每年冬天，都是電動車主們懷念油車的時候。前段時間，蔚來創始人李斌在採訪中表示：“完全不理解，怎麼現在還有人買油車？油車除了能聞點汽油味，別的還有什麼好？”此番言論引來不少網友的質問：“我想不通為啥買電動車”。

出品| 虎嗅汽車組

作者| 王笑漁

在北京只有綠牌指標的劉先生，就後悔買了純電動車。他告訴虎嗅：“我的車充滿312公里的續航，在一天一夜的時間維度裡（包含白天行駛和夜間停放掉電），連100公里都跑不到。必須每天都充電，每天找樁真心懷疑人生，有選擇我肯定不買純電”。

冬季續航打五折，早已是車主心裡默認的事實。

懂車帝最近做了一次測試顯示，讓市面上41款新能源汽車，在外溫-20℃、車內空調設為24℃的條件下跑續航，結果只有蔚來EC6（官方續航里程為615km）、小鵬P7（實測續航為316.2km）兩款車型續航里程能突破300公里，NEDC續航達成率分別為54.78%、47.19%。

中汽中心也對6款熱門車型做了續航測試，低溫續駛里程平均下降率為39％。同時，部分車型在常溫和低溫條件下表顯續航里程的估計準確度也存在很大差異，後者平均估計準確度僅為66％。

續航短、掉電快更是北方電動車主的常態。

通常來說，決定一台純電動車續航里程的因素主要有三大類：1、電池容量；2、電耗；3、外部因素（駕駛習慣、行駛工況等）。而對於一個普通的電動車車主來說，解決冬季續航焦慮的方法並不多：你要么換車/換電池，要么就更頻繁地去充電，或者就少開空調、減少電耗。

“冬天電車再不開空調，那真是個冷棺材”，劉先生告訴虎嗅。難道，除了穿著大鵝絨服開電車，就真拿“冬季續航焦慮”沒辦法了嗎？

一、冬季續航短，都是電池太嬌貴

鋰電池，它生來嬌貴。

既受不了太熱，也不喜歡太冷，最適宜的工作溫度在15-40℃之間————廣東省的冬季、夏季溫度之差，大概也就是這麼個範圍。在2020年，廣東省賣出新能源汽車155,878輛，與之形成鮮明對比的是，2020年東北三省賣出的新能源汽車總和為9,943輛，佔比僅為全國銷量的0.92%。

東北的低溫寒冬條件，雖然不會對車輛的動力輸出造成較大影響，但電池的容量會下降，而且充電過程對溫度範圍的要求更為嚴苛。更重要的是，鋰電池在0℃以下充電容易產生析鋰現象，引起不可逆的損傷和安全問題——長期以往，還可能會誘發短路、自燃。

磷酸鐵鋰（LiFePO4）電池內部的放電過程（圖源：Materials insights into low-temperature performances of lithium-ion batteries）

鋰電池之所以嬌貴，還得從電池材料構成說起。

業內主流的動力電池路線有兩種：三元鋰和磷酸鐵鋰。它們的正極材料一般為三元（NCM/NCA）、磷酸鐵鋰（LFP），而負極為石墨（Graphite）。充電時，鋰離子從正極晶格出來，穿過電解液隔膜到負極，嵌入石墨層間。而放電的過程，是從石墨負極層間裡出來，再回到正極晶格。

別看這一顆小小的電池，這可是一個複雜的電化學系統，其中包括了固體材料：正極材料、負極材料，纖維隔膜等；以及液體材料：有機電解液（包含鋰鹽，溶劑及其他添加劑）等。

無論是材料，還是反應過程，都會受到低溫的影響——固體材料的“熱脹冷縮”、液體材料在低溫下黏度增大甚至凝固、帶電粒子的傳質過程和電化學反應的速度降低。

舉個例子，在低溫下，電解液變粘稠，這時候負責放電的鋰離子就難以穿過，那麼放電效果就會“大打折扣”，而同時鋰離子的活性也會降低，自己“懶得動”。最終出現的結果就是，實際行駛里程與車企標定的續航里程完全不符。

在不同的溫度下，城市和高速公路駕駛的續航航範圍（作為為UDDS-Urban Dynamometer Driving Schedule城市道路循環工況、右圖為SFTP US06-激烈駕駛工況）

此外，不同的正極材料，在低溫下的表現也有差別。

NatureEnergy上的一篇文章，比較了磷酸鐵鋰刀片電池（LFP blade battery）、方殼三元鋰電池（NMC622 VDA battery）組成的40kWh電池組的電動車，在不同溫度下的續航里程表現。

高溫下，兩者在城市道路循環工況和激烈駕駛工況的續航里程大致相同，磷酸鐵鋰的續航稍稍高出三元鋰電池。但溫度下降至冰點以後，續航里程都出現了驟降，尤其是磷酸鐵鋰。

在UDDS城市道路循環工況下，溫度降至-10°C時，LFP電池的車續航里程下降到了158km，在-20°C時續航航里程下降到39km相比之下，使用NMC622電池的車在-10°C條件下行駛里程為228公里，在-20°C下行駛里程為157公里。

在US06激烈駕駛工況下，溫度對續航里程的影響更為顯著。在0°C時，LFP電池的續航里程僅為NMC622電池續航里程的58%，在-10°C時，這一比例進一步下降至30%。

“磷酸鐵鋰電池在0°C環境下容量保持率約60-70%，零下10°C時衰減到40-55%，零下20°C只剩下20-40%，而三元鋰電池在-20°C條件下依然能夠保持正常電池容量約70%-80%，冬季對於搭載磷酸鐵鋰電池車型來說無疑是’雪上加霜’。 ”一位動力電池業內人士表示。

二、冬季掉電快，是為了“供”著電池

如果你的車是磷酸鐵鋰電池，比如像“國產神車”宏光MINI EV這種。那麼每到寒冷的冬天，你的可用的續航里程不僅更低，而且開起來也會相當耗電。

電動車和燃油車一樣，在冬季的能耗都會比夏季要高。在低溫下，燃油車的發動機熱效率會下降，從而導致噴油量增加，或者開暖氣啟動壓縮器等等原因也會導致油耗增加。但油車的好處是，燃油車的發動機產生的餘熱可以用於車艙內供暖，總整體能源使用效率上做到提升。

況且，燃油車可以輕鬆地找到周邊的加油站，但電動車並不是隨時都可以完成能源補給。所以，電動車更需要注重車輛的能源使用效率——說句人話，就是省電。

能耗，通常來說分為兩種計算方式，“里程能耗”和“時間能耗”。里程能耗不解釋，開得越遠、越快消耗越大；時間能耗就是，不管你跑了多少里程，單位時間內的能耗都是固定的。比如你雖然只開了10公里，但堵了10個小時，開著空調電一會就掉光了。

而純電動車的冬季能耗，除了驅動電機這項最基本的能耗之外，電池熱管理以及采暖的消耗（乘員采暖、玻璃除霜、電池加熱、電池保溫等）占到了整車能量消耗的一半以上，達到54%——具體分為兩大類能耗：電池制熱、車內製暖。

前文說過，電池對工作溫度要求嚴苛。

在低溫條件下，電動車都會需要利用空調系統的製熱能力，來消耗電能為電池進行升溫：一方面，這樣做是為了恢復電池充放電性能；另一方面，是為了防止低溫對電池造成不可逆的傷害（比如前面說過的在0℃以下充電容易產生析鋰現象）。

之前很多老款純電動車上的製熱系統，都是PTC加熱。PTC，又叫正溫度係數熱敏電阻，顧名思義就是隨著溫度的升高電阻也在升高，所以可以實現恆溫發熱。因為PTC成本低、結構簡單、出熱快、受外界環境影響小，因此從入門車到高端車都普遍在使用。

PTC有一個致命問題，因為它極其費電，從而直接影響車輛續航。

隨著外界溫度降低，PTC的電阻值隨之減小，電流通過電阻產生熱量，其製熱能效比最大值不超過1，也就是說1kW電量最多可產生1kW熱量。假如你冬季行駛時打開暖風，全程至少消耗三分之一電量，功率越大耗能越大，時間越久耗能越大。

PTC和熱泵的能耗對比（圖源：Torben Fischer-Comparison of the consumption of a conventional PTC heating element and a heat pump system at an ambient temperature of 0°C ）

一邊給電池加熱，一邊給車艙內供暖，能耗也就直線飆升，續航也就蹭蹭蹭往下掉。

據SAE International的測試顯示，在0℃時，採用PTC加熱方式時的續航里程為無制熱的45.2%，而熱泵制熱則為62.2%。在-10℃時，用PTC加熱的續航里程為無制熱的45.2%，熱泵則為62.2%。

在零下十度和零度的環境下，無制熱、PTC加熱、熱泵的行駛里程差異，來源：SAE International

什麼是熱泵？

熱泵顧名思義就是，把外界的低溫熱量“泵”到相對⾼溫的乘客艙⾥。熱泵空調的原理，其實就是利⽤了我們在中學學過的蒸發吸熱，液化放熱的熱⼒學原理（忘記的朋友，去翻中學課文），再利⽤低沸點的製冷劑將環境中的熱量帶⼊到乘客艙中。

與PTC加熱不同，PTC是實實在在的能量的產生過程，能效比大約在0.95，需損耗非常多的電能；而而熱泵制熱方案是以冷媒為介質的熱傳遞的過程，是能量的搬運，最高能效比可以達到2，也就意味著同樣的熱量需求，熱泵制熱方案相比於傳統的非熱泵制熱方案，電能損耗僅為一半。

但熱泵系統，僅僅是解決燃眉之急，並不是終極方案。

比亞迪海豚的集成熱管理系統

熱泵系統之所以不常⻅，就是因為⼀個字“貴”。熱泵比PTC要復雜得多，涉及六通閥、八通閥等這種對設計和製造能力要求較為嚴苛的零部件，因為做不到的話反而會產生多餘的噪音影響駕駛體驗。

相比較傳統熱管理產品，新能源熱管理系統這套三電系統冷卻和熱泵空調等設備，足足將單車配套價值量提升了3倍。比如，在大眾ID.4的CO2熱泵選配包價格為9000元。而特斯拉、比亞迪等品牌的部分車型目前都是以標配的形式存在。

要說複雜性，熱泵中的“集成閥”必須榜上有名。因為，它可以直接影響了一個熱泵系統能完成多少種工作模式，以比亞迪的e平台3.0熱泵系統為例，它具有11種工作模式：單電池加熱模式、單乘員艙采暖模式、乘員艙采暖+電池加熱模式等等。

以搭載熱泵直冷直熱技術的比亞迪海豚為例，在室外氣溫近-10℃的瀋陽進行續航測試（測試條件：24度自動空調、標準模式動力回收、ECO模式、無座椅加熱、車載兩人），結果顯示：實際行駛里程242km，表顯續航掉了347Km，續航達成率將近70%。

比亞迪的熱管理集成模塊長這個樣子，可以管它叫“六通閥”，因為有六個可以切換連通方向的閥

很多國內消費者接觸到熱泵的概念，應該是從國產特斯拉Model 3開始。在那套熱泵系統中，特斯拉的工程師們，設計了一個可以電控切換水路循環流向的超級旁通閥門——八通閥，還別出心裁的在這個部件上畫了一個八爪魚。

他們將傳統的熱泵空調和車輛的電池系統、動力系統通過八通閥進行了打通，徹底壓榨了不同系統的餘熱，同時進行了融合，產生了多達12種工作模式。

八爪魚

對於這一精妙的設計，熱心的知乎網友@cw5586就分析道：特斯拉的創新是把電池的冷暖系統和駕駛艙的冷暖空調結合起來了（用兩個換熱器實現），直接利用駕駛艙冷暖空調的大換熱器解決電池的冷暖能源供給，優點有兩個：

一是特別緊湊（用八通閥和兩個換熱器取代其它車廠用的直接發熱元件和散熱水箱），用兩個小換熱器把熱量導給駕駛艙空調解決；

二是效率高，空調不管制熱還是製冷都能實現相當於電能3.5倍的輸出，相當於提高電池熱管理效率3.5倍，同時還可以利用電池的熱量（例如冬天行車電池發熱就導向駕駛艙可以節約一點空調消耗的電），而其它廠家的分離系統電池加熱是直接加熱，效率比特斯拉差3.5倍，行車過程中電池發熱無法利用只有直接用散熱器消耗掉。

但需要注意的是，熱泵系統也分“段位”。在極低溫情況下，有些熱泵系統可能會“罷工”。

比如，在東北這種冬天零下十幾度的環境中，車外溫度較低的同時，空氣中含有較多水分。這種極端條件下，空氣中的水分會在車外表面結霜，結霜後導致換熱裝置很難再從外界環境有效地吸收熱量，導致熱泵空調無法繼續工作，一般熱泵系統在-10℃甚至更低的時候，就直接“歇菜”了。

到了-10℃，甚至更低的溫度時，你仍然需要靠PTC加熱來維持溫度。以特斯拉之前公佈專利來看，特斯拉Model Y配備的一個低壓的PTC，會在電池溫度在-10~10℃這個區間輔助熱泵空調混合工作。

當然，也有一些比較極端的辦法，像北汽新能源的出租車會加裝柴暖，以及像威馬EX5-Z上有一個柴暖系統——在車身右後側開了一個加油口，用於加註柴油，再通過柴暖系統對電池包和空調進行加熱。以此，來減少電耗。這種方法雖然抗凍，但與電動車的環保理念天然相斥。

總而言之，這些“暖寶寶”方案都只是過渡方案，談不上完美。但解決溫飽還是夠了。

三、在東北，鋰電池沒有未來

那，有沒有相對“完美的”方案呢？氫燃料電池和固態電池，了解一下。

今年10月，140輛豐田氫燃料電池車MIRAI在大連通關入境。此次入境的MIRAI氫能源電池車是由日本豐田公司製造的氫能源電池汽車，續航850公里，該批車輛將在北京冬奧會期間提供運輸服務。

鋰電池在2021年風光無限，但到關鍵時刻卻上不了檯面。

2022年北京冬奧會與冬殘奧會比賽期間，延慶、張家口將投入700餘輛氫燃料電池公交車，為賽事提供交通服務保障。而這種由北汽福田歐輝客車生產的11米48座高一級氫燃料電池客車，車輛配備80KW氫燃料電池發動機，8個氫氣瓶組，續航能力達500公里以上。

相較於嬌貴的“鋰電池”，低溫環境對於氫燃料電池的使用影響較低。

燃料電池目前主要是有兩種路線，一種是金屬雙極板，另一種是石墨雙極板。其中，金屬雙極板的熱容小，更容易實現低溫啟動。比如，驥翀氫能在去年就發布了一款MH170金屬板燃料電池電堆，號稱可以在-39℃完成冷啟動。驥翀氫能創始人、董事長付宇則表示：“它可以在中國廣大的北方，甚至是俄羅斯、中亞等極寒地區應用。”

中國科學院院士、中國電動汽車百人會副理事長歐陽明高認為，我國西部、北部等可再生能源豐富、純電動車滲透率較低的區域，或將成為氫燃料電池車的發展空間。

“長城以北、西部和西北部基本上是冬季溫度低、能源基地多，可再生能源的集中度高，具有氫能生產和利用的場景，非常適合氫能全產業鏈發展。今後5到10年，氫能市場的突破口或者適合於市場化場景，就是在可再生能源氫的富餘區域，盡量在當地就近利用。”歐陽明高表示。

除了氫燃料電池之外，全固態電池也是一種更接近現實的“理想方案”。

“固態電池充放電對溫度的要求較少。”一位關注固態電池領域的投資人告訴虎嗅。“現在，固態電池一部分用在航天領域，外太空的溫差可比汽車上大多了”。

Kentaro YOSHIDA and Keizo HARADA在“All-Solid-State Lithium Batteries with Wide Operating Temperature RangeMitsuyasu”文章中，對基於硫化物全固態電池做了幾項測試，其中在低溫耐受性測試方面結果如下：

電池在低溫-40℃規定的充放電（The test conditions were a constant current of 0.02mA, charged to 0.02mAh, and discharged to 3.0V）、循環（試驗條件為恆流0.02mA，充至0.02 mAh，放電至3.0V）條件下。

可以發現——低溫對於這種硫化物全固態電池的容量影響，是非常小的。

“因為目前的硫化物固態電池，在高溫下的容量性能表現與常溫下沒有太大區別。而在零下四十度的低溫環境下充放電，電池容量受到的影響也在5%以內。在充放電倍率上，一般的液態電池到0度以後充電的速度就會顯著下降，這一點在硫化物固態電池上是幾乎沒有影響的。”上述人士告訴虎嗅。

在氫燃料電池和全固態電池未量產上車之前，東北老鐵們還是再享受一下燃油車帶來的快樂吧。

寫在最後

最後，對於廣大北方的純電動車車主們和意向車主們，我們有五個小建議：

1、建議優先選擇三元鋰電池車型；

2、建議優先選擇大電池容量車型；

3、建議出遠門前提前規劃好充電補能點；

4、建議優先選擇有熱泵空調的車型，即便是需要花錢選配；

5、如果上述四點都無法滿足，那建議您在車中常備一件鵝絨服。少開空調，降低能耗。

馬上就開始春運了，希望電動車主們提前規劃好充電路線，以免出現在充電站過年的尷尬處境。

參考資料：

[1] Meyer, JJ, Lustbader, J., Agathocleous, N., Vespa, A. et al., “Range Extension OPPO rtunities While Heating a Battery Electric Vehicle,” SAE Technical Paper.

[2] A materials perspective on Li-ion batteries at extreme temperatures,NATURE ENERGY.

[3] Temperature effffect and thermal impact in lithium-ion batteries: A review,Progress in Natural Science.

[4] Xiao-Guang Yang, Teng Liu and Chao-Yang Wang ,Thermally modulated lithium iron phosphate batteries for mass-market electric vehicles,NATURE ENERGY.