電動車

為何電動車在低溫天氣下續航力會大幅降低呢?

中國這幾年致力推動純電動汽車,2022年前八個月,中國新能源乘用車的全球市占率增至62%。不過,電動汽車心臟~鋰電池怕高溫也怕低溫的特性隨著電動車普及率提高也逐漸浮出檯面上。最近,中國吉林長春市一場大雪過後,不少電動出租車司機在網上反映,電動車遇到天氣冷時續航力會大幅降低,到換電站換電池排隊需要幾個小時,甚至十幾個小時,苦不堪言。

為何電動車鋰電池在低溫天氣下續航力會大幅降低呢? 以下作一說明:

 

11月11 日晚上,中國吉林長春下了場大雪,停放在室外的汽車銀裝素裹,夜晚的溫度降至零下 13℃。當地電動汽車司機抱怨,他的電動車在夏天能跑 300 多公里,但現在天冷續航不足 200 公里,最冷的時候只能跑 120 公里左右,低溫會導致續航能力大幅降低。
為何電動汽車在低溫下的續航力會比正常氣溫下降這麼多呢? 主要與鋰電池種類、冬天使用暖氣有關,以下作一說明:

1.鋰電池低溫下內阻變大導致續航力下降,尤其LFP下降最多:

純電動車所採用的鋰電池主要是NCA(鎳鈷鋁鋰電池)、NCM(鎳鈷錳鋰電池)、LFP(磷酸鐵鋰電池)這三種,不論是哪種鋰電池,都會受到低溫的影響續航力, 其中LFP受影響的程度最為明顯。20℃ 左右是電動汽車最理想的工作溫度,當溫度低於5℃以下時, 低溫會導致電解液黏稠,鋰電池的內阻增加,加上負極材料極化嚴重造成鋰離子沉積、鍍膜現象等,將使鋰電池使可用容量、放電速率下降。以下是鋰離子電池在不同溫度下放電曲線圖,可以看出鋰離子電池會隨著溫度的降低,所能釋放的能量是在減少的,而且容量在減少、電壓也變低了。


另外,過去電動汽車以NCM三元鋰電池為主,自比亞迪推出了LFP(磷酸鐵鋰電池)材質的「刀片電池」,強調LFP相較於三元鋰電池擁有更高的安全性、循環壽命更長、高溫環境下性能更好、造價低等優點,各大車廠也紛紛推出LFP磷酸鐵鋰版本的電動車。不過,LFB磷酸鐵鋰化合物本身為絕緣體,電子導電率低,在低溫下的導電性更差,導致電池內阻增大,受到極化影響大。即便在添加奈米碳導電劑改良後,雖然有所緩解,但仍未能解決低溫下電壓降低所導致可用容量降低的問題。
根據虎嗅網的研究資料與比亞迪公告的各種溫度續航力資料,LFB磷酸鐵鋰電池在低溫下電力續航力會大幅縮水,甚至會呈墜崖式斷電的狀況,這與LFB磷酸鐵鋰電池的電池特性有非常大的關係。

 

2.低溫使用暖氣讓電動車續航力雪上加霜:

電動車在低溫下電池續航力大減原因除了與鋰電池的電池特性有關外,低溫使用暖氣也是續航力大幅下降的主因之一。
在低氣溫下,汽車車內駕駛與乘客自然必須開啟暖氣,以保持汽車內部合宜的溫度。傳統燃油車加熱採用的是原先的發動機熱能,並不影響油耗,加上燃油車燃燒汽油產生的能量是純電動車的5~8倍,但電動車的加熱系統則是完全來自「用於行駛」的鋰電池電能。因此在開啟暖氣時,就會對汽車續航力產生巨大的影響。
根據AAA測試結果顯示,在零下7度開暖氣的續航情況,BMW i3續航下降46%,雪佛蘭Bolt續航下降47%,日產Leaf下降32%,Model S續航下降38%;在零下7度不開暖氣的情況下,四款車續航力的下降幅度則分別為14%、10.4%、10.8%、11.1%。

 

雖然台灣地屬亞熱帶地區會遇到零下溫度機會不大,低溫造成電動車續航力大幅降低的問題除了少數愛去追雪的民眾以外影響有限。不過若在冬天會出現低溫的國外購買電動汽車,就要慎選使用LFB鋰電池的電動車。

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