登陆作者丨秦志伟
“有点后悔买电动汽车了”“哪怕是有一辆破油车，我都要换掉”……这个冬季，寒冷的不只天气，还有电动汽车车主的心。
作为电池领域的科研人员，南京大学现代工程与应用科学学院教授周豪慎对此并不惊讶。他告诉《中国科学报》，锂离子电池在低温环境下的充电和放电均大幅度被抑制，能量存储和释放能力均被削减，导致冬天电池性能可能下降甚至无法正常工作。
给电池“披件棉袄”？
家住北京的刘明（化名）从家到单位有8公里，为了上下班方便就买了电动汽车，“这是第一次过冬。”受前段时间寒潮影响，北京最低气温-19.6℃，是1966年之后的气温最低值。
在这种温度下，刘明和爱车都经受了考验。“启动车时，显示电量还有130公里，可还没行驶5公里，电量已经下降一半。”越走电量下降越快，刘明非常着急，最终不得不关掉车内空调，忍受着刺骨的寒冷，四处寻找充电桩。
购买电动汽车仅8个多月的张弛（化名）也遇到了同样的问题。“从公司到家是25公里，显示消耗75公里。前几天显示里程和实际里程还是1.6倍的差距，现在都到了3倍。”
上述情况并非个例。“尤其纯电驱动的新能源车，在寒冷天气下电池容量明显变小，正常行驶情况下续航里程变短。”东南大学机械工程学院副院长殷国栋经常被问及类似问题，“虽然这些都发生在极端环境下，但也跟当前电池本身的性能和整个车辆的能量管理不完善有关。”
周豪慎表示，就锂离子电池本身缺陷而言，目前学界正研究给电池外添加一套温控体系，即使外界的环境温度很低，但电池工作温度控制在常温下，就能最大限度地保障续航。这就好比给电池“穿件棉袄”。
然而，相对精准地调控电池工作温度并不是件易事。殷国栋向《中国科学报》介绍，由于电池本身对散热有一定要求，如何合理布置加热片或加热管路，与电池散热达到平衡，是目前电池热管理研究的重点。
充电也“怕冷”
低温环境下，充电效率低也是问题之一。“在秋天，90分钟就能充满，但现在充了快20分钟，还没到1%。”
周豪慎解释说，低温工作环境下，锂离子在电解液和电极上的扩散均大幅度变慢。也就是说，锂离子电池电解液黏度变大、电导率下降，甚至出现电解液凝固，这些均影响锂离子电池的低温表现。对此，研究人员正在优化电池内部电极和电解液成分。
在他看来，目前主要有两类解决方法：一是提高电池充电时的工作温度，如提高环境温度或转移至常温区充电，这样能有效缩短充电时间；二是从根本上优化电池内部结构，使用更先进的电解液和电极，即使在低温下也能快速充放电，从根本上解决充电慢的问题。
此外，就“掉电时快时慢，尤其越到最后掉电越快”的问题，殷国栋分析，主要是电池的荷电状态（SOC）估算不准导致的。
他解释，当电池实际剩余容量较多时，不准的SOC对车辆影响较小。但当电量消耗了一半以后，不准的SOC可能会导致车辆电量耗尽，这时需要对SOC进行修正。
“手机和电脑使用的也是锂离子电池体系，虽然电极材料和电解液有所区别，但工作原理是一样的。”周豪慎进一步分析，电量主要存储在较平稳的放电区间，到末期，一般电压变化大，而贡献的电量却很少，这也解释了为何越到最后掉电越快。
诸多问题待解决
虽然刘明焦急地四处寻找充电桩，但令他恼火的是，找到的充电桩不是坏了就是没车位，最后好不容易找到一个。“不知道是信号不好还是怎么的，支付码扫不出来。零下十几度，我站在风里捣鼓了十多分钟，手快冻掉了。”
他一边给爱车充电一边想着当初为什么要买电动汽车，“总觉得这么多年电动汽车已经进入了一个稳定期，现在有点后悔买了”。
“我国新能源汽车发展已经进入相对稳定阶段了。”在殷国栋看来，还应继续加大对动力电池、驱动、全线控转向等新能源车关键部件的研发力度。
周豪慎也表示，电动汽车要想提高市场占有率，接下来要做好以下工作：解决安全问题，电动汽车的安全问题仍是其发展瓶颈之一；解决里程焦虑，电动汽车续航仍需改进；解决电池充电问题，能保证电池在安全情况下尽量提高充电速度；充电桩等配套设施要跟进。
“还要与汽车智能化和网联化趋势结合，以新能源车为载体，大力发展人工智能、无人驾驶与智能网联技术的研究和应用。”殷国栋说。
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