“怕冷”的电动汽车，如何熬过2019年的冬天？
本文来自腾讯科技，作者 2030出行研究室，36氪经授权发布。
划重点：
低温对锂离子电池的伤害是全方位的：一来充电不满，二来放电不顺，三来制暖又非常耗电。这一多管齐下，开流节源，电动汽车冬季可能导致续航减半也绝不是很夸张的说法了。
购车前，建议消费者全面认知电动汽车的冬季续航问题，充分考虑家庭及工作单位的充电基础设施情况。
在驾驶电动汽车时，建议消费者多使用经济模式(EOC模式)和高能量回收模式。不推荐消费者自行加装柴油加热器，工程上会有不少漏洞。
（作者：张抗抗，清华大学汽车系本科、博士，研究电动汽车三电系统集成、锂离子电池等领域。本文首发腾讯科技，未经授权，请勿转载。）
如果说2019年是电动汽车普及元年，那么2019年的冬天，就是大部分新能源车主面临的第一个严峻考验 ——续航缩水、充电困难、手脚冰凉，不敢开制暖。
这不禁引起了车主的困惑：锂电池都拿2019年的诺贝尔奖了，为啥我车上的锂电池还这么不顶用呢？是厂家使用了劣质电池？还是锂电池的本性如此？今天，我们将从锂电池的原理角度，深入讨论这一话题。
电动汽车为什么比手机更怕冷？
关于“锂电池怕冷”这一常识，最大的科普者就是大名鼎鼎的苹果手机：充满电的iPhone6在寒冷的冬季出门，没几分钟就只剩下60%的电量。若路上多耽搁一会，它直接给你关机了，连打个滴滴的机会都不给，苦不堪言。
相比手机，电动汽车更怕冷。通俗地说，是由两个原因导致的：一是人怕冷，二是电池怕冷。
人怕冷，于是就要开暖风。即便是大家都熟悉的燃油车，夏季开空调油耗也会大幅上升。而冬季开暖风，情况会更加严峻，原因在于：
1、制暖需求量更大：制暖/冷消耗主要由温差决定，冬季-10℃20℃，制暖需求30℃。夏季35℃25℃，制冷需求也就10℃而已。
2、制暖效率更低：制冷由空调“电能/动能搬运热量”来实现，也就是“冷泵”。而制暖通常还是由“电能转化热量”的PTC来实现，效率要低。“电能搬运热量”的“冷泵”应用还不普遍。
燃油车的乘客也怕冷啊，为啥没觉得冬天制暖更耗油呢？原因在于，发动机工作会产生大量的热，这些热量足以家用小轿车使用了。而电动汽车呢？工作的时候电池、电机都非常地“冷静”，没有余热可用啊！
如果发扬阿Q精神，咱们也可以换个角度来理解：电动汽车正是因为能量转换效率高达90%以上，比发动机的20-40%高很多，所以余热才少、所以才需要消耗额外的制暖能量的！这样理解是不是舒服多了？呵呵。
至于电池怕冷，大部分人仅有模糊的、感性的认识，而不清楚具体原理，现在我们以通俗易懂的方式来讲解其中的逻辑。
低温是如何折磨锂电池的？
锂离子电池的基本原理（如下图），我们只理解以下3点就可以了：
1、正极才是锂离子的家：当所有锂离子均到达正极，回到家时，它们就不再想动了。也就是，没电可放了。
2、强迫锂离子背井离乡，就是充电：为了避免成为“死肥宅”，人们就要“充电”。正负极通电之后，在各种电场力、扩散力、电化学力的作用下，锂离子们背井离乡，离开正极的家，穿越电解液，来到负极暂居下来。也就是，充满电了。
3、思乡心切，期待放电：锂离子思乡心切，一旦有机会飞奔回正极，回家的过程中伴随着巨大的能量释放，驱动车辆前行。
那么，低温下的锂电池，发生了哪些变化呢？
容量损失：锂离子 “冻住，不许动”。负极的锂离子本来思乡心切，但低温下部分锂离子失去活性(图中黄色圆圈)，不愿意出门了。打个比方，本来你在银行有100万元，惹上官司后银行冻结了20万元，这部分就不能使用了。若能证明清白(温度恢复)，冻结的20万元还能恢复(电量也能恢复)，不会凭空消失。
放电损失：电解液固化，“归家异途”凶险。温度正常时，锂离子可以顺利地穿过电解液。低温时，电解液变得“粘稠”，甚至“结冰”，锂离子的归家异途就变得凶险了，要费不少力气才能穿过去。
具体表现就是内阻增大（如下图3种不同状态的电芯，在0度以下的时候内阻都显著增大）本来一度电能跑5公里的，现在只能跑4公里了。打个比方，这相当于增加了“能量税”，好好的10万元，只买到了8万元的货品；一旦花了出去，再恢复正常温度，这部分损失的能量也回不来了。
充电衰减：直观地理解，负极材料的晶格就像蜂巢一样，锂离子来了之后可以“嵌入”进去，英文叫intercalation。在低温下，晶格就收缩了，锂离子“嵌入”变得困难。所以电池管理系统就自觉地降低充电速度，这就会导致第二天早上也充不满，本来就堪忧的续航，雪上加霜。
有人说，如果我让BMS在低温下强行加大电流呢，就不能把锂离子给强行挤进晶格吗？答案是，可以是可以，但晶格有可能就“挤破”了，这会造成电池容量的永久性损耗。所以兄弟，心急吃不了热豆腐，霸王硬上弓是不可取的。
可以看出来，低温对锂离子电池的伤害是全方位的：一来充电不满，二来放电不顺，三来制暖又非常耗电。这一多管齐下，开流节源，电动汽车冬季可能导致续航减半也绝不是很夸张的说法了。
车企采取了哪些措施？
了解锂电池原理之后，我们得知：并非车企使用了劣质电池，而是锂电池本性如此啊！也许未来会有质变，但短期来看锂电池无法摆脱低温的困扰。那我们就可以原谅车企了吗？非也，尽管无法从根本上解决这一难题，但车企还是可以采取措施来缓解 —— 在此，我们盘点一下国内外造车新势力的措施吧！
首先我们要了解下解决问题的一项通用措施：热泵系统。电池怕冷，那是绝对忍不了的。一般的电加热叫PTC，听起来挺高科技的，其实就是电流通过电阻，根据焦耳定律放热。这种电加热方法，1度电可以转换成1度热，效率较低。
有没有1度电带来更多热量的方法呢？有的，也就是所谓的“热泵”，可以简单地理解为空调制冷的反过程。
理论上来说，热泵系统可以用1度电带来3度热，制暖效率达300%。有些家用空调真的能达到这种效率，非常节能。但是，就像发动机特性一样，要想达到如此高的效率，热泵/空调需要稳定的温度、湿度、风速条件(这些都是影响蒸发与冷凝的因素)。
居住空间也许能保证温度、湿度、风速条件的相对稳定，但对于汽车来说，可能一个都保证不了…… 理论效率300%，实际效率也就150%。
虽然热泵不能从根本上解决问题，但1度电可以换来1.5度热，还是比PTC制暖好得多的。但并不是所有电动汽车都配备热泵系统，较为高档的电动车型上才有。
除热泵系统外，各车企可谓是“八仙过海、各显神通”，我们分别从特斯拉、蔚来、威马、小鹏等头部企业来看，它们的应对措施都各具特色。
(特斯拉座椅加热系统)
特斯拉：方向盘、座椅加热
除配备热泵系统外，电动汽车领头羊特斯拉还有独特的措施。用一句形象的话比喻，特斯拉会认为：人怕冷，可以忍一忍，“又不是不能用”。特斯拉在方向盘与座椅设计加热系统，从而保证屁股与手不冷，脸上凉点可以忍。这样的话，只要不是太冷，就没必要开车内制暖了。
蔚来汽车：“海底捞式”的无忧服务
蔚来汽车的“一键加电”服务广受车主好评。一年前，蔚来曾把车开到海拔5200米的珠峰大本营、在G4高速上换电跑长途，似乎是想向大家阐明一个道理：燃油车能做到的，我电动车一样能做到，车到山前必有路，有路必有电动车。蔚来为了坚持自己的理念，说车友想去可以去，他们会做好后勤保障工作。意思就是想尽办法也要让ES8的电池给热起来、跑起来。
蔚来汽车在技术上还是做了很多措施的，例如在冬季充电结束、行程出发之前，蔚来汽车会将电池加热到较高温度，从而节省行程中的制暖耗能。这个功能非常实用，原因就是电池较重、热容也较大，热乎乎的电池甚至能部分起到给车内供暖的作用。
机智的小鹏汽车：避开寒冷区域
小鹏则“机灵”很多，绝不勉强、绝不硬刚。
一方面，交付时间晚一些，尽可能地避开第一个冬天；另一方面，首批的6个小鹏体验中心，除了首都北京之外，其他5城广州、深圳、东莞、武汉、杭州全部在长江以南。这些城市冬天也不咋冷，对电池性能几乎没有实质性威胁。量产交付一周年之际，小鹏汽车的直营店仍然聚焦在长江以南，而东三省一个都没有。
为小鹏的机智点个赞~ 当然，这并不是“解决”了低温问题，只是暂时“回避”了问题。小鹏的方法，可谓机智。
务实的威马：土法子，有奇效
分析来分析去，就发现在电池容量有限情况下，只要用电池来制热，就没法在根本上解决问题。那怎么办呢？为了用其他燃料，我们难道要往车上装一个发动机吗？那岂不是成了混合动力汽车了。那简单点，装一个锅炉呢？
这可不是开玩笑？一位大学副教授的知识网友，就曾认真分析过这种方案的可行性。经过各种权衡与分析后，他得出结论：整个系统也不需要多大的体积，也不会产生太多额外的重量，但却能非常方便地解决电动汽车低温续航降低的问题。所以我觉得这个设想是有可能实现的。
威马EX5可以选装柴油加热系统，可以容纳6升柴油。若燃烧放热，大约相当于一个80kWh的电池包完全用来制热 ——得益于化石燃料的高能量密度，电动汽车制暖就不必再紧紧巴巴的了。
今年冬天一些北京新能源车主为了解决这个问题，也采用了相似的方法：加装一个烧油的驻车暖风机。车企用脚股票来证明了：解决严寒地区的电动汽车用车问题，柴油加热系统可能是可行性最高的方案了。
但如果是用户自行加装的柴油加热器，既不美观也不安全，很没有保障，肯定没有出厂安装的好。出于安全考虑，个人不推荐自行加装加热系统。威马的方法，可称之为务实。
新能源车主怎么办？
前面讲了锂电池的原理(电池厂怎么办)、车企的措施(车企怎么办)，那么还有另外一个重要的问题：新能源车主怎么办？在此我们有几点建议：
购车前，建议消费者全面认知电动汽车的冬季续航问题，充分考虑家庭及工作单位的充电基础设施情况。简单来说，NEDC续航500公里的话，北京冬季实际续航就保守地按250公里估算；如果家里没有固定充电桩，要调研清楚充电方案再购买。换个角度，如果你有固定充电桩，那冬季续航降低也不算什么大问题了。
用车前，在插着充电桩的时候，出行前充分预热电池与车内（若有此功能），会省下很多电、如果时间短的话甚至路上都不用制暖！
充电前，如果是在外使用公共充电桩，在到达充电桩之前充分预热电池(若有此功能)。不要节省这点制暖能量，如果能充分预热那充电速度会更快、能够更早充满。
在驾驶电动汽车时，建议空调采用ECO模式，尽量保持平稳行驶，少急加速、少急刹车，多使用经济模式(EOC模式)和高能量回收模式。冬季白天尽量停在暖房里或温度适宜的地方。
另外，不推荐消费者自行加装柴油加热器：尽管它很实用，但自行加装的话毕竟不是原厂设计，工程上会有不少漏洞：无论是加热器本身、还是排放的尾气，都有可能导致安全风险。与其加装，不如从用车角度优化。
总的来说，锂电池本性“怕冷”，要想解决电动汽车的过冬难题，需要汽车企业、电池企业、充电基础设施与车主的多方努力。对于消费者，理性购车、合理用车、谨慎改车才是考虑核心。
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