冬季續航力焦慮 動力鋰離子電池低溫與熱管理潛力大

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萬輛新車迎冬季生活測試 冬季道路測試佔24% 2018年，全國完成新能源乘用車產銷10.8萬輛，較去年成長89%； 1-2月完成銷售14.3萬輛，較去年成長134%；而冬季道路試驗顯示8款車型的均勻續行次數為24次。 %、含鋰鈷有機鋰、三維鋰和磷酸鋰均不具備明顯的抗低溫優勢，未來低溫及熱管理市場潛力大。

高溫熱管理已附加，低溫熱管理技術路線較多。 由於夏季發生的40次電池自燃事件，許多廠商開始重視高溫熱管理，低溫熱管理尚待發展，僅有少數廠商為電池配備了電加熱系統；冬季生活是乘客體驗的核心指標，電池的低溫性能是電池製造商的核心競爭力。 每逢冬季，低階生活都會促使廠商加速低溫熱管理的滲透，未來市場潛力大。

氣溫低，電化學反應不活躍是蓄電池冬季減電的緊源。 當環境溫度過低時，電解液黏度增大，甚至局部凝固，使鋰離子放電不暢，導電性降低，容量減少。 使用鋰離子電池充電，容易對電池造成不可逆的容量損傷，形成潛在的危險。

相較於NCA、磷酸鋰，我國所需電池發展方向NCM811低溫性能相對較強，高鎳化有助於減緩冬季電量不足。 R<000000>D低溫電池是解決冬季壽命衰退的根本辦法，高效的熱管理是目前最可行的冬季壽命管理方法。 目前較低溫度電池中有電解液改質和全天候電池。

混合電解液可整合各類電解液優點，強化鋰離子電池，全天候電池技術獲得BMW認可，引領市場。 目前液冷管理技術的普及率相比去年有了很大的提高，它可以透過反向加熱冷卻液來進行低溫加熱管理，而且市面上也有不少車型實現了低溫加熱功能。 一、冬季電動車續航力降低多少？ -24%萬新車迎冬季續航考驗，低溫熱管理可。

2018年全年新能源乘用車產銷100.8萬輛，較去年成長89%； 1-2月完成銷量14.3萬輛，較去年成長134%。 然而，新能源車在冬季，特別是在高降水量天氣下，電動車的實際壽命已經下降，給使用者帶來了嚴重的影響。 舉幾個典型的新能源車為例。

一些冬季道路實驗顯示，這些車型的均勻持續導航里程下降了24%。 而有機鋰鈷、三維鋰和磷酸鐵鋰並不具備明顯的抗低溫優勢。 由於去年發生了40起電池自燃事件，許多廠商開始重視高溫熱管理，而低溫熱管理潛力尚存，只有少數廠商為電池配備了電加熱系統。

冬季續航力是車輛乘客體驗的核心指標。 電池的低溫性能是電池的核心競爭力。 我們認為每年冬季的低階生活會促使廠商加速低溫及熱管理的滲透，未來市場潛力巨大。

電池測試越低，電池可用容量越低。 以鬆下NCR18650A為例，在電池測試中電池容量相比25℃會下降20%左右，且均勻電壓較常溫降低，電池存在差異。 以磷酸鐵鋰離子電池為例，在15℃時電池的內阻是普通電池的4-5倍，電解液電導率嚴重下降。

冬季汽車加熱設備的使用增加。 目前，PTC加熱器是電動車加熱空調理想的加熱源，與電熱絲加熱相比，其節能效果已上升至70%～98%，但高品位的電能轉化為低品位的熱能，能源浪費仍然巨大。 與前5個一樣，配備2個PTC加熱器。

ES8之後為5kW。 耐力只能完成一半。 理論測量加熱功率消耗受到嚴重的限制。

以目前主流的35KWH電池為例，得到發熱功耗與行駛里程相關性曲線。 為確保75%的耐久維持率，內部均勻加熱功耗控制在1-1.5KW。

但電熱轉換效率最高為1，與PTC加熱器的效率十分接近，因此需要尋找像熱泵空調那樣的轉換效率的技術。 二、鋰電池原價在冬季，低溫下電化學反應不活躍，在低溫下，電化學反應不活躍是電池冬季壽命緊張的一個根源。 鋰離子電池是典型的“搖桿電池”，充電時，鋰離子由正極進入負極，使負極為鋰態，正極為負極，碳負極通過外電路獲得補償電荷。

，放電時反轉。 當環境溫度過低時，電解液黏度增大，甚至局部凝固，使鋰離子放電不暢，導電性降低，容量減少。 在低溫下使用鋰離子電池會造成不可逆的容量損傷和潛在的危險。

低溫下鋰離子的溶解度會顯著降低，進而沉積下來形成鋰晶體接枝物。 當生長到一定程度時，可能會刺穿隔膜造成電池短路，形成潛在的安全隱患。 而且此時電池的電極動態條件較差，固態電解質界面（SEI）厚度會增加，會持續阻礙離子的流動，導致有效容量衰減。

各類正極材料的抗低溫性能有所不同，NCM811電池相對較耐凍。 電池在-20℃時的容量保持率下降，NCM材料與NCA材料差不多，NCM811略高於NCA，但均優於磷酸鐵鋰離子電池。 目前國內電池的發展趨勢有利於減緩冬季低電現象，但仍要低溫控制才能使電池運作在最佳範圍。

第三，低溫連續性、高效熱管理，低溫電池的研發是應對冬季電量下降的方法，另外還有改質電解液和全天候電池的研究方向，但目前處於測試階段。 混合鋰鹽、溶劑和添加劑得到一種綜合性能強的高溫電解液，是獲得低溫鋰離子電池的願望。 電解液是電池內阻最重要的因素之一，目前的研究敘述是會混合不同的鋰鹽、溶劑和添加劑。

按特定比例混合以獲得最佳效果。 例如在溶劑中，常規溶劑EC介電常數高，成膜性好，但PC溶劑熔點高，黏度大，熔點低（-48℃）能有效防止電解質系統在低溫下凝固。 調整二者的比例，增大系統的抵抗力，獲得綜合優勢的抗低溫溶劑性能。

全天候電池是電池中的一個可選選項。 2016年，ECPOWER中國團隊與賓州州立大學合作研發出可在低溫條件下使用的鋰離子電池。 透過內部加裝電熱箔的電路設計，實現低溫自動加熱，25秒內即可使用。

溫度從-20°C至0°C並保持穩定。 這種全天候電池是方形的，每度電附加成本不到1元。 續重不超過1。

5%、20℃時容量衰減僅為一般電池的一半。 BMW在18個月後宣布與Ecpower達成專利協議，該協議極有可能將此技術運用到未來寶馬純電動車款上。 我們認為具有自加熱功能的全天候電池是未來的選擇之一，但可靠性、加熱功耗和電路控制仍需處理。

高效率的熱管理是目前最可行的冬季生活管理方法。 低溫下電池加熱系統的設計是一項複雜的工程。 如果僅從最大限度延長電池壽命的角度考慮，電池加熱系統是使電池保持在特定溫度的最優方案，但從電池安全角度考慮，採取0°C以下的電池加熱系統才能最大限度延長電池壽命。

另外，電池加熱需要在電池包內填充隔熱材料，但這是在需要高溫熱管理的情況下進行的，因此熱管理系統的設計要考慮多方面的因素。 電池加熱系統有多種方法，其中液冷加熱系統可行性最高。 目前電池加熱系統有PTC加熱、電熱膜加熱、相變加熱、冷卻液加熱、熱管加熱、通訊加熱等實現方式。

2017年底，OTA系統升級了電池預熱功能。 專利展示了多種加熱策略，可在不同工況、不同加熱介質、不同熱源下進行全天候電池熱管理。 不過從它的拆解圖來看，也是採用了PTC加熱冷卻劑，這也是目前最合理的選擇，這樣可以處理好高低溫管理的矛盾，同時改造起來也比較方便，只是在高溫流體冷卻劑的基礎上增加了新的熱源進行熱管理。

許多車型都具有低溫熱管理系統，電池液冷加熱系統值得稱讚。 目前大部分新能源汽車已經配備電池加熱系統，但基於PTC的暖風加熱系統效率較低。 除Testra外，配備液冷系統的車款均配備電池冷卻液加熱系統，已成為一個緊俏的產品賣點。

改善，冷卻溶液加熱功能將持續滲透。 熱泵空調在冬季可以有效率節能。 熱泵製熱時的實際COP可以達到2-4，也就是說，同等熱量的消耗能耗是PTC的2-4倍。

目前，已有榮威EI5、MarvelX搭載了熱泵空調系統，確保冬季高效制熱。 以典型300km充電35kW的電動車為例進行計算，採用PTC、熱泵空調，以及二者結合形成的僅使用熱泵的空調，只有僅使用PTC加熱的14%。 行駛里程、節能效果十分。