撰文/N.E.S 姚思宇

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通聯(lián)客車挑戰(zhàn)高寒地區(qū)運行

撰文/N.E.S 姚思宇

極寒溫度下，電池的充放電功能衰減，為了保持溫度需開啟空調(diào)，但這又會加劇能量消耗。有數(shù)據(jù)顯示，磷酸鐵鋰電池在極寒條件下衰減幅度達40%-60%。難道電動汽車此生與高寒地區(qū)無緣？

上海聯(lián)孚集團旗下的哈爾濱通聯(lián)客車有限公司偏偏要打破這個“魔咒”，由集團汽車工程研究院及電驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)研究院等自主研發(fā)的通聯(lián)新能源客車已經(jīng)在齊齊哈爾示范運營。日前，新一批電電氣混合動力客車在通聯(lián)客車哈爾濱工廠正式下線。上海聯(lián)孚新能源科技集團、哈爾濱通聯(lián)客車有限公司董事長張根發(fā)表示，通聯(lián)新能源客車將繼續(xù)在北方城市投放新能源客車，挑戰(zhàn)極寒天氣。

為了進一步提升新能源汽車在極寒地區(qū)的運行效能，一場主題為“中國寒地新能源汽車推廣應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇”在哈爾濱舉行。

極寒天氣下電池性能衰減嚴重

中國工程院楊裕生從化學反應(yīng)的角度對電池在寒區(qū)使用能效降低進行了說明，“一般化學反應(yīng)在溫度每降低10℃時，反應(yīng)速度就會慢一半，當溫度從25℃降低到-40℃時，反應(yīng)速度減慢26.5倍，為25℃的1/100?！睏钤Ｉf，“而電池中至少需要正負極兩個化學反應(yīng)，所以疊加起來要再減慢一半。如果溫度過低，水性電解液還有結(jié)冰的可能性”，更阻礙了電池性能的發(fā)揮。

對此，哈爾濱光宇集團股份有限公司總經(jīng)理朱延春，北汽新能源副總經(jīng)理、工程研究院院長王可峰給出了實驗數(shù)據(jù)加以證實。

王可峰指出，動力電池最低放電溫度多為-20℃，且放電功率、放電能量在極寒溫度時顯著下降。不同類型電池最低放電溫度存在差異，磷酸鐵鋰電芯在-20℃以下不能放電，部分三元材料電芯可低至-30℃。溫度降低導(dǎo)致放電功率、放電能量明顯惡化，其中三元材料電池相對優(yōu)于磷酸鐵鋰。

在電池容量方面，“磷酸鐵鋰電池-20℃下，容量減少20%，只能發(fā)揮80%容量；而三元材料電池-20℃下容量減少15%，能發(fā)揮85%容量?！彪m然三元材料從數(shù)值上看起來比磷酸鐵鋰優(yōu)秀，但綜合安全等多種因素，朱延春建議，在哈爾濱運行的電動客車選用磷酸鐵鋰電池，而乘用車則可以選擇三元鋰電池。

在充電方面，極寒溫度下，不同類型電池直流、交流充電的最低許允溫度與充電量試驗表現(xiàn)差異明顯。直流充電最低許允溫度可以達到-15℃以下；交流充電最低許允溫度多無法低至-15℃以下，部分經(jīng)加熱后可實現(xiàn)低溫充電；部分三元材料電池可低至-26℃。

在極寒條件下，開啟空調(diào)也會導(dǎo)致續(xù)駛里程明顯降低，其中磷酸鐵鋰電池在極寒條件下衰減程度較三元材料電池更大，衰減幅度達40%-60%。王可峰具體解釋道，“目前電動汽車采暖多采用PTC制熱模式，PTC為高壓元件，在保障安全滿足除霜標準的條件下空調(diào)開啟模式功率實際范圍約2kW-2.5 kW；除霜模式多采用最大功率，約3.5 kW-4.0kW；而高功率導(dǎo)致高電量耗損，會造成續(xù)駛里程降低?！?/p>

除此以外，低溫還會導(dǎo)致傳動系統(tǒng)能效下降，變速箱油溫在70～80℃時，整車能耗較10～20℃區(qū)間下降4.5%左右。加之，極寒地區(qū)必須配備雪地胎，滾動阻力提高，增大了電池的消耗。

與會專家大多建議，在哈爾濱這類極寒地區(qū)，電動汽車性能提升需同時考慮動力電池性能和整車性能兩方面。

高寒地區(qū)運行電動汽車是否可行？

對于動力電池而言，提升性能的措施主要是對單體電芯的改良以及對電池模組進行優(yōu)化設(shè)計，而整車性能提升的路徑則是降低能耗水平、抑制能量散失、提高熱利用效率等方面。

目前，低溫性能表現(xiàn)相對優(yōu)異的電極材料為三元正極、鈦酸鋰負極，通過開發(fā)適于低溫條件材料工藝的電芯可以提升低溫性能；最新研究成果“全氣候電池”，通過改良結(jié)構(gòu)，能夠顯著提升汽車動力電池低溫性能。

在整車設(shè)計開發(fā)方面，保溫隔熱、抑制能量散失多采用傳熱系數(shù)低的新型材料如碳纖維、陶瓷纖維棉等，同時加強整車密封保溫的設(shè)計；而降低能耗、提升熱利用率則應(yīng)該采用輕量化技術(shù)降低整備質(zhì)量。此外，改良變速器設(shè)計、提高傳動效率、優(yōu)化車身造型、改善輪胎設(shè)計降低行駛阻力等都能有效提升整車性能。

有觀點提出可對電池箱加裝保溫層，但實驗數(shù)據(jù)證明，帶保溫層的電池箱，溫度從25℃拿到-15℃后，大約在4-8個小時溫度便會降至0℃。這說明保溫層只能延長電池溫度降低，而不能持續(xù)保證電池溫度。

由此，朱延春提出，如果想保持電池包的溫度，則可以加裝一套高效加熱裝置。對于商用車而言，在電池組帶電保持溫度狀態(tài)下，-15℃時，每10kWh電池組需要55W以上的加熱器，-20℃時，需要76W以上加熱器，-25℃時需要108W以上加熱器，-30℃時需要145W以上加熱器。

上述數(shù)值看起來需要消耗很多能量，事實上，朱延春的試驗數(shù)據(jù)表明，在電池包上采取保溫及溫控方式，確保電池整體能保持5℃以上的溫度，電池消耗能量不超過整體能量9%。也就是說，冬季在哈爾濱運行電動客車，只需要在充電時多消耗9%的電量，對整體的運營成本并不會造成很大影響。所以，在朱延春看來，哈爾濱等高寒地區(qū)擴大電動汽車是可行的。

據(jù)介紹，目前，哈爾濱通聯(lián)客車主要生產(chǎn)的是電電氣（即太陽能電池、磷酸鐵鋰動力電池及天然氣）混合動力客車，隨著電池電芯設(shè)計及整車設(shè)計的不斷完善，通聯(lián)客車未來將進一步加大產(chǎn)品的電力驅(qū)動，盡早在高寒地區(qū)實現(xiàn)公交車純電動化。