冬已至 又到了讨论电动车热管理系统的时候

霜降已过，立冬即将来临。进入寒冷的冬季，新能源汽车尤其是纯电动汽车会出现比较明显的性能下降、电池容量衰减，最为直接的表现就是续航里程缩水。

目前，我国电动汽车大多使用的是NEDC续航标准，该标准测试包括四个市区工况和一个高速工况，并且是在实验室内采用台架测试，测试时会关闭大灯、座椅加热、空调等用电设备。由此看来，NEDC的测试续航与实际用车情况相差较大，续航里程太“虚”。一般的电动汽车在春夏秋季的实际行驶里程可以达到厂家标称的NEDC续航的80%-90%，但在北方的冬季，大部分的电动汽车实际行驶里程可能只达到了NEDC续航的60%左右。

低温热管理技术

动力电池高温热管理已受到了重视，而抗低温优势还不足够，低温热管理潜力有待开发。此前中汽研发布的一组数据显示，当室外温度为-7℃、车内22℃时，纯电动汽车的平均续航里程将下降39%之多，而如果是不具备电池温控系统的微型电动车，电量则会下降60%之多。

温度越低，电池可用容量越低，这是因为低温下电化学反应不活跃导致了电池冬季续航降低。锂离子电池充电时，锂离子从正极脱嵌穿越隔膜进入负极，使得负极呈富锂状态，正极呈贫锂状态，同时碳负极通过外电路获得补偿电荷，放电时则相反。环境温度过低时，电解液黏度增大甚至部分凝固，使得锂离子脱嵌运动受阻，电导率降低，最终引起了容量减少。

低温下使用锂电池易造成不可逆的容量损伤和潜在危险。锂离子的溶解性在低温时会显著降低，易形成锂枝晶，生长到一定程度时有可能刺穿电池隔膜造成电池内部短路，形成潜在安全风险。

且此时电池负极动力学条件较差，固态电解质界面（SEI）厚度会增加，将不可逆地持续阻碍离子流动，造成有效容量衰减。

因此，满足电池需求的低温加热技术受到了广泛关注。

据了解，空气加热一般采用强制空气对流的方式，将热空气送入电池模块从而与电池进行热交换。空气加热成本低，但是其对空气调节系统的负荷大，经济性较差。

高温液体加热与空气加热方式类似，采用水、乙二醇、油或制冷剂等作为传热介质，复杂工况下可以更好地满足动力电池热管理需求，然而，目前液体加热方式对动力电池箱的密封和绝缘要求较高，会增加整个动力电池箱设计复杂程度，在可靠性方式尚有许多问题需要解决。

加热板和加热膜类加热则是在动力电池包顶部或底部或之间添加电加热板，加热时电加热板通电，加热板的一部分热量通过热传导方式直接传给动力电池。

相变材料加热则是利用相变材料从液态转变为固态过程中释放存储的能量，实现对动力电池的加热和保温。相变过程中相变材料温度维持在相变温度，利用这个特性可有效解决动力电池在低温环境下温度过低的问题。但相变材料的导热系数普遍较低，需要加入高导热材料如膨胀石墨、碳纳米管等增加其导热能力，导致成本增加。

优化空调热管理系统

从热管理需求划分，电动汽车热管理系统主要包括空调回路、电池热管理系统、电机电动冷却系统和电子设备冷却系统。与传统车热管理不同，电动汽车热管理技术核心是电池热管理系统和空调热管理系统。

冬季车内加热设备的使用加大续航损耗。

目前来看，PTC加热器（正温度系数很大的元器件）是电动汽车暖风空调的主要热源，相比于电热丝加热能量转化效率已从70%上升至98%。但将高品位的电能直接转化为低品位的热能，能量浪费依然巨大，根据车型不同，其工作的功率在2-4kW左右，如果行驶过程中一直使用暖风，那么1小时仅PTC为车内加热就要消耗2-4度电左右，大概会折损15-30公里的续航。

同时，PTC加热技术对车辆的电控系统提出了更高要求。因为加热技术会带来一些安全上的风险，比如PTC加热到一定温度后不能及时停下，继续加热可能会引发电池的热失控。

除了采用PTC加热方式外，热泵空调可在冬季高效节能。据了解，热泵制热时的实际COP可以达到2-4，即相同能耗下产生的热量是PTC的2-4倍。

以续航300km带电35kw的电动车型为例进行测算，PTC、热泵空调以及两者组合的方式所形成的三种方案中仅使用热泵空调相比于仅使用PTC加热可增加14%的续航里程，节能效应非常明显。

在电池技术没有突破性进展的前提下，热泵空调是当前传统空调损耗续航里程问题最好的解决方案，其最突出的优势是在制热工况下可以节省近50%的电耗。

总结

电动汽车的冬季续航是历来的讨论热点，冬季续航已经成为影响消费者购买电动汽车的一大关键因素，同时是乘用体验的核心指标。

研发低温电池是解决冬季续航下降较为根本的方法，高效热管理是当前可行的冬季续航管理方案，减少空调系统能耗是车企努力提升的技术方向。如今，电池的低温性能已成为电池厂商的核心竞争力，每一次冬季低续航的阵痛都将促进厂商、车企加速低温热管理的渗透，未来市场潜力巨大。

虽然以目前的技术，尚不能完全解决冬季续航衰减的问题，但通过车身细节、空调能耗、三电系统、补能布局等多方面的优化，仍能够大幅提升电动汽车冬季驾驶体验。