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电车冬天太难熬 选热泵才是正解

2024-12-24 17:10:07中国质量新闻网

冬至过后,一年中最冷的时节来临。随着温度下降,电池正极材料活性明显降低,反映到用户体验就是续航出现缩水,特别是北方城市的电车车主,一到冬季苦不堪言,不敢开暖风、频繁充电甚至裹军大衣开车。为什么一到冬天电动车就“腿短”?电动车在冬季如何延长续航里程呢?

为什么一到冬天电动车就“腿短”?

电动车“腿短”是几个方面共同作用导致的。锂电池的最佳工作温度是20℃左右,如果电芯温度过低,会导致电芯正极材料活性降低,进而带来电芯内部运动的锂离子数量下降(电量减少);带电离子运动能力变差,电能传递速度降低,带电离子运动不顺畅(充放电性能下降)等不利因素。

其次,在冬季低温环境下,空气密度增加,车辆行驶时空气阻力增大,也会导致行驶能耗增加。同时,低温时橡胶变硬,轮胎丧失部分弹性,增加轮胎滚动阻力,也是续航减少的因素之一。

电车腿短,主要是油车的衬托。作为燃油车,发动机上都有散热器(水箱)这么个东西,由于内燃机的热效率最高不过50%,大部分的能量都以热量的形式浪费掉。因此,对油车来说,冬季开暖风相当于进一步提高了发动机效率,根本不存在费电的问题。

但电车不一样,缺少了发动机这个热源,电机发热量远比不上发动机,帮助电池升温都不够,别说为座舱供暖,因此电动车只能另寻出路来供暖,这是导致电车腿短的最大因素。

对电动车来说,最简单的加热方法就是“电热丝”,这和“热得快”“电热毯”差不多,属于电阻加热,在汽车上一般成为PTC(Positive Temperature Coefficient),是一种电阻随温升而激增的半导体电阻,也叫热敏电阻。工作原理是将电能转化为热能,效率接近100%,听上去不错,但对电动车来说效率很低。

部分电动车上配备的PTC电阻为一大一小共两个,功率约为2kW—10kW,大的负责为座舱制热,小的负责为电池加热。蔚来2018年发布的ES8搭载双PTC电阻,全开时功率超过9kW(前排5.5kW、后排3.7kW)。

试想,在低温环境下,一辆车从冷车开启加热,以加热功率5kW计算,一个80kWh的电池也仅能工作16小时就会耗尽电能,即便座舱温度上来后,也需要1—2kW的功率维持温度,这也是为什么很多电动车冬季电耗激增的所在。

电动车在冬季如何延长续航里程呢?

作为车主,延长续航基本上只能通过增加轮胎胎压、把制热温度调低一点,甚至不开制热来延长续航里程,几乎没有别的办法。而厂家除了增大电池容量、优化电池配方以外,热泵空调是最具备潜力和性价比的技术。

说到热泵空调,并非新鲜技术,早在100多年前的1824年,法国科学家萨迪·卡诺提出“卡诺循环”理论,成为热泵技术的起源。1852年,英国科学家威廉·汤姆森提出“冷冻装置可以用于加热”的观点,并提出正式的热泵系统构想,被称为现代热力学之父。

热泵(Heat Pump)技术是一种“泵”,但并不泵水,而是专门泵热量的,它利用液体-气体的相变来换热的,具体原理是一种将低位热源的热能转移到高位热源的装置。简单的说,只搬运热量,而不产生热量。听起来是不是和空调的原理一样,只是反过来了而已。

和油车上搭载的那套空调系统构造几乎一模一样,热泵系统由压缩机、制冷剂、膨胀阀、冷凝器、蒸发器等组成。

相比PTC接近1:1的能量转换来说,热泵由于本身不产热,只是消耗能量来搬运热量,效率大幅提升,热泵系统COP(性能系数)可达2—4,是PTC电阻的数倍。

根据小鹏汽车的数据,小鹏P5采用X-HP智能热管理系统,搭载热泵空调后,冬季续航里程可以提高15%。

但热泵系统也不是没有缺点,主要表现在成本高、技术难度高、极低温环境下制热效率差等。此外,热泵系统结构更复杂,相比普通单冷空调的成本高出千元之多,和PTC电阻相比,热泵空调的效率也受到温度的限制。当环境温度在零下10度以下,热泵系统从外界获取热量的效率明显降低。

随着技术的发展,现阶段低温热泵可以-30℃的环境下快速供暖,并且在-20℃的环境下依然保持较高的制暖能耗比,北方不适合开电动车的言论,或许在数年内随着技术的进步将逐步破除,低温环境下,电动车与燃油车的差距正逐步缩小。(朋月)

(责任编辑:陆明)
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