近年來,電動(dòng)汽車的銷量在全球范圍內(nèi)逐漸增加,消費(fèi)者的接受度也在水漲船高。然而,阻礙人們?nèi)鎿肀щ妱?dòng)汽車的最大瓶頸,仍然是老生常談的續(xù)航問題,尤其在寒冷的冬天,這個(gè)問題尤為突出。
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其實(shí),冬季車輛行駛能耗升高并非是電動(dòng)汽車獨(dú)有的問題,燃油車在冬天的油耗一樣會(huì)升高,只不過得電動(dòng)汽車對(duì)于低溫更加“敏感”一些。簡(jiǎn)而言之,是因?yàn)槿加蛙囆旭偹牡哪茉粗校?60%-70%以熱量形式浪費(fèi)掉了,而電動(dòng)汽車僅有10%左右的能源會(huì)被轉(zhuǎn)化成熱能。也就是燃油車給冷卻液、機(jī)油、乘員艙加熱,是“廢物利用”,而電動(dòng)汽車則要?jiǎng)佑迷居米餍旭偟哪茉磥硖峁崃?。但從另一個(gè)角度來說,燃油車在冬季產(chǎn)生的大量熱能,也是溫室氣體排放的重要組成部分之一。
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此外,冬季續(xù)航下降的另一個(gè)更重要的原因,是電池的特性決定的??傮w來講,三元鋰電池的電芯在低溫的表現(xiàn),比磷酸鐵鋰電池要好一些,但兩者在低溫狀態(tài)下,其電芯的性能都會(huì)大大受限。低溫對(duì)電池臨時(shí)性的影響是導(dǎo)致電池內(nèi)阻增加、鋰離子鍍膜現(xiàn)象等,導(dǎo)致可用容量下降,放電速率下降(性能);如果長(zhǎng)時(shí)間低溫狀態(tài)使用,還會(huì)導(dǎo)致永久性的電池?fù)p傷。
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所以低溫時(shí)候,就必須要給電池加熱,才能夠?qū)崿F(xiàn)更好的性能和循環(huán)壽命以及安全。車輛通過預(yù)熱,用較少的電能將電池、電機(jī)都加熱到了最佳溫度,使得行駛階段效率大大提升,從而使得綜合續(xù)航與夏季時(shí)幾乎差不多。對(duì)于車企而言,想要提升電動(dòng)汽車在冬天的續(xù)航表現(xiàn),就得從系統(tǒng)層面去考慮,而這一部分也恰恰是各家真正展現(xiàn)“內(nèi)功”的時(shí)候。
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此前許多電動(dòng)汽車采用PTC(positive temperature coefficient,正溫度系數(shù))加熱器制熱,具有改造簡(jiǎn)單、可靠性高的優(yōu)勢(shì)。但在冬季使用PTC取暖將會(huì)使得續(xù)航里程下降20.1%-56.4%,而使用熱泵技術(shù)則可以明顯增加續(xù)航里程,當(dāng)熱泵效率達(dá)到1.7時(shí),續(xù)航里程增加7.4%-13.2%,因此熱泵系統(tǒng)正在成為主流電動(dòng)汽車廠商攻關(guān)的熱點(diǎn)。所謂熱泵,簡(jiǎn)單理解就是通過壓縮機(jī),將氣體強(qiáng)制變成液體,從而釋放出熱能,來實(shí)現(xiàn)能源的“搬運(yùn)”。
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以目前全球電動(dòng)汽車“帶頭大哥”特斯拉為例,其不僅針對(duì)熱泵本身進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),還對(duì)整個(gè)熱管理系統(tǒng)的軟硬件層面進(jìn)行了創(chuàng)新。針對(duì)傳統(tǒng)熱泵空調(diào)存在極寒天氣制熱效率低、成本高等劣勢(shì),特斯拉在傳統(tǒng)熱泵的運(yùn)行原理基礎(chǔ)上,經(jīng)過重新設(shè)計(jì),能夠充分利用外界自然能(空氣)、電機(jī)與電池的余熱來進(jìn)行制熱,在提高效率同時(shí),還降低了成本。
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其次是特斯拉的熱泵系統(tǒng)應(yīng)用了的八向控制閥(Octovalve),它由8個(gè)冷卻液通道和電機(jī)組成,使用一只水閥代替了傳統(tǒng)多支路所有水路換向元件的功能,可以實(shí)現(xiàn)空調(diào)、電池、電機(jī)熱管理系統(tǒng)的并聯(lián)獨(dú)立運(yùn)行和串聯(lián)工作模式,不僅減少車內(nèi)空間占用,還可以大幅降低故障率、提高可靠性,能夠更好地利用電池、電機(jī),甚至是電路板等運(yùn)行余熱以提升制熱效率。
特斯拉自主開發(fā)的軟件可以基于感知外界和自身系統(tǒng)溫度,智能調(diào)節(jié)熱泵工作模式,包括COP_high高能效模式、COP_blend混合模式和COP_1低能效模式,模式切換可以大幅提高系統(tǒng)工作效率,最終達(dá)到降低能耗,提升冬季續(xù)航能力,實(shí)現(xiàn)能量利用效率最大化。
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目前,蔚來EC6、小鵬P5、大眾基于MEB平臺(tái)打造的ID.系列純電車型、比亞迪基于e平臺(tái)3.0打造的海豚、吉利旗下的幾何C等純電車型都搭載了熱泵系統(tǒng)。雖然在整體熱管理系統(tǒng)、BMS電池管理系統(tǒng)的效率等方面各家廠商還有待進(jìn)一步提升,但相信不不久的將來,這項(xiàng)技術(shù)會(huì)成為助力電動(dòng)汽車“御寒”的重要“法寶”。