电动车的冬季续航“魔咒”:续航里程充电更换两小时 长源电力

股票行情  2021-03-25 00:33:20

“北京寒潮来袭,我在-20°C左右的地下车库里等了两个小时充电,脚都冻僵了。这是我这几年遇到的最难过的事情之一。”

冬天气温在-20℃左右,北京电动车充电速度比平时慢一倍。陈艳南摄影

“我不是在充电就是在充电。”如果要用一句话来形容北京最近冬天寒潮下的电动车车主,以上的话是最贴切的。

最近北京进入极寒天气,最低气温突破历史极值,都在-15°C以下,电动车很难“过冬”。《中国商报》记者花了一周时间采访了十几个品牌的车主。都说冬天续航里程缩水严重,与实际宣传严重不符。在户外停一晚上,续航里程可以减少30%以上,有的品牌甚至断电50以上。

段先生是北京最早的新能源拥有者之一,他告诉记者。冬季续航问题一直存在,但今年北京极寒挑战-20°C左右让他对新能源汽车彻底“心寒”。1月6日,他完成了工作,准备开车回家,但只在户外停了三个小时。汽车的电池寿命再也支撑不住家了。遇到紧急情况,找了一家百货公司下面的停车场收费,但是前面已经排起了长队。在电力不足,没有暖气的情况下,段先生足足冻了两天多。然后就是报告开头的肺腑之言。

近年来,中国新能源汽车市场发展迅速,但同时也凸显了目前电动汽车的发展瓶颈。“为了省电,我不敢在零下的天气开汽车的空调”“我临时出行要数剩余里程”“每天要找充电桩给车充电,家附近的充电桩经常人满为患”“虽然换电只需要三分钟,但有时候排队也要近两个小时”。在接受记者采访时,北京有不少新能源车主和段先生有着同样的困扰,他们都对电动车里程急剧下降、充电困难的现状表示无奈和不满。

对此,资深汽车分析师张翔在接受记者采访时表示,“目前锂电池是最成熟的电池技术,能量密度几乎已经达到极限。未来很难大规模量产颠覆锂电池。技术,想要提高汽车续航里程,可能只有改变技术路线,比如加装固态电池或者燃料电池,但是这两种电池商业化还有很长的路要走。”中国农业大学车辆动力学与智能控制创新中心主任王也告诉记者,电动汽车冬季续航里程的急剧下降只是一个暂时的问题。随着技术的进步,电动汽车在电池、充电设施等各方面不断取得突破,成本下降,对电动汽车续航里程的焦虑将得到解决。

“不充电或找充电桩”

特斯拉最近宣布对其国产Model Y(参数|图片)降价148100-165100元,一度因访问量超负荷而瘫痪。但是消费者的追求也很难理解冬季里程的“焦虑”。记者采访了多位特斯拉车主,称特斯拉也出现了严重停电。一位王兴车主告诉记者,“在冬天发动汽车时,续航里程往往只显示正常的50%。”另一位名叫赵的车主说:“你在户外停留一个晚上,就会失去30公里的续航时间。”在金融街工作的郭女士说:“家离单位很远。平日中午,我会在附近商场搜索特斯拉充电桩的队列。如果等的时间不长,我就赶紧充个电,更有安全感。”

据了解,2020年以来,包括比亚迪在内的特斯拉等一大批新能源汽车公司,为了控制成本,逐渐更换了磷酸铁锂电池。把特斯拉Model3(参数|图片)换成磷酸铁锂电池后,价格降到了25万不到。降价后的磷酸铁锂电池版特斯拉,电池容量55kWh,每100km耗电12.6kWh,NEDC续航468km,比445km版的三元(parameter | picture)锂电池多了22km,但是很多Model 3(parameter | picture)车主发现电池寿命大大降低。北京一家磷酸铁锂的三模车主表示,在目前的天气条件下,市内短途行驶占主导地位,夜间在地下室停车,白天在地面停车。满载时显示电池续航420公里,但行驶241公里后剩余电量为5%。

威来的冬天生活也很乐观。有车主说-10°C的天气在高速行驶200公里时会达到极限值,所以行驶170公里后会充电一次,而另一位车主则直言不讳地说:“冬天很冷,冻住了,”他说。“排队等一个小时再充电,充电一个小时再加热电池不掉电,在等待过程中看到一个完整的。

段先生是北京第一批电动车车主。但是这几年纯电动车的体验不是很好。他告诉记者,如果他平时以60公里/小时的速度开车,他的续航能力可以达到100多公里。但是如果高速跑,暖空气,耗电量会急剧增加。冬天,你可能连100公里的续航时间都达不到。所以有时候确实会遇到计划外旅行,或者临时跑几十公里可能会有点担心。

另一位荣威ER6车主告诉记者:“这辆车号称的NEDC寿命是620公里,但是到了冬天明显缩水。一般只能跑360(参数|图片)公里,每天早上都会显示续航里程。几十公里后,续航里程跑了30公里后开始急转弯。”他还说:“很多车主买它是因为它的寿命长,但结果多少有些让人失望。本来以为可以开车回老家(600公里左右)。这样,冬天肯定不现实。万一高速堵车,我会一直开空调。过一段时间,可能就没电了。”

一个有两辆德国混动车的车主告诉记者,公司和家里平时都可以充电,所以上班基本都是烧电的。夏天它们充满电时能跑50公里左右,所以夏天一个月才加一次油,冬天充满电时只能跑25公里。

他还说:“目前我不会买纯电车。我认识的朋友不只是因为担心电动车才买纯电车。就算买纯电,家里也要有第二辆燃油车。”

值得注意的是,很多电动车车主发现,到了冬天,不仅耗电量增加,充电也会变慢。拥有一辆国产品牌汽车的刘先生向记者承认,他从未被分配过燃油车号,所以几年前他选择购买一辆电动车,但他在冬天犯了一个错误。这几天,他染上了几十年没有在北京发生过的感冒。出去找充电桩成了他的头等大事。据刘先生说,气温的突然下降只剩下30%的电动汽车续航里程,而这一里程在冬天已经大大减少了。

“我以前在国茂工作,北京CBD的核心商务区,一个半小时都找不到充电桩充电。不是满了就是太远了。看到电量快用完了,终于找了一个靠近商业大厦的位置,但是电池升温慢,导致充电速度变慢。”刘先生在讲话中透露出无奈。

一名电动出租车司机告诉记者,因为续航里程太低,对乘客的影响更大。有些乘客可能要去很远的地方,但看到里程不多,就会勉强拒绝一些乘客。他还说:“冬天是电动车最难熬的时候。第二天加满电的时候里程已经下降了十几公里,早上跑不了多少票。他们十点会换电站,但那时候,简直是出租车换电的高峰期。虽然换电速度比较快,只需要三分钟,但是有时候换电会排近两个小时的队。排队时,只能关上窗户,把身体裹紧。”

低温“焦虑”是电池引起的?

不买电动车你是无法理解北京冬天有多冷的。这是最近一款电动车品牌APP中最受好评的一句话。为什么低温会成为续航里程的杀手?业内很多人说,问题主要出在电池上。

有专家分析,主要原因是动力电池低温性能衰减。数据表明,多种原因会导致锂电池在低温下的性能退化。比如低温时电解液浓度会增加,扩散系数会降低,电池内部的电荷转移阻抗(Rct)会显著增加;再比如,锂电池的阴极劈裂现象在低温环境下会变得严重,析出的金属锂会与电解液发生反应,其产物沉积,导致固体电解质界面(SEI)厚度增加。

电极材料和电解质材料对电池的低温性能影响很大,会进一步影响电动汽车冬季的续航里程。目前电动汽车的动力电池主要是锂电池,分为锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴锰酸锂,即三元锂。其中,三元锂电池由于综合了三元材料的诸多优点,近年来迅速占领市场,镍的加入大大提高了电池的电池容量和能量密度;磷酸铁锂起步较早,技术发展较为成熟,安全性能突出。

但不少特斯拉Model 3车主表示,磷酸铁锂版电动车的续航时间缩水更明显。根据汽车行业众多媒体的评价数据,相比三元锂版,磷酸铁锂特斯拉Model 3在低温下的电池寿命明显降低。

有分析认为,磷酸铁锂电池的低温续航性能不如三元锂,这是由其自身材料的差异决定的。三元材料为镍钴锰,具有层状结构。但是磷酸铁锂是八面体结构。在锂离子放电和正负电极来回导电的过程中,它们的通道是不同的。但是由于磷酸铁锂电池成本相对较低,很多车企还是选择它作为动力电池。以特斯拉为例。2020年10月,特斯拉正式宣布下调国产Model 3价格。降价的重要原因是电池寿命的标准电池由三元锂改为磷酸铁锂。

北汽新能源研究院副院长戴康伟也认为,电动汽车冬季电池寿命衰减主要受动力电池特性、空调和旋转系统阻力三个因素影响。“电池作为化学产品,化学反应实际上与温度有关。在低温下,电池内部的一些电解质会变得更加粘稠,包括锂离子迁移的速率和材料本身的导电性,这将进一步恶化电池活性,从而影响电池性能和容量挥发。动力电池可用容量的衰减。”既然电动汽车的主要驱动力是电池,那么低温就是电动汽车的“天敌”。这意味着在低温下,电池本身很难充满电,如果车辆停在室外或低温下,续航里程会缩短。

近年来,许多上下游电力企业花费了大量的精力来提高低温下的电池效率。比如从早期的“电热丝”和热水器,到现在热泵系统和电池系统的热管理设计。很多公司也在积极开发耐低温的电磁材料,但进展缓慢,突破不明显。

“电池”赢得未来

电动汽车的冬季续航是否成为新能源汽车产业发展的“拦路虎”?张翔告诉记者,从发展来看,锂电池是目前最成熟的电池技术,能量密度几乎已经达到极限。锂电池中的镍含量越高,电池的比容量和密度就越高。越高,811和532锂电池在汽车上的应用越广泛。未来很难大规模量产,颠覆锂电池。如果想提高汽车的续航里程,可能只有改变技术路线,比如加装固态电池或者燃料电池。

而社会各方都在努力解决续航里程带来的焦虑。数据显示,目前国家电网正在启动新一轮充电桩建设,投资27亿元,新增充电桩7.8万个。项目分布在北京、天津等24个省(市),涵盖公共、专用、物流、环卫、社区、港口岸电等多种类型。同时,为了解决动力电池在低温环境下的性能退化问题,开展了一系列研究,如开发能适应低温环境的电解液、电极材料、电极结构和热泵空调技术等。

有专家一直在推广氢燃料电池的概念,认为氢燃料电池汽车将是未来北方地区更好的选择,在低温环境下续航里程不会有明显减少。数据显示,燃料电池汽车在现有技术条件下基本可以实现-30℃的冷启动,目前燃料电池一般工作在-70℃左右,是一种热源,所以在冬季可以给汽车加热,不需要额外的动力消耗。

近日,威来宣布推出搭载固态电池的ET7,也试图打破续航里程的“魔咒”。该车的续航里程号称高达1000公里,但目前威来的固态电池只停留在“PPT”阶段。在张翔看来,威来固态电池产品的推出可能还有很大的不确定性。“固态电池还不成熟,还没有达到车辆规格的标准,只停留在实验室阶段。现在已经有几家公司开始试生产了,但是还没有正式量产。这是因为他们在量产后要面对很多问题,比如保证产品质量的一致性,供应商管理,成本控制等等。燃料电池成本太高,工艺复杂,大规模生产需要一些时间。”

他还表示,目前的续航里程是制约电动汽车发展的“痛点”。目前,汽车企业一旦推出续航里程高的汽车,就会吸引更多的关注,增加更多的订单。可想而知,未来谁能先推出高密度电池,谁就站在汽车行业的高地,进而改变整体竞争格局。

(编辑:张硕校对:翟军)

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