论温度对新能源电动汽车推广应用的影响

丁福军　赵雄峰　任永财

摘 要：电动汽车作为新能源交通工具，以便捷、环保的优点受到人们的青睐。但是，其发展受诸多因素的制约，其中温度是一个重要因素，尤其是低温环境对车辆的使用造成很大影响。以下就低温对新能源电动汽车在应用推广过程中出现的常见问题及应对措施做详细阐述，并推断今后应对温度影响对新能源电动汽车推广应用的措施。

关键词：温度;新能源;电动汽车

1 引言

在电动汽车的发展过程中，充电问题成为制约电动汽车发展的一个重要因素。充电桩基础设施建设的不断扩大，促进新能源汽车的市场推广。与燃油车相比，电动汽车的续航里程短，充电时间长一直是影响电动汽车的发展的最大瓶颈。尤其是在北方的冬季，低温的环境更是给电动汽车充放电带来了极大的考验，对于新能源汽车来说，在零下数十度的环境中车辆显得格外的敏感。在这样的低温环境中，新能源汽车的充放电问题亟待解决，续航里程大打折扣。对车主来说，远距离出行更是一种奢望。而站在新能源汽车运营商的角度来说，续航里程下降，一方面给用户带来的用车体验差，另一方面充电效率和放电效率的降低，给车辆运营增加了成本。因此，提高对新能源电动汽车在低温环境中的认知，能有效提高新能源电动汽车在市场推广应用方面的发展。

2 低温环境下，新能源汽车应用现状及存在的问题

2.1 新能源汽车在低温环境下的应用现状

新能源电动汽车的推广应用，以操作简单，噪音小，不限号，无污染等诸多优势获得市场的追捧。然而，就其自身的还存在一些技术缺陷，如充电时间长，电池能量密度小，续航里程短，充电桩数量不足等，使其在推广应用过程经受了很大的考验。

在冬季低温环境下，车辆续航里程短、车辆耗电快，是使用中的遇到的头等难题，造成新能源车辆在北方地区普及率较低。归根结底，主要原因是我国大多数的新能源电动车采用的都是锂电池。而对于这种电池，在进入寒冷的冬季以后，由于环境温度过低，从而导致电池内阻升高，进而电池的循环能力就会很低，锂离子扩散的速度也会变慢，从而导致电池的放电功率下降，出现电池续航里程缩减。动力电池提供给车辆的能量来源于电池内部的电化学反应，电池内各元素粒子运动并接触后发生反应而产生电流，当温度降低时，电池内部元素粒子运动减慢，化学反应降低，电池活力较弱，电池的充放电性能就变差，因此续驶里程将出现一定的下降，一般在10%以下。就我们甘肃等西北地区，这种现象也较为严重，衰减程度甚至会高达20%。这使得人们对新能源电动车只能望而却步。

2.2 新能源汽车的应用过程存在的问题

研究发现，锂电池在低温环境中，充放电性能明显降低。当温度降至-30℃，电池放电容量仅为正常室温时的87%，放电单体电压比正常室温降低0.598V。在充电过程中，恒流充电模式充电容量明显降低，恒压充电模式充电时长明显增长。这样，就给得电动汽车带来以下问题。

2.2.1 低温环境中充电功率明显减低，时间长

目前的电动汽车动力电池绝大多数为锂电池，在低温下充电的明显特点就是电压迅速上升。因为锂电池在低温充电时，正极锂脱出速度快，负极锂向内部的嵌入速度缓慢，就会造成锂金属在电极表面的不断积累，生成枝晶，使电池短路。锂电池在低温充电时，由于贮氢负极对氢的吸收速度变慢，氢来不及被贮氢合金吸收，就会形成氢气，从而增大电池内压，极大影响了电池的安全性能。充电功率较低，导致充电时间增加。

2.2.2 低温环境同等电量续航里程明显缩短

动力电池提供给车辆的能量是电池内部化学能转化而来，电池内各元素粒子运动并接触后发生反应而产生电流，在温度升高时，电池内部化学反应加快，元素粒子的运动也会加剧，电池活性加强，放电性能就越好，续航里程也会增多。相反，温度降低会导致续航里程下降，一般下降10%左右。同等电量的实际续航比常温条件下明显缩短。

2.2.3 冬季暖风开启，续航大打折扣

電动汽车的动力电池直接给空调压缩机和PTC（电加热暖风）供电，电加热暖风的优点是制热快，能在较短时间提高车内温度。冬季车辆运行过程开启暖风，暖风对电池耗电量大，对车辆的续航里程影响较大，致使实际续航大打折扣。

2.2.4 冬季车辆长期放置，车辆启动困难

电动汽车的低压系统跟燃油车一样，一般由铅酸电池供电，燃油车铅酸电池的充电是通过发动机带动发电机完成，但电动汽车是通过DC-DC转换器转换后提供充电。电动汽车在启动过程启动电流较小，因此低压电瓶的容量相对较小。温度较低时，车辆放置很快会引起蓄电池硫化和“亏电”。长时间不使用，它会慢慢自行放电，直至报废。因此，每隔一定时间对车辆应启动一次，给蓄电池充电。另一个办法就是将蓄电池上的负极线拔下来，避免因亏电而无法恢复。相比燃油车，车辆在较短时间停放，车辆就会因亏电而无法启动。

3 当前针对低温环境影响的应对措施

3.1 电池及时补电，确保车辆时时处于高续航状态

对新能源车主来说，冬季温度较低频繁充电是非常正常的一项任务。续航的急剧骤减，加上车内使用暖风取暖。如果没有计划好行车距离及补电措施，困于半途中就是情理之中的事了。

针对以上情况，做为一位新能源车主，及时充电，让车辆电量保持在高电量状态，能有效给自己出行提供电量保障，减少因续航不够造成的一系列麻烦。

3.2 出车前充电，提高车辆放电效率

从放电角度增加效率，充电过程充电设施的电能转化为电池的化学能储存起来，温度越低，化学反应越慢，充电过程也就越慢，充电时间更长。相反，放电过程是电池把化学能转化为电能的过程，温度越低，转化效率也就越低，续航里程越短。然而，因为电池本身有内阻，充放电过程电池都会放热。因此，从放电方面来考虑，出车前充电，充电过程放热致使电池温度升高，此时出车，电池放电时温度较高（与正常出车相比），放电效率升高。

3.3 用车后立即充电，提高车辆充电效率

从充电角度增加效率，如何才能加快充电效率，缩短充电时长。低温状态时，车辆温度也很低，充电前期电池在低温状态下需求量低，充电电流很小，经过一段时间的小电流充电后，电池温度缓缓上升，充电功率也随之上升，直至达到正常值。

为了减少充电过程电池需求从开始小电流上升到正常值这段时间，在用完车后即进行充电，电池温度较高，充电电流很快进入正常需求值，有效避免了升温过程，提高了充电效率，缩短了充电时长。

3.4 尽量选择室内充电桩进行充电

在寒冷的冬季，室内温度明显高于室外，空气流通少，热交换对电池温度影响较小。车辆选择在室内充电，电池降温较慢，温度对充电影响也会减弱。因此，选择室内充电桩进行充电，能有效提高充电效率.

3.5 车辆行驶过程尽量避免急加速急减速

同等运行条件，不同的驾车习惯，也直接影响着车辆的行驶距离。车辆在行驶过程中，急加速急减速对电池电量影响较大，为了避免车辆掉电严重，正常匀速行驶对车辆续航里程的增加有很大的帮助作用。

4 低温影响下新能源电动汽车的发展趋势

4.1 换电技术大力推广应用

与燃油车相比，电动汽车因其充电时间长，尤其对营运车辆来说，一般充电时长都在1.5小时左右，每天充电3到4次，日均充电时长在4到6小时左右，这段充电时间车辆只能停车等待。另外，在炎热的夏季或寒冷的冬季，车辆停车充电过程，等待充电过程对车主来说也是一种煎熬。

换电站以操作简单，换电时间短，利用换电设备快速完成电池更换。换电站包括供电系统，充电系统，电池更换系统，监控系统等组成，因其占地面积大，投资成本高，未得到广泛推广。换电站均配置有半自 动换电装置，其采用机械助力方式，单人可轻松快捷完成电池箱的更换。

随着电动汽车不断发展与完善，电池向轻质化发展，电池规范化标准化的生产制造，给换电技术的发展创造前提条件，换电技术的发展也将推动新能源汽车的推广应用。

4.2 车载充电机向轻质化小型化方向发展

充电技术的发展直接影响着新能源汽车的推广应用，充电桩的建设也并非一件易事。车辆的充电过程就是把380V/220V的交流电转化为车辆所需的直流电供给电池充电，每个车型的车辆的电压及电流需求是不尽相同的， 而充电方式主要有恒压及恒流两种模式。直流充电桩为了满足各种需求，一般建成宽电压模式，这种模式在车辆适配方面较好，实用性更强。相比较而言，高电压电池车辆占比较小，这样导致充电桩充电使用效率降低。为了解决这一问题，车载充电机的发展能有效弥补这一缺陷，但是因整流技术及车辆自身空间限制，目前因充电机的体积大，质量重，功率小为主流。随着整流技术的发展，车载充电机向着小型化、高频化、高效率化、数字化、模块化方向发展，以大功率小体积装入车辆本身，让车辆充电只需提供较大交流电源，就可以完成充电。这对电动车的推广与应用起了很大的推动作用。

4.3 电池温控技术的进步

冬季，温度较低，电动汽车充放电慢，电池电量不耐用最根本的原因就是电池温度低，充放电过程化学反应缓慢。为了保证锂电池始终处在一个比较合适的温度范围内进行充放电，提高充放电效率，给车辆电池专门配备自动温度控管理系统，电池内部温度较低时温度控管理系统自动加热，电池内部温度较高时温度控制管理系统自动降温，确保电池在适宜温度环境中工作。即使在冬季也能工作在适宜温度，确保充电速度和放电动力性。

4.4 电池材料技术的颠覆性突破

目前电动汽车的主流电池为三元材料锂电池和磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池以稳定性高、价格相对便宜，然而其能量密度（能量密度更大，才能更好地解决里程问题）提升空间却十分有限。据了解，磷酸铁锂电池单体电池的能量密度可达157Wh/kg，三元電池的能量密度200Wh/kg。纯电动汽车对电池系统的能量密度的需求约500Wh/kg，能量密度的实际值与需求值差距依然很大。提高能量密度直接影响着电动汽车续航里程的增加。

新型材料电池（石墨烯电池）的试验成功，电池技术发展发生了革命性变革，温度对石墨烯电池的充放电性能影响很小。电池技术是电动汽车大力推广和发展的最大障碍，而传统电池发展遇到很大的局限性，石墨烯储能电池的研发，若能批量生产，则将为电池产业乃至电动车产业带来全新的改变。

4.5 超级电容技术的突破

传统车辆在行驶过程中，发动机产生的能量主要用于克服路面摩擦阻力与空气的阻力而使车辆向前行驶，而还有一部分能量在车辆制动过程中以热量形式浪费掉了。而超级电容器能在汽车起动或制动时快速向负载释放或吸收能量，将汽车的部分动能回馈给蓄电池以对其充电，可以有效延长电动汽车的行驶距离。另外，目前超级电容汽车受电容存电量限制，无法满足实际需求。如果超级电容存电量能够大幅度提升，超级电容代替现有电池为车辆提供动力，超级电容汽车的发展前景广阔。所以超级电容器已在电动汽车未来发展的重要方向。

5 结束语

综上所述，温度对新能源电动汽车发展的影响是暂时的，新材料新技术的不断更新，让新能源汽车从根本上取得突破性进展，新能源汽车在推广应用方面占据极大的优越性，有效避免了因温度而造成电动汽车在应用及推广方面的不平衡性。

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