摘要

業(yè)內(nèi)的一致判斷是，電動汽車低溫性能差通過電池技術(shù)及提升整車節(jié)能水平可以緩解，低溫問題并不會成為阻礙電動汽車規(guī)模化的致命弱點。

續(xù)航縮水一半、不敢開空調(diào)、充不進(jìn)電、趴窩……冬季低溫使用問題頻發(fā)，讓電動汽車被調(diào)侃為“電動爹”。

這個冬季伴隨保有量快速增長的還有，電動汽車低溫問題愈發(fā)凸顯，成為掣肘電動汽車規(guī)模推廣的難題，也受到了政策層面的高度關(guān)注。

1月8日，工信部副部長辛國斌主持召開電動汽車低溫使用問題研討會，呼吁整車與電池企業(yè)加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)；僅半個月后，工信部再度回應(yīng)電動車低溫“趴窩”問題，并對相關(guān)企業(yè)提出了三大要求，解決用戶低溫使用難題。

一是要求汽車企業(yè)加強(qiáng)售后服務(wù)，及時解決用戶訴求；二是支持整車企業(yè)和電池生產(chǎn)企業(yè)加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，提升電動汽車低溫行駛性能，改善用戶體驗；三是明確低溫環(huán)境產(chǎn)品性能和技術(shù)要求，加強(qiáng)產(chǎn)品準(zhǔn)入和生產(chǎn)一致性檢查。

電動汽車出現(xiàn)低溫趴窩的本質(zhì)原因是，環(huán)境溫度過低時，電解液粘度增大甚至部分凝固，鋰離子拖嵌運(yùn)動受阻，電導(dǎo)率降低，最終引起容量減少。同時制熱比制冷能耗更大，動力系統(tǒng)效率降低，如制動能量回饋功能基本喪失，滾動阻力增大等。此外，續(xù)航里程精準(zhǔn)度下降，引發(fā)消費(fèi)者續(xù)航焦慮等。

如氣溫從25℃下降至-20℃，汽車動力電池所能釋放的電量會降低30%，與此同時，充電所需的時間也將增加。尤其在車輛使用空調(diào)時，純電動汽車?yán)m(xù)航里程至少下降17%。而磷酸鐵鋰電池低溫性能較三元電池更差，冬季續(xù)航打折問題尤為顯著。

針對電動汽車低溫使用難題，中國科學(xué)院院士歐陽明高給出的建議是，一是電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)效能優(yōu)化，包括PTC加熱器、熱泵空調(diào)、電機(jī)激勵加熱等；二是，面向冬季工況的動力系統(tǒng)能量綜合利用，包括回收電機(jī)運(yùn)行的廢熱，進(jìn)行電池加熱；三是，充電場景下，電池的插槍保溫及脈沖加熱。

這三個建議也是主流主機(jī)廠與電池企業(yè)在低溫技術(shù)上攻關(guān)的主要方向。

當(dāng)前，針對電池加熱，主流的是采用PTC加熱，但存在的問題屬于外部加熱會損耗電池能量；熱泵空調(diào)以及BMS熱管理系統(tǒng)是主機(jī)廠首推解決方案，包括特斯拉、廣汽等均采用的熱泵空調(diào)，但存在極低溫?zé)岜眯苡写M(jìn)一步難題；電機(jī)靜止時通過電機(jī)線圈和電池組成回路對電池加熱也是不錯的方案，但加速速率較低，技術(shù)有待改進(jìn)。

業(yè)內(nèi)還在研發(fā)電池單體的自加熱技術(shù)，包括在電池內(nèi)部增加電阻較大的金屬片，或通過電學(xué)方面的特性設(shè)計，實現(xiàn)快速加熱。

在電池材料探索上，業(yè)內(nèi)的實踐是，增強(qiáng)動力電池正極材料表面的導(dǎo)電性、改變電解液的成分減小離子在電解液中運(yùn)動的阻力、增加電池隔膜的孔隙率等方式，改善電池在低溫條件下的性能，提高低溫環(huán)境下的電導(dǎo)率。

目前，包括寧德時代、鵬輝、力神等電池企業(yè)均在探索材料改性改善電池低溫性能。如寧德時代以磷酸鐵鋰和石墨分布作為電池的正負(fù)極活性物質(zhì)，同時復(fù)合集流體采用有機(jī)材料，具備較高的循環(huán)性能和安全性能，并有效改善磷酸鐵鋰電池在低溫下動力學(xué)性能較差的缺點。

業(yè)內(nèi)的一致判斷是，電動汽車低溫性能差通過電池技術(shù)及提升整車節(jié)能水平可以緩解，低溫問題并不會成為阻礙電動汽車規(guī)?；闹旅觞c。

基于此，高工鋰電梳理了9家主流主機(jī)廠及電池企業(yè)電動汽車低溫性能解決方案及技術(shù)進(jìn)展，以供行業(yè)參考。

整車領(lǐng)域

特斯拉：Model 3的思路是通過電機(jī)線圈繞組，利用電驅(qū)系統(tǒng)的廢熱，像傳統(tǒng)燃油車用發(fā)動機(jī)余熱給乘員艙供暖一樣，使其即用于車輛驅(qū)動，又用于產(chǎn)生額外的熱量加熱電池。

其對電池加熱原理，是利用壓力泵開關(guān)循環(huán)水加熱，通過把電池冷卻回路和電機(jī)回路串聯(lián)起來。其中控制閥很關(guān)鍵，改變冷卻液的流動路徑。冷卻時，電池和電驅(qū)冷卻系統(tǒng)互不影響。加熱時，調(diào)整電池閥，將電池冷卻回路和電機(jī)冷卻回路串聯(lián)起來。

廣汽埃安：引進(jìn)了電裝熱泵系統(tǒng)平臺，研發(fā)熱泵雙層流空調(diào)技術(shù)，搭載該技術(shù)的埃安車型，在0℃環(huán)境下，每小時能耗可降低1.5kWh以上，助力冬季續(xù)航最大提升80km。

此外，埃安搭載第四代BMS，通過液冷式智能溫控，為冬季用車需求提供加熱、余熱回收和遠(yuǎn)程電池預(yù)熱3種工作模式，當(dāng)電芯溫度偏低時，HVH智能高壓液體加熱器會介入快速加熱，而低溫時系統(tǒng)會將電驅(qū)余熱引入為電池保溫；并能實現(xiàn)APP遠(yuǎn)程控制提前為電池保溫。

北汽新能源：著手研發(fā)超低溫冷啟動和全氣候電池，以及第四代IBTC電池?zé)峁芾砑夹g(shù)。

超低溫冷啟動的原理是利用低溫下電芯內(nèi)阻增大的特性，通過高頻大電流脈沖充放電實現(xiàn)快速加熱效果；全氣候電池則是通過給電芯間鎳片通電生熱的方式，快速向電芯傳熱使其升溫。

第四代IBTC電池?zé)峁芾砑夹g(shù)——干濕分離熱管理技術(shù)，可以將系統(tǒng)溫差減少50%，40℃以上的高溫極限工況下系統(tǒng)溫差控制在6℃以內(nèi)。

威馬：推出全天候電池包恒溫?zé)峁芾硐到y(tǒng)，通過獨立液冷設(shè)計、PTC電加溫系統(tǒng)、零下30℃極地加溫系統(tǒng)，將電芯溫度更加穩(wěn)定地控制在高效、安全的溫度區(qū)間。

此外，針對極寒溫度，威馬系統(tǒng)還增加外部熱源同時對電池包和座艙加熱，降低冬季空調(diào)的能耗，但要增加一套燃油加熱機(jī)構(gòu)，會增加系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性及成本。

現(xiàn)代起亞：現(xiàn)代起亞通過熱泵系統(tǒng)在低溫環(huán)境最大限度提升純電動車?yán)m(xù)航，目前已被用于現(xiàn)代和起亞的全球電動汽車中。

該系統(tǒng)由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器及冷凝器組成，原理是通過吸收汽車電子組件釋放的余熱，實現(xiàn)循環(huán)再利用。據(jù)悉Kona電動車在挪威冬季的續(xù)航可以達(dá)到WLTP工況的90%。

電池領(lǐng)域

寧德時代：電池內(nèi)部快速自加熱技術(shù)，利用脈沖電流所釋放的熱能對電池加熱，可達(dá)到2℃/min的加熱速率，整個加熱過程中電芯溫差不超過4℃。使用電池6%左右的能量，15分鐘從-20度提升到10度。

此外，寧德時代將材料改性作為提升電池性能的研發(fā)重點之一。其2019年5月申報的鋰離子二次電池專利信息顯示，其以磷酸鐵鋰和石墨分布作為電池的正負(fù)極活性物質(zhì)，同時復(fù)合集流體采用有機(jī)材料，具備較高的循環(huán)性能和安全性能，同時有效改善磷酸鐵鋰電池在低溫下動力學(xué)性能較差的缺點，具有良好的低溫電化學(xué)性能。

鵬輝能源：自主研發(fā)的鐵鋰低溫超導(dǎo)技術(shù)——LTSC，磷酸鐵鋰電池實現(xiàn)-20℃ 低溫放電保持率91%；-20℃ 低溫充電不析鋰。

其實現(xiàn)路徑主要是，一是材料結(jié)構(gòu)突破，通過包覆、摻雜提高材料自身的導(dǎo)電性，降低材料一次粒子粒徑，減少離子擴(kuò)散路徑，并設(shè)計合適二次粒子粒徑，以及與一次粒子的復(fù)合比例提高材料的壓實和低溫性能；二是通過雙鋰鹽、多溶劑復(fù)配，實現(xiàn)高電導(dǎo)、寬溫程解液的開發(fā)；功能添加劑，專屬化成工藝結(jié)合，構(gòu)建高穩(wěn)定低阻抗SEI膜；

三是開發(fā)新型多功能粘結(jié)劑，增加粘結(jié)性，同時增加導(dǎo)電性；創(chuàng)新導(dǎo)電劑復(fù)配技術(shù)，構(gòu)建了三位立體的高速導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，顯著提高鐵鋰低溫性能；四是低阻抗極片結(jié)構(gòu)，增加導(dǎo)電集流體截面積，降低電流密度；降低電流傳導(dǎo)產(chǎn)熱，增加耐流特性。

比亞迪：刀片電池采用“無模組”結(jié)構(gòu)，讓加熱管路進(jìn)入到一塊加熱大平板中，用大平板給所有電池電芯加熱，加熱效率更高更均勻，電芯溫度一致性好，有利于放出更多電；同時不斷降低車輛風(fēng)阻，采用適宜冬季工況的低黏度油脂等措施。

此外，刀片電池上下均配備保溫層，將電池包與底盤融為一體，并在電池包與車身縫隙填充保溫發(fā)泡材料，提升電池保溫性。搭載刀片電池的漢EV-20℃下城市工況，電池包的加熱用電量能減少70%。

力神電池：通過增加電阻提高電池工作中的發(fā)熱量或降低電池的散熱性能，應(yīng)對冬季低溫天氣，同時通過液冷系統(tǒng)應(yīng)對夏季高溫環(huán)境下電池溫度過高的風(fēng)險隱患。

力神電池正加快對單體電池的正極材料、電解液等進(jìn)行特別設(shè)計，并積極與高校合作研發(fā)電池的自加熱技術(shù)，同時做好電池包的集成化設(shè)計，兼顧溫度控制系統(tǒng)和電池效率平衡。

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