【第一電動網】（特約作者 朱玉龍）這篇文章，主要從系統分析和系統設計的角度來看電池系統的熱設計對電動汽車(含插電車輛)的重要性。可以欣喜的看到，國內的乘用車乃至電動大巴的設計，都開始從單純的被動冷卻、風冷開始轉向液體加熱/散熱系統，這也為電動汽車在各個環境條件下應用提供了保證。

本文比較深入淺出，如有錯誤和引用數據錯誤，請大家指正。

第一部分 電動汽車在低溫下的特性分析

在前面的文章中已經分析過，對客戶而言，純電動汽車最主要的使用問題，就是續航里程隨著使用者的實際工況和環境溫度產生較大的差異，儀表盤上的續航里程是根據電池的可用電能進行折算出來的。在冬天低溫環境下，這個問題就顯得尤其突出了。

1)低溫下的里程損失(統計實測數據分析)

1.1 數據來源一：FleetCarma Electric Range for the Nissan Leaf & Chevrolet Volt in Cold Weather

圖1 Volt和LEAF的實測結果

如上圖所示，整個數據可以分為最好的里程數據和平均的里程數據，根據擬合的結果20攝氏度的時候是廠家宣稱的以及EPA的結果，隨著溫度的下降，其里程開始大幅下降。

注：數據來源的這家公司是一家專業的咨詢公司，主要對電動汽車的車隊進行測試，然后分析報告。

1.2 Argonne 實驗室分工況的測試數據

實際的情況來看，這個溫度和工況是深度相關的，不同的溫度和不同的工況對車的續航里程是由更為細致的影響的，在后續的分析中會解釋，這牽涉到電池的放電和能量回收。

圖2 Argonne實驗室的測試數據

根據數據化的處理之后，我們可以對低溫帶來的影響做出一些初步的結果，如下圖所示，這里其實可以把消耗電能的使用成本定量化。

圖3 根據車隊的統計數據的基本結論對比

低溫對于車輛的影響，是所有電動車(包括插電車輛)共有的問題：

a)燃油車和電動汽車同樣在低溫下燃油經濟性下降，相對而言電動車更明顯，到0度20%的影響，-18度30%

b)由于低溫的影響，使得電動汽車在冬天的用電的使用成本要增加了35%～45%

c)越到低溫的時候，個體差異性就變得更重要，往下偏差，里程下降一半也不是不可能的

更多的車型這里不再多敘述，根據車主的實際使用情況和Telematcis其實都可以收集到，這個問題是所有的新能源汽車都面臨的共性的問題。

第二部分 低溫對電動汽車的影響分析

2.1 低溫下電池的特性變化

低溫對電池的主要有護理和化學兩方面【2】。物理的影響主要是a)電解液由于溫度的變化影響使得粘度變化導致離子傳輸降低和b) 聚合物組分在單體內趨于變脆(在電極內的活性材料由于粘合劑失效而分離)。化學的影響：添加劑的影響還有SEI膜的影響。

低溫對電池的電學性能主要如下圖4所示：

1)內阻上升：在不同的工況下，能量回收占電動汽車能耗下降的這塊，由于電池的SOF顯示可充電功率的下降，也會大大降低能量回收率。

2)可用容量的下降：如下圖所示，電池的OCV和電壓平臺都會下降，使得電池的可放電容量下降了。

圖4 電池的電學特性

這里包含了很多的內容，實際的BMS面對低溫下的電池，根據保護策略確實需要一番重新的計算。所以這個事情，其實也是不可避免的一個路子，和電池大小無關。

圖5 凱美瑞HEV鎳氫電池燃油經濟性

這里低溫帶來的影響還有充電，由于鋰電池在低溫下充電會有較多的安全問題，使得低溫下。

2.2 低溫下客戶加熱客艙的功率

圖6電動汽車的HVAC需求

氣溫比較低的時候，由客戶的取暖需求導致的供暖，主要由主要是高壓的加熱器(PTC)和低壓的鼓風機兩部分完成。通常而言，前者最大的功率為3KW，后者為400W(13.5V 30A)左右。

主要注意的是，實際的使用過程中，由于PTC的加熱時間比較長，而且電熱效率比較低，加大加熱器的功率(全順EV版本加到了5KW)效果也有限。

2.3 其他因素

從能量管理的角度，從系統設計的角度變量比較大，比如電池和電機共用流道。溫度低的時候，各個部分有意想不到的損失，我們從12V系統能流和高壓能流還有機械損失率來看，還有其他因素在里面。

第三部分 電池系統和整車的熱設計

在未來的新能源車序列里面，混合動力汽車、插電式混合動力汽車和純電動汽車應該是按照一定的比例來呈現的，現在由于國家政策的原因導致一邊倒的向純電的路子對車廠對消費者來說都是一個很大的風險。不過回過來，這個我們先從整車級別來看問題。

整車級別的HVAC積極應對措施

1 避開過冷區域&或者設計高效的加熱系統

其實目前東三省推廣新能源其實卻是有些難度，如果要推，必須改裝高效率的電池加熱系統，或者直接采用液冷和加熱系統。這個未來東三省的公交系統的新能源，可能采取的電池設計路線就完全不同了。如果在極低氣溫下，車輛的充電和車輛的啟動其實都是個問題，系統會根據電池的問題進行限制啟動。

圖7 中國平均氣溫分布表

2 為車輛設計遠程預充功能

在出發之前用手機連接車輛先把車子熱起來。這里的設計是通過手機來命令車輛從電網中通過車載充電機取電，來預先加熱電池。這個功能，在前階段的充電標準草稿GB18487.1的據理力爭下，總算保住了PWM的連續性，也為后面車輛可以實現這個功能留下伏筆。

這個功能設計，其實是手機=》車廠數據中心=》車輛的Telematic系統，通過總線喚醒的方式來喚醒車輛的VCU，然后打開車載充電機和HVAC系統，給電池和整個系統加熱。在這種模式下，電池的能量是旁路掉的，VCU可以忽略BMS的情況，而專門從車載充電機這里取得能量。

圖8 采用Telematics進行預加熱設計

圖9 電池的加熱和散熱系統

3 建議客戶停車庫里面：根據數據來看，如下圖所示，在冬天將車子停在室外和室內車庫里面差異是很大的。圖10還是那家咨詢公司做的數據分析，將全順EV放車上進行對比，這里把溫度和損失的公里進行了進一步量化。

圖10 室外放置和室內放置的差異化

4 用座椅加熱：目前車輛是可以勸說客戶為了最大程度的增加效益比，用更少的能量來提高冬天的舒適度。典型的座椅內部的線束和配置情況如圖11所示。

圖11 座椅內部總成和線束

電池散熱系統，先留個尾巴容以后來重點談談這個部分。其實從溫度來看，電池的散熱和加熱，都很重要。前者涉及電池系統質保壽命和整車的安全性，后者涉及的主要是冷啟動、續航里程還有動力性。

小結：

車輛的系統設計，其實是很重要的一環，有些缺陷能補回來，有些地方就很難補得回來。未來的動力總成系統的演化，不僅僅是比較成本、油耗、政府政策支持，也是市場接受度的比拼。

參考文件：

1)FleetCarma The Truth About Electric Vehicles in Cold Weather

2)NREL Addressing the Impact of Temperature Extremes on Large Format Li-Ion Batteries for Vehicle Applications

3)On-Road Evaluation of Advanced Hybrid Electric Vehicles over a Wide Range of Ambient Temperatures

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