原理。
鋰離子電池在低溫下的性能表現(xiàn)
鋰離子電池的化學(xué)結(jié)構(gòu)決定了它的性能對(duì)溫度非常敏感，化學(xué)反應(yīng)的激烈程度與溫度息息相關(guān)，溫度太高了反應(yīng)太激烈容易失控，溫度太低了反應(yīng)太慢性能受限。具體來(lái)說(shuō)，低溫下鋰離子電池的表現(xiàn)如下：
1.放電容量
以目前的主流三元鋰電池為例，低溫下的放電容量如下圖，磷酸鐵鋰的話損耗會(huì)更大一些。
放電容量損失的原因主要就是電解液在低溫下變得更加粘稠，離子運(yùn)動(dòng)活性降低，內(nèi)阻增大，-20°C時(shí)電池內(nèi)阻是25°C時(shí)的7-10倍之多。
具體在電動(dòng)汽車的能耗與續(xù)航上面，損耗會(huì)略小于上圖的數(shù)據(jù)。因?yàn)榈蜏叵螺^大的內(nèi)阻把損失的能量都變成了熱量，所以電池溫度會(huì)緩慢回升，這樣電動(dòng)車在駕駛的后半程能耗會(huì)逐步下降。
大致上可以理解為，當(dāng)氣溫降至零下時(shí)，對(duì)能耗的影響約為10%以上，續(xù)航也同比縮水。
2.充/放電功率
低溫下電池容量的損失其實(shí)不算太大，但輸出功率的損失就很明顯了：
首先解釋一個(gè)名詞，上圖中的C值就是電池的充放電倍率，充放電倍率=充放電電流/額定容量。例如：額定容量為100Ah的電池用100A放電時(shí)，其放電倍率為1C。換一種說(shuō)法會(huì)更容易理解，就是一塊電池最快可以在1小時(shí)內(nèi)充滿/放空就是1C，充電倍率的C值高代表充電速度快，放電倍率的C值高代表電池的功率大。
所以，氣溫一旦降至零下，電池的放電功率會(huì)直接減半，如果電池的功率沒(méi)有設(shè)計(jì)余量的話（即遠(yuǎn)超電機(jī)功率），那么電動(dòng)車冬季的加速性能會(huì)損失慘重。
上圖為特斯拉Model X的功率表，其中虛線表示不可用，可以看到加速功率損失約3成（電池放電功率受限），動(dòng)能回收幾乎沒(méi)有了（電池充電功率受限）。特斯拉的性能車型P100D在開(kāi)啟狂暴模式時(shí)需要先加熱電池，就是為了最大化電池的放電功率。
電池充放電功率受限，直接影響加速性能和充電速度，但對(duì)于能耗與續(xù)航也有影響，因?yàn)橛袆?dòng)能回收。電動(dòng)車在減速時(shí)可以通過(guò)電動(dòng)機(jī)來(lái)發(fā)電，回充到電池保存起來(lái)，如果動(dòng)能回收可以全功率工作的話，根據(jù)駕駛習(xí)慣的不同，續(xù)航可以延長(zhǎng)15-20%。但如果低溫下動(dòng)能回收受限的話，那就只能回收少部分功率給車內(nèi)電子設(shè)備供電（包括取暖），而絕大多數(shù)動(dòng)能只能用剎車片浪費(fèi)掉。所以，低溫時(shí)電動(dòng)車因?yàn)閯?dòng)能回收不可用會(huì)導(dǎo)致能耗升高約10%以上，續(xù)航同比縮水。
低溫下限制動(dòng)能回收就是為了避免電池大功率充電，所以此時(shí)去充電樁充電的話，您會(huì)發(fā)現(xiàn)充電速度會(huì)非常慢，直流快充樁的速度可能還不如家用交流慢充樁快，從最快幾十kW上百kW降至個(gè)位數(shù)。充電時(shí)必須先把電池加熱至0°C以上功率才能恢復(fù)至10 kW，10°C以上才會(huì)保證30 kW快充的速度，以前1個(gè)小時(shí)充到80%電量還可以接受的話，那么冬季動(dòng)輒2小時(shí)以上就讓人很崩潰了。
3.電池壽命
與很多人的常識(shí)相反，低溫下鋰離子電池的理論壽命反而會(huì)延長(zhǎng)，電池最怕的是高溫而不是低溫。這里強(qiáng)調(diào)一下壽命指的是循環(huán)壽命，而不是電池充滿電后的續(xù)航，續(xù)航縮水問(wèn)題在第1條已經(jīng)講清楚了。
由于低溫時(shí)電池在BMS系統(tǒng)的嚴(yán)格保護(hù)下充放電功率和可用電量均會(huì)受到限制，而且內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)活性降低，可用鋰離子的日常消耗會(huì)下降，所以使用壽命會(huì)延長(zhǎng)。即使考慮到冬季需要更頻繁的充電，當(dāng)總放電電量相同時(shí)，低溫下電池的容量損失也更少，使用壽命更長(zhǎng)。
4.電池加熱
低溫下電池內(nèi)阻增大并且動(dòng)能回收受限導(dǎo)致續(xù)航雙重縮水，那么加熱電池可以將損失的續(xù)航補(bǔ)回來(lái)嗎？由于加熱電池時(shí)的能耗非常大，此消彼長(zhǎng)，所以電池加熱還真不一定能延長(zhǎng)續(xù)航。
現(xiàn)在大多數(shù)電動(dòng)汽車都支持電池加熱功能，加熱的主要目的是防止動(dòng)力性能下降太明顯、動(dòng)能回收受限、充電速度變慢等導(dǎo)致使用體驗(yàn)變差的問(wèn)題，而不是為了延長(zhǎng)電池壽命，也不一定能延長(zhǎng)續(xù)航。
如果是10公里以內(nèi)短途出行，那么電池剛剛被加熱就到達(dá)目的地了，加熱電池消耗的能量沒(méi)能通過(guò)后期的動(dòng)能回收補(bǔ)回來(lái)，所以電池加熱反而會(huì)提高能耗。更長(zhǎng)的出行距離才會(huì)發(fā)揮出電池加熱的優(yōu)勢(shì)。所以電池加熱對(duì)于能耗與續(xù)航里程的影響因人而異，也不好估算。
由于電池加熱很費(fèi)電，所以有些電動(dòng)汽車品牌選擇了加裝燃油加熱系統(tǒng)的方式來(lái)專門(mén)加熱電池，從而延長(zhǎng)續(xù)航，也不失為一個(gè)投機(jī)取巧的方案。
真正的電老虎——空調(diào)熱風(fēng)
前面提到的低溫對(duì)電動(dòng)車能耗的影響，最多也就百分之十幾，全加在一起也就百分之三十四，而真正像黑洞一樣吸取能量的則是空調(diào)熱風(fēng)，想要在冬季把電動(dòng)車加熱至和燃油車一樣溫暖的程度，那你就得做好能耗翻倍、續(xù)航腰斬的心理準(zhǔn)備。
燃油車的空調(diào)熱風(fēng)大家都知道，用的是給發(fā)動(dòng)機(jī)降溫的水循環(huán)回路，這些本就是內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的廢熱，它平時(shí)都要被浪費(fèi)在空氣中，而在冬季它正好可以被利用起來(lái)用風(fēng)扇把熱風(fēng)吹到車廂內(nèi)，燃油車在冬季要做的，僅僅是額外供應(yīng)鼓風(fēng)機(jī)的能量而已，所以油耗增加并不明顯。
熱效率最高的內(nèi)燃機(jī)也就40%左右，60%都以熱能的形式浪費(fèi)掉，想想看汽車在冬季行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)有一半的能量都可以用來(lái)加熱車廂，這是多么奢侈的行為？電動(dòng)汽車要是用一半的電池能量加熱車廂，那續(xù)航可就不止是減半了。
貼片式PTC加熱片，一般用來(lái)加熱電池組
電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)、電池組、逆變器等工作效率都很高，產(chǎn)生的廢熱較少難以收集利用，所以電動(dòng)汽車的空調(diào)熱風(fēng)只能用自身制熱的方式提供。目前使用最廣的方案是PTC熱敏陶瓷元件加熱，把電能轉(zhuǎn)換為熱能，說(shuō)白了就類似于電阻絲，但是一種安全高效容易控制的電阻絲。當(dāng)然給電池加熱也是用PTC。
特斯拉官方給出延長(zhǎng)續(xù)航的手段是：別開(kāi)空調(diào)，空調(diào)最耗電
為了降低熱風(fēng)的能耗，有的電動(dòng)汽車品牌會(huì)使用帶制熱功能的空調(diào)系統(tǒng)或者提供選裝方案，也就是通常所說(shuō)的“熱泵”，原理就是反向空調(diào)，通過(guò)壓縮機(jī)給車外制冷、車內(nèi)散熱，與空調(diào)在夏季制冷時(shí)的方向相反。熱泵在環(huán)境溫度不太低時(shí)（0°C左右）的能效確實(shí)遠(yuǎn)高于PTC，可節(jié)能一半左右，但當(dāng)氣溫降至-10°C甚至更低溫度下，熱泵效率會(huì)明顯下降，另外制熱功率也可能不足。因此熱泵有局限性，適合冬季不太寒冷的南方地區(qū)選裝。
理想智造ONE如何解決冬季里程衰減問(wèn)題
通過(guò)前文的介紹可以知道，冬季的低溫環(huán)境對(duì)純電動(dòng)汽車有著牽一發(fā)而動(dòng)全身的負(fù)面影響，任何純電動(dòng)車都無(wú)法避免冬季里程衰減問(wèn)題，只是衰減程度有高有低，畢竟能量是守恒的，加熱車艙與電池都需要消耗能量，能量從哪兒來(lái)呢？
作為增程式電動(dòng)車，理想智造ONE的增程器是1.2T渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，為驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電池組提供電能。那么發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱就可以充分利用起來(lái)，為空調(diào)和電池組加熱了。
理想智造ONE的熱管理系統(tǒng)
我們和法雷奧公司合作，為理想智造ONE打造了一套極為先進(jìn)的熱管理系統(tǒng)，采用了貫穿增程發(fā)電系統(tǒng)、電池組、空調(diào)系統(tǒng)的水循環(huán)架構(gòu)，在低溫環(huán)境下可充分利用增程器熱量為電池和空調(diào)加熱，高溫環(huán)境下也能通過(guò)壓縮機(jī)來(lái)給電池和空調(diào)降溫。通過(guò)智能的控制各個(gè)系統(tǒng)水循環(huán)閥門(mén)的開(kāi)合，在低溫環(huán)境下充分利用廢熱來(lái)給座艙和電池加熱，在高溫下給動(dòng)力系統(tǒng)散熱并給座艙降溫，確保它們都能工作在最佳狀態(tài)下或處于舒適的溫度區(qū)間。
理想智造ONE在啟動(dòng)增程器且熱機(jī)完成后，加熱座艙和電池都無(wú)需消耗額外的能量，所以冬季的性能衰減很少，續(xù)航衰減也很少。不過(guò)，當(dāng)理想智造ONE的電池滿電時(shí)啟動(dòng)增程器也會(huì)有一定的浪費(fèi)，所以我們?cè)O(shè)定為滿電時(shí)空調(diào)先使用PTC電加熱，這樣理想智造ONE在冬季時(shí)還是會(huì)有一些損失，里程衰減幅度如下：
上圖中傳統(tǒng)電動(dòng)車冬季里程衰減的數(shù)據(jù)其實(shí)很保守，只要空調(diào)稍微開(kāi)高一些，或者電動(dòng)車晚上停在戶外凍一晚上，在-10°C時(shí)的里程衰減都會(huì)超過(guò)50%。
而理想智造ONE則通過(guò)先進(jìn)的熱管理系統(tǒng)一勞永逸的解決了電動(dòng)車在低溫下存在的所有問(wèn)題，加熱電池可以恢復(fù)容量、可以保證動(dòng)能回收始終高效可用、可以保證動(dòng)力性能不衰減、可以保證最快的充電速度、空調(diào)可以隨心所欲的往高了開(kāi)。
