电池技术升级+热管理优化　破解新能源车续航“焦虑”

编者按

冬季的严寒吹来了“南方小土豆”对“尔滨”的热情，同时也吹来众多新能源车主对所驾车辆续航能力大降的“焦虑”。对于新能源车企和诸多车主来说，冬季续航能力问题一直是无法回避的现实。为解决车主的“焦虑”，车企和动力电池生产商积极发力，不仅优化热管理、升级迭代电池技术、提升充电桩效率，甚至还主动布局高压快充领域。

近期，懂车帝公布的2023年常温和冬季测试结果扯下了很多新能源车企的遮羞布，在刚刚完成的漠河冬测中，虽然34款纯电车型零下20℃平均续航里程达到292公里，相较于去年冬测提升9%，但依然有很多热门新能源车型的续航能力难尽如人意。

对于新能源车冬季续航能力明显下降的痛点，1月4日，四部门联合发布意见，要求加强新能源汽车与电网的融合互动，重点加大动力电池关键技术攻关。目标是在不增加明显成本的情况下，将动力电池循环寿命提升至3000次及以上，并解决高频度双向充放电工况下的电池安全问题。

调查：新能源车冬季续航明显缩水

[懂车帝刚刚完成的漠河冬测结果显示，纯电车型零下20℃平均续航里程达到292公里，相较常温续航425公里，续航能力缩水31.3%。]

2023年12月中旬，懂车帝一场新能源汽车极限环境冬测活动引爆了整个新能源汽车圈，很多新能源车企的遮羞布被其无情扯下。

在刚刚完成的漠河冬测中，34款纯电车型零下20℃平均续航里程达到292公里，相较于去年冬测提升9%，平均充电功率提升了46%。而在2023全年的常温续航测试中，所有49款纯电车型的平均续航里程达到425公里。

此外，在混动车型纯电续航达成率上，比亚迪仰望以85.08%的续航达成率排名第一，而华为、赛力斯联合打造的问界M7增程版排名倒数第一，只有31.6%。吉利、长城旗下的多款车型在测试中续航达成率均不到40%。

虽然懂车帝的冬测成绩单引发了“口水仗”，多家车企怒怼懂车帝测试标准存在问题，但对于懂车帝的冬测活动，汽车分析师钟师仍表示，“在不考虑其他因素影响下，懂车帝的冬测结果直戳了新能源车冬季续航缩水严重的痛点。”

其实对于新能源车在冬季续航能力严重缩水的问题，多家汽车自媒体公号都曾发布过自己的测试结果，均与官方所公布的续航能力相差较远。本刊在近期也调查了一些新能源车车主冬季用车的真实感受，从多位车主反映的结果看，新能源车冬季续航能力确实大幅缩水，尤其是在北方地区，一些用车时间已超过二三年的新能源车表现的更为明显。

“最不满意的地方就是续航受温度影响太大，冬季开空调会造成续航大幅缩水，0度以上的话基本上续航对半减少。前一段时间零下10多度的时候，续航里程就剩下三分之一了。”北京广汽埃安s车主孟森（化名）表示。孟森是于2020年购入广汽埃安s汽车的，目前已使用3年。

深受续航困扰的还有北京出租车司机群体，本刊从实际打车体验中了解到，北京出租车公司普遍使用北汽新能源车，很多出租车司机在冬季都不敢开空调，每天充电至少2次。

“早晨充满电后，车子启动后里程直接缩水50公里，开空调后里程缩水会更为明显，中间至少充电两次，浪费了不少时间。虽然可通过换电节省时间，但是换电价格比较高，大约1.8元每度左右，远高于自己充电的价格。”北京出租车司机刘元（化名）说，“如果换电遇到比较差的电池，里程续航缩水会更严重。”

据不完全统计，65%以上的新能源车主认为自己的纯电动车型冬季掉电幅度超过20%，其中20%的车主认为车辆掉电幅度超过40%。

相比北方冬季用新能源车的糟糕体验，南方地区的新能源车主冬季用车体验就要好于北方。

江苏南通车主孙浩（化名）表示，今年购入一台小鹏G6，整个用车体验还算比较好，智能化车机、座舱系统是燃油车无法提供的，整体续航也算可以，官方续航580km，实际上夏天能跑450km，冬季能跑400km左右，整体还能接受。

多种技术手段破解续航“焦虑”

[目前情况下，电池热管理技术的应用是提升冬季续航能力最可行的、最便捷的方案，长远来看，电池技术的优化升级仍是关键。]

从上述车主的真实用车感受不难发现，新能源汽车的动力电池在冬季出现衰减，特别是在北方更为明显。那么，导致冬季电池明显衰减的底层技术原因是什么呢？

欣旺达动力科技股份有限公司（简称“欣旺达动力”）研发部相关负责人对本刊表示，无论是三元锂电池，还是磷酸铁锂电池，在低温下工作都会出现续航里程缩短情况，这是由其电化学性质和材料物理学特性所决定的。锂离子电池在低温时内阻增大，活性降低，充放电功率明显下降，且低温充电易发生析锂，严重影响电池寿命和安全；其次是冬季低温状态下空调的制热需求功率一般大于城市工况的需求、机械损失（低温导致轮胎橡胶变硬、气压降低，轮胎的滚动阻力变大）等也是导致续航里程缩减的重要原因之一。

主攻新能源材料研究的黄冈职业技术学院交通学院张璐博士从专业的角度也进行了解释，“电池在低温情况下，各活性物质活度降低，电解液黏度会变大，离子传导速度变慢，造成外电路电子迁移速度不匹配，因此电池出现严重极化，充放电容量出现急剧降低。”

张璐博士进一步表示，“当低温充电时，以锂电池为例，锂离子很容易在负极表面形成锂枝晶，导致电池失效。正极板在零下20℃时充电接受电流仅为常温下的70%，而负极充电受膨胀剂的影响，低温充电接受能力更低，零下20℃的充电接受电流仅为常温下的40%。“低温条件下充电主要存在充电接受能力差、充电不足的问题，只能通过提高充电电压和延长充电时间来解决。”

其实，除了低温对动力电池带来续航能力减少问题外，以三元锂离子电池、磷酸铁锂电池为主流的锂离子电池还存在另一个较为头疼的问题，即循环寿命不足。理论上，磷酸铁锂电池充放电循环次数大于3500次后才开始衰减，三元锂电池的充放电循环次数为2000次，但事实上，这一理论数据在现实生活中很难达到，很多电池在多次充放电使用二三年后衰减明显，特别是到了冬季，衰减幅度就更为明显。

“目前情况下，电池热管理技术的应用是提升冬季续航能力最可行的、最便捷的方案，长远来看，电池技术的优化升级仍是关键。”在张璐博士看来，改善低温性能首先应从负极材料着手，低温使用时应采取保温防冻措施，特别是充电时应放在温暖的环境中，有利于保证充足电，防止不可逆硫酸的产生，延长电池的使用寿命。其次，为电池增加一套成熟的温控系统，也就是使用电池热管理技术，使得电池始终保持在健康的工作环境中。

“单独讨论低温管理技术，常见的有主动冷却、电加热、柴油加热三种。简单来说，就是可以两种手段一起上，既拥有常见且应用范围较广的电加热，同时还增加了一套柴油加热系统。双加热模式可以有效提升冬季可用电池容量和充放电效率，使得冬季续航增程。”张璐进一步表示。

事实上，为了应对冬季续航缩水问题，很多车企在热管理系统方面也确实在“狠”下功夫。譬如：小鹏P5、P7i配备X-HP智能热管理系统（含集成热泵），提升了88.9%的制冷量和100%的电池散热能力；此外，特斯拉和比亚迪已完成热管理系统集成化产业链布局，拥有多项专利技术。而小米的雷军也曾表示，小米汽车的热泵系统可在零下15度的环境中无需额外开加热器，在零下20度的环境中依靠纯空气源热泵，依旧可从冷空气中吸取热量。雷军坦言，小米将挑战冬季电车之王。

表1 几大系统结构创新方案特点

“目前来看，预加热系统是当下的主流方式。”欣旺达动力研发部相关负责人表示，低温中续航控制技术中，不同的车企应用的技术方案多有不同，包括热能回收技术、空调技术以及电池加热控制技术。电池方面，尽可能地避免电池的温度过低，可通过电池预加热功能以及充电插枪的功能进行保温；电芯方面，正极通过C包覆技术，提升材料电子电导率，改善低温与长期可靠性，离子掺杂技术提高锂离子扩散系数，提高耐低温性能；对负极石墨的优化改性，降低电芯的负极阻抗；设计电解液配方时通过新型锂盐和添加剂的应用，降低电芯阻抗等技术改善电芯的耐低温特性。

电芯、系统结构升级优化

[从结构端看，系统结构逐渐向去模组化、集成化方向演进，而电芯结构则在圆柱电池大尺寸化、方形电池扁长化方面实现创新。]

虽然热管理技术在一定程度上能够改善新能源车冬季续航能力，但破解续航焦虑的关键仍是电池技术的升级优化。最近一年，电池技术路线已呈现出百花齐放的特点。

讨论动力电池的技术路线，自然绕不开以宁德时代为代表的三元锂电池与比亚迪为代表的磷酸铁锂的性能之争。据张璐介绍，从能量密度角度看，三元锂电池相较于磷酸铁锂电池有着更高的能量密度，能够储存更多的电量，因此在一些需要长续航里程的应用上，有更好的表现。磷酸铁锂电池的能量密度相对低一些，从功率密度角度分析，磷酸铁锂电池具有更高的功率密度，充电速度快，而三元锂电池虽然能量密度高，但功率密度较低、充电速度较慢。从安全性角度考虑，磷酸铁锂电池相较于三元锂电池更加安全可靠，出现问题时的爆炸或起火概率更小，而三元锂电池因涉及到锂金属的使用，安全问题更加突出。

“对比磷酸铁锂、三元锂电池的技术特性，可以看出磷酸铁锂电池在安全性、经济性、原材料丰富度和循环寿命方面优势明显，而三元锂电池在能量密度、低温性能和充电效率方面优势更明显。”张璐表示。

目前来看，无论宁德时代的麒麟电池，还是比亚迪的“刀片”电池都在补齐短板，在深耕各自优势技术路线的同时，不断进行技术升级迭代。

中金公司研究部电新及公用环保首席分析师曾韬向本刊介绍，当下动力电池的技术升级主要聚焦在结构、材料、工艺三个维度上，从材料端看，负极材料由石墨和碳化硅向锂金属负极进阶；电解质材料从液体迈向半固态、固体；此外，钠电池也成为各个厂商布局的重点。从结构端看，系统结构逐渐向去模组化、集成化方向演进，而电芯结构则在圆柱电池大尺寸化、方形电池扁长化方面实现创新，从工艺端来看，电池结构升级带动新工艺，蜂巢能源、比亚迪为代表的叠片工艺、特斯拉为代表的全极耳结构工艺，正成为电池技术发展的一条结构工艺主线。

简单来说，动力电池的技术进步主要在材料端和结构端两大维度，目的都是为了提高电池能量密度和循环寿命。目前来看，通过电芯结构、系统结构及工艺升级，是各大电池厂商普遍采取的手段，以模组化、集成化的方式进一步提高电池包和底盘空间的利用率，进而提升续航和优化成本。

表2 布局半固态/固态电池生产企业最新动态

纵观近年来发展现状，已推出的系统结构创新方案主要包括电池包技术（CTP）、电池车身一体化技术（CTB）、电池底盘一体化技术（MTC）、模组和电池托盘技术（CTC）四种方式，电芯和系统层级协同推进。

宁德时代发布的麒麟电池是CTP的代表产品，通过取消模组环节，直接将电芯集成在电池包上，但保留了电池托盘、上盖板的设计。该方案直接使电池包体积利用率提高了15%～20%，零部件数量减少40%，生产效率提升了50%。