冬天电动车续航为什么会缩水？

冬季，电动车由于电池活性的下降，带来的里程缩减已经不是什么新鲜事。虽然大部分电动车厂商在极力宣传自己的热管理系统有多强大，但到了冬季，衰减一如既往的到来。其实不仅仅是在低温下电池活性会下降，在高温状态下电池的性能也会大打折扣。其实电池技术的进步，并没有电动车厂商宣传的那么快。

220年前的电池技术

▲220年前，意大利物理学家Alessandro Volta发明了电池

1799年意大利物理学家Alessandro Volta发明电池以来，电池的工作原理并未发生质的改变。只不过220年前，Volta使用的是锌板和锡板浸在盐水里，现代电池的正负极原料以及电解液都发生了变化。通常采用石墨阳极，以及锂的钴锰镍氧化物构成的阴极，并且用液态锂盐作为电解质。

▲瓦特的电池采用锌板、锡板以及盐水作为正负极和电解液

无论电解质和两极材料如何变化，现代电池仍需要在合适的环境温度下才能发挥最大效能，通常这一温度在20-30摄氏度之间。不仅低温，45摄氏度以上的高温下频繁充放电，电池性能最多能够下降50%。尽管电池性能的下降，可能并不会直接反应在续航里程之上。因此大部分电动汽车厂商，选择为动力电池配备集成式的温度管理系统。温度管理系统能够帮助动力电池平衡内部温度，以优化长期容量和短期性能。

▲为了增强电池的适应性，多数厂商为其配备了温度管理系统

尽管装备了温度管理系统，当外部温度急剧下降时，仍然无法有效地保证动力电池的工作温度。过低的温度会导致电池的活性下降，与大多数电动设备一样，电动汽车也不可避免的受到影响。

▲在温度控制系统帮助下，冬天的电动车续航仍会大幅衰减

并不完美的锂电池

目前上路行驶的电动车使用最多的锂离子电池，低温性能相比老旧的铅酸或者镍锰有了很大提升，但仍不能在极端低温下保持原有的性能。汽车制造商们显然不希望使用有缺陷的技术，但就目前的技术而言，锂离子电池仍是目前最佳的选择。

锂离子电池，已经成为市场上大多数混合动力、插电式混合动力以及纯电动汽车，动力电池的主流选择，并且有唯一化的趋势。原因主要是因为其能量密度相比其他类型的电池有着较大优势，主流水平可以达到每千克150Wh的水平。相比其他电极材料而言，锂电池可以做的更小更轻。

▲今天的动力电池本质上与220年前并无区别

前面介绍过，锂离子电池通常采用石墨阳极，以及锂的钴锰镍氧化物制作的阴极，和液态锂盐作为电解液。电池放电时，锂离子从阳极流向阴极，在充电时锂离子从阴极流向阳极，在外部电路中形成同向的电流。虽然这一过程可以看做是一个简单的化学反应，但受到诸多变量的影响，反应速度可能会减慢，甚至产生永久性的短路。

低温下，电池性能的大幅下降，主要是因为化学反应速度被减慢了，并且仅发生在放电过程中。依靠电池管理系统，锂电池理论上可以在零下40度的温度下工作，只是放电效率大幅降低。在这一温度下充电几乎无法实现，因为反应时间被大幅延长了。

电池的突破在哪里

▲保时捷将系统电压提升至800V，是一个突破

锂电池并不完美，人们仍在寻求更好的电池技术以弥补其缺陷。自电池发明以来，已经过去两个多世纪。220年将电压从0提升至220V，显然是一个不太理想的数字。保时捷突破性的将系统电压提升至800V，在同等功率下可以使用更纤细的导线，减少了电压转换时的能量损耗，缩短了充电时间，对减小系统的重量和体积也有一定的帮助。

▲锂空气电池有着接近汽油的比能

保时捷Taycan目前仍然使用传统的锂离子电池，但保时捷以及许多厂商仍在投入大量精力改善电池技术。目前最具潜力的当属固态电池，所谓固态其实就是采用了固态电解质，而非有机或无机溶剂作为电介质。离子液体是较为主流的溶剂选择之一，它其实是在常温或低温下呈下熔融态盐。优势也十分明显，挥发性小、不可燃并且有着更高的温度稳定性。

▲锂硫电池也是相对理想的动力电池形式

锂空气电池是另外一种解决方案，采用锂作为负极，空气中的氧气作为正极反应物，碳材料作为正极。锂空气电池的比能能够达到5.21kWh/kg，已经接近了汽油的水平。另外锂硫电池的比能达到2.6kWh/kg，也是未来理想的动力电池技术，但其发展仍然处在早期阶段。诸多的新技术都在研发中，目前制约其普及的主要原因是成本。所以我们的主流电动车，仍然在使用3年前的电池技术，低温性能并不是最主要的考量因素，而是成本。