冬季续航焦虑 动力锂离子电池低温与热管理潜力巨大

著者：Iflowpower – Olupese Ibusọ Agbara to ṣee gbe

万辆新车迎冬季生活测试 冬季道路测试占24% 2018年，全国完成新能源乘用车销售10.8万辆，同比增长89%；1-2月完成销售14.3万辆，同比增长134%；但冬季道路实验显示，8款车型匀速、续航次数为24次。 %、含锂钴有机锂、三维锂和磷酸铁锂均不具备明显的抗低温优势，未来低温及热管理市场潜力巨大。

高温热管理已附加，低温热管理技术路线较多。 由于夏季的40次电池自燃事件，很多厂商开始重视高温热管理，而低温热管理尚待开发，仅有少数厂商为电池配备电加热系统；冬季续航是乘客体验的核心指标，电池的低温性能是电池厂商的核心竞争力。 每逢冬季，低端生活都会促使厂商加速低温热管理的渗透，未来市场潜力巨大。

气温低，电化学反应不活跃是蓄电池冬季减电的紧源。 当环境温度过低时，电解液粘度增大，甚至局部凝固，使锂离子放电不畅，导电性降低，容量减少。 使用锂离子电池充电，容易对电池造成不可逆的容量损伤，形成潜在的危险。

相较于NCA、磷酸铁锂，我国所需电池发展方向NCM811低温性能相对较强，高镍化有助于减缓冬季电量不足。 R<000000>D低温电池是解决冬季寿命衰退的根本办法，高效的热管理是当前最为可行的冬季寿命管理方法。 目前较低温度电池中有电解液改性和全天候电池。

混合电解液可整合各类电解液优点，强化锂离子电池，全天候电池技术获得宝马认可，引领市场。 目前液冷管理技术的普及率相比去年有了很大的提高，它可以通过反向加热冷却液来进行低温加热管理，而且市面上也有不少车型实现了低温加热功能。 一、冬季电动车续航能力降低多少？-24%万辆新车迎冬季续航考验，低温热管理可行。

2018年全年新能源乘用车销售100.8万辆，同比增长89%；1-2月销售完成14.3万辆，同比增长134%。 然而，新能源汽车在冬季，特别是在高降水量天气下，电动车的实际寿命已经有所下降，给用户带来了严重的影响。 举几个典型的新能源汽车为例。

一些冬季道路实验显示，这些车型的均匀持续导航里程下降了24%。 而有机锂钴、三维锂和磷酸铁锂并不具备明显的抗低温优势。 由于去年发生了40起电池自燃事件，很多厂家开始重视高温热管理，而低温热管理潜力尚存，只有少数厂家为电池配备了电加热系统。

冬季续航能力是车辆乘客体验的核心指标。 电池的低温性能是电池的核心竞争力。 我们认为每年冬季的低端生活会促使厂商加速低温及热管理的渗透，未来市场潜力巨大。

电池测试越低，电池可用容量越低。 以松下NCR18650A为例，在电池测试中电池容量相比25℃会下降20%左右，且均匀电压较常温有所降低，电池存在差异。 以磷酸铁锂离子电池为例，在15℃时电池的内阻是普通电池的4-5倍，电解液电导率严重下降。

冬季汽车加热设备的使用增加。 目前，PTC加热器是电动汽车加热空调理想的加热源，与电热丝加热相比，其节能效果已上升到70%～98%，但高品位的电能转化为低品位的热能，能源浪费仍然巨大。 与前5个一样，配备2个PTC加热器。

ES8之后为5kW。 耐力只能完成一半。 理论测量加热功率消耗受到严重的限制。

以目前主流的35KWH电池为例，得到发热功耗与行驶里程相关性曲线。 为保证75%的耐久保持率，内部均匀加热功耗控制在1-1.5KW。

但电热转换效率最高为1，与PTC加热器的效率十分接近，因此需要寻找像热泵空调那样的转化效率的技术。 二、锂电池原价在冬季，低温下电化学反应不活跃，低温下，电化学反应不活跃是电池冬季寿命紧张的一个根源。 锂离子电池是典型的“摇杆电池”，充电时，锂离子由正极进入负极，使负极为锂态，正极为负极，碳负极通过外电路获得补偿电荷。

，放电时反转。 当环境温度过低时，电解液粘度增大，甚至局部凝固，使锂离子放电不畅，导电性降低，容量减少。 在低温下使用锂离子电池会造成不可逆的容量损伤和潜在的危险。

低温下锂离子的溶解度会显著降低，从而沉积下来形成锂晶体接枝物。 当生长到一定程度时，可能会刺破隔膜造成电池短路，形成潜在的安全隐患。 而且此时电池的电极动态条件较差，固体电解质界面（SEI）厚度会增加，会不断阻碍离子的流动，导致有效容量衰减。

各类正极材料的抗低温性能有所不同，NCM811电池相对比较耐冻。 电池在-20℃时的容量保持率有所下降，NCM材料与NCA材料差不多，NCM811略高于NCA，但均优于磷酸铁锂离子电池。 目前国内电池的发展趋势有利于减缓冬季低电现象，但仍要低温控制才能使电池工作在最佳范围。

第三，低温连续性、高效热管理，低温电池的研发是应对冬季电量下降的方法，另外还有改性电解液和全天候电池的研究方向，但目前处于测试阶段。 混合锂盐、溶剂和添加剂得到一种综合性能强的高温电解液，是获得低温锂离子电池的愿望。 电解液是电池内阻最重要的因素之一，目前的研究说法是会混合不同的锂盐、溶剂和添加剂。

按特定比例混合以获得最佳效果。 例如在溶剂中，常规溶剂EC介电常数高，成膜性好，但PC溶剂熔点高，粘度大，熔点低（-48℃）能有效防止电解质体系在低温下凝固。 调整二者的比例，增大体系的抵抗力，获得综合优势的抗低温溶剂性能。

全天候电池是电池中的一个可选选项。 2016年，ECPOWER中国团队与宾夕法尼亚州立大学合作研发出可在低温条件下使用的锂离子电池。 通过内部加装电热箔的电路设计，实现低温自动加热，25秒内即可使用。

温度从-20°C至0°C并保持稳定。 这种全天候电池是方形的，每千瓦时附加成本不到1元。 续重不超过1。

5%、20℃时容量衰减仅为一般电池的一半。 宝马在18个月后宣布与Ecpower达成专利协议，该协议极有可能将该技术运用到未来宝马纯电动车型上。 我们认为具有自加热功能的全天候电池是未来的选择之一，但可靠性、加热功耗和电路控制仍需处理。

高效的热管理是当前最可行的冬季生活管理方法。 低温下电池加热系统的设计是一项复杂的工程。 如果仅从最大限度延长电池寿命的角度考虑，电池加热系统是使电池保持在特定温度的最优方案，但从电池安全角度考虑，采取0°C以下的电池加热系统才能最大限度延长电池寿命。

另外，电池加热需要在电池包内填充隔热材料，但这是在需要高温热管理的情况下进行的，因此热管理系统的设计要考虑多方面的因素。 电池加热系统有多种方法，其中液冷加热系统可行性最高。 目前电池加热系统有PTC加热、电热膜加热、相变加热、冷却液加热、热管加热、通讯加热等实现方式。

2017年底，OTA系统升级了电池预热功能。 专利展示了多种加热策略，可在不同工况、不同加热介质、不同热源下进行全天候电池热管理。 不过从它的拆解图来看，也是采用了PTC加热冷却剂，这也是目前最合理的选择，这样可以处理好高低温管理的矛盾，同时改造起来也比较方便，只是在高温流体冷却剂的基础上增加了新的热源进行热管理。

许多车型都具有低温热管理系统，电池液冷加热系统值得称赞。 目前大部分新能源汽车已经配备电池加热系统，但基于PTC的暖风加热系统效率较低。 除Testra外，配备液冷系统的车型均配备电池冷却液加热系统，这已成为一个紧俏的产品卖点。

改善，冷却溶液加热功能将继续渗透。 热泵空调在冬季可以高效节能。 热泵制热时的实际COP可以达到2-4，也就是说，同等热量的消耗能耗是PTC的2-4倍。

目前，已有荣威EI5、MarvelX搭载了热泵空调系统，保证冬季高效制热。 以典型300km充电35kW的电动汽车为例进行计算，采用PTC、热泵空调，以及二者结合形成的仅使用热泵的空调，只有仅使用PTC加热的14%。 行驶里程、节能效果十分。