在我國，新能源汽車乘著國家政策鼓勵的東風(fēng)得到快速發(fā)展，但在寒冷地區(qū)的推廣情況卻不甚樂觀，主要是因為低氣溫給新能源汽車的運行帶來很多困難。
“當(dāng)氣溫降到-5℃時，新能源汽車的續(xù)駛里程損失就已達30%。”
“在東北，每到冬季，公交集團的員工每天凌晨4時就要開始對新能源公交車進行預(yù)熱，一個多小時后車輛才能啟動。”
“2014年至2015年，哈爾濱市的新能源汽車推廣數(shù)量還不到1000輛。”
以上這些數(shù)據(jù)與事例真實反映了我國新能源汽車在寒冷地區(qū)推廣遇到的問題。為解決這些問題，在我國最北端的省會城市哈爾濱，最近舉辦了一個以“聚焦新能源汽車耐候性，加快寒地新能源汽車發(fā)展”為主題的寒區(qū)新能源汽車推廣應(yīng)用論壇。此論壇由中國汽車工程學(xué)會與哈爾濱市政府共同主辦。各位參會嘉賓對新能源汽車在寒冷環(huán)境下的應(yīng)用進行了深入探討。
整車和電池都“怕冷”
在我國，新能源汽車乘著國家政策鼓勵的東風(fēng)得到快速發(fā)展，但在寒冷地區(qū)的推廣情況卻不甚樂觀，主要是因為低氣溫給新能源汽車的運行帶來很多困難。
據(jù)參會專家介紹，新能源汽車在寒區(qū)運行，常常遇到冰雪濕滑路面，為保障行車安全，需配備雪地胎增強附著力。由于輪胎滾阻系數(shù)升高，行駛阻力增大，能量損耗隨之加大，造成電動汽車續(xù)駛里程下降。此外，低氣溫會導(dǎo)致整車傳動效率下降，這也會增加電動汽車的能量消耗。
北汽新能源副總經(jīng)理、工程研究院院長王可峰告訴記者，新能源汽車在寒冷環(huán)境下運行的困難還遠不止這些。他說，采暖制熱、除霧除霜都會增加車輛能耗。“如果要保證除霜的質(zhì)量，大概就需要3.5kW到4kW的功率。一輛新能源汽車在-20℃的環(huán)境中以33km/h的速度行駛，僅除霜就要消耗10kW以上的功率，再加上采暖，用于維持車內(nèi)相對舒適狀態(tài)而損耗的能量，就快趕上車輛行駛耗費的能量了。”他補充說，新能源公交車大面積的玻璃窗、金屬材料車身等基礎(chǔ)設(shè)備，在寒冷條件下都有散熱快的特點，進一步導(dǎo)致車體熱量散失。
關(guān)于電池方面的問題，中國工程院院士楊裕生告訴記者，動力電池最低放電溫度在-20℃左右，且放電功率、放電能量在寒冷溫度時顯著下降。溫度降低導(dǎo)致電池放電功率、放電能量明顯惡化，續(xù)駛里程下降。我國北方地區(qū)冬季溫度普遍低于0℃，極寒地區(qū)更低于-30℃，電動汽車普遍存在無法啟動的問題。
低溫環(huán)境中直流充電時間大于90分鐘，而常溫下只需30分鐘，充電時間延長。在低溫條件下充電易導(dǎo)致動力電池負極出現(xiàn)不可逆的微觀塌陷，造成電池永久性損壞。因此，低溫環(huán)境中快充是絕對禁止的。
綜合來說，寒冷溫度下，由于電池性能變差、空調(diào)開啟增加能耗等原因，續(xù)駛里程有明顯損耗，較溫暖時降低約30%~50%。
圍繞問題提出解決思路
對如何提升寒冷環(huán)境下新能源車輛性能的問題，多位業(yè)界專家表達了自己的意見。綜合來說，需同時考慮整車和動力電池兩個方面的性能。
針對低溫環(huán)境的整車設(shè)計開發(fā)，要注意保溫隔熱、抑制能量散失，比如，采用傳熱系數(shù)低的新型材料如碳纖維、陶瓷纖維棉，加強整車密封保溫設(shè)計等。還要降低能耗、提升熱利用率，比如采用輕量化技術(shù)、降低整備質(zhì)量，改良變速器設(shè)計、提高傳動效率，優(yōu)化車身造型和輪胎設(shè)計降低行駛阻力等。
新能源汽車的進步與電池技術(shù)的進步緊密相關(guān)。我國開始研發(fā)、生產(chǎn)電動汽車的時候，使用的是鉛酸電池，中間經(jīng)過了鎳氫電池，目前普遍使用的是磷酸鐵鋰電池，現(xiàn)在又逐漸推廣使用三元鋰電池。對于電池的技術(shù)水平，我國提出了2020年的目標(biāo)，即希望電池單體能量密度能夠達到350Wh/kg。“如果這個目標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)的話，我國新能源汽車的性能將取得很大的突破。”王秉剛說。
對于寒冷環(huán)境下動力電池性能提升的措施有，單體電芯改良和電池模組設(shè)計優(yōu)化兩方面。王可峰告訴記者，目前，低溫性能表現(xiàn)相對優(yōu)異的電極材料為三元正極、鈦酸鋰負極，通過開發(fā)適于低溫條件材料工藝的電芯可以提升電池低溫性能。另外，采用動力電池模組加熱片方案，可使電池低溫充電性能得到明顯提升。對電池采取加熱與充電同時進行的策略，電池溫升速率大于10℃/h，充電效果改善明顯。
“隨著科技的進步，未來可以實現(xiàn)在寒冷季節(jié)，用戶使用車輛之前，提前2小時用手機操作預(yù)加熱車輛。預(yù)加熱車輛消耗的電量來自于充電樁而不是電池，所以可以有效提高車輛的續(xù)駛里程。”王可峰補充說，“對電池包進行預(yù)加熱可優(yōu)化充電速度，之后使用空調(diào)時，也可減少采暖對電池電能的損耗。”
