冬天的電動車，為什么充電這么難？

冬季低溫對電動汽車充電效率及安全性構(gòu)成挑戰(zhàn)，探究鋰電池工作原理及化學(xué)反應(yīng)速率受溫度影響機制，揭示充電緩慢與潛在安全風(fēng)險背后的科學(xué)原理，并提出相應(yīng)解決策略。

對于國內(nèi)大部分地區(qū)來說，1、2月往往是一年中最冷的時候，這段時間在咱們老祖宗的日歷算法中也被稱為“三九、四九”。而如此寒冷的溫度，對于汽車來說也是一種煎熬，無論是油耗還是電耗都會明顯增加，一部分燃油車還會面臨熱車慢、冷保護等情況。而對于電動車來說，冬天除了電耗的增加，充電也是另外一個令人頭疼的地方。畢竟燃油車再費油也不影響加滿油的速度，而電動車在低溫環(huán)境下的充電速度卻實打?qū)嵉刈兟耍@到底是為什么呢？

要想了解這個問題，還是得從鋰電池的工作原理開始說起。簡單來說，在電池滿電狀態(tài)下，鋰電池中的鋰離子是嵌在負(fù)極的碳層中。在放電過程當(dāng)中，負(fù)極中的鋰離子脫嵌進入電解液，穿透內(nèi)部用來避免電池短路的隔膜進而移動到正極，在這個過程當(dāng)中與正極上的電子結(jié)合將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。充電時則剛好相反，鋰離子從正極脫出，在充電器帶來的外電場作用下通過電解液、隔膜，回到負(fù)極的碳層中，達到儲存電量的目的。

簡單來說，鋰電池之所以可以存儲電量，最主要的就是靠內(nèi)部的鋰離子來回在電解液中“游泳”，并在游泳的過程當(dāng)中鉆過避免短路的隔膜。而在冬天低溫、尤其是0°C以下時，這個充放電過程就會受到比較大的影響。首先，鋰電池中的電解液會像發(fā)動機的機油和變速箱油一樣，因為溫度的下降流動性能變差，進而造成充電過程當(dāng)中鋰離子“游”到負(fù)極碳層的難度增加，影響充電速度。

與此同時，由于鋰離子“游”動速度的下降，電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)速率也同樣會變低，繼續(xù)造成充電速度變慢。此外，低溫也會使電池內(nèi)部的內(nèi)阻增加，這一點在低電量下充電時尤為明顯。舉個例子，如果你北方冬天的戶外玩手機，會發(fā)現(xiàn)電量下降的非?？?，甚至可能出現(xiàn)突然關(guān)機的情況。這就是低溫造成電池內(nèi)阻增加，帶來低電壓的后果。而如此低的電壓在充電時也會遇到問題，當(dāng)系統(tǒng)檢測到電壓過低時就會啟動保護策略，大幅影響充電速度，甚至是拒絕充電。而在放電時，低電壓會造成原本儲存在電池中的電量無法有效放出，影響續(xù)航。

不過單純只是充電速度，其實也倒是無傷大雅，頂多就是耽誤點時間罷了。接下來帶來的問題，就不只是時間上的問題了，甚至有可能危害到生命安全。在上文中我們知道，鋰電池充電時，鋰離子是要從正極游過隔膜后才能來到負(fù)極。而在低溫狀態(tài)下，因為電解液流動性較差的因素，鋰離子嵌入碳層的難度增加，強行大功率充電就有很大可能讓鋰離子在碳層表層沉積，成為金屬鋰。這種金屬鋰在接下來的放電、充電過程當(dāng)中依舊會參與到鋰離子的運動中，不過相比起鋰離子來說，這些結(jié)晶狀的金屬鋰會有很大可能在移動過程當(dāng)中刺穿正負(fù)極的隔膜，最終造成短路，使電池出現(xiàn)熱失控。

事實上，除了在補能階段會因為溫度過低的問題造成充電緩慢。在行駛過程當(dāng)中也同樣如此，具體就出現(xiàn)在動能回收策略上。在天氣寒冷的時間段，大部分電動車的動能回收力度都會顯著低于溫度正常的天氣，甚至有可能出現(xiàn)動能回收無法工作的情況。歸根結(jié)底，還是因為動能回收本質(zhì)上也是一種給電池充電的功能，所以車企自然也會對這種可能造成電池?fù)p壞，甚至危險時進行一定的保護，等到電池溫度正常后再啟動動能回收。

從理論上來說，當(dāng)電池溫度低于10°C時，電池的充放電性能就會受到影響。所以為了解決低溫充電時帶來的問題和安全性隱患，在中國北方動輒0°C以下的天氣中給電動車充電時，車上BMS電池控制系統(tǒng)會盡可能在電池低溫階段減少輸給電池的電流，而剩余的電流則主要起到給電池升溫的作用。不過我們都知道，溫差越大熱交換量也就越大，因此在零下的環(huán)境下充電，即使充電過程當(dāng)中給電池升溫，也無法達到理想的25°C溫度條件，最終造成充電速度遠(yuǎn)不及春秋天或者夏天快。

由于冬天充電時要給電池加熱，會有更多的電量轉(zhuǎn)化為熱能，并沒有真正充進電池內(nèi)部。所以在冬天充電時，還會出現(xiàn)充電量比夏天更多的情況，但實際充入電池本身的電量并沒有變化，甚至還會出現(xiàn)天氣寒冷，電壓下降，充入電量也下降的情況。這相當(dāng)于花費了更多的錢，卻沒有充入過多的電，大部分都被浪費掉了。不過這樣的情況目前也沒有太好的解決辦法，畢竟不給電池加熱的話，不僅充電速度會更慢，還會面臨更多的安全隱患。

綜上所述，由于工作原理、化學(xué)性質(zhì)以及安全性的考慮，在寒冷地帶給電池充電確實會比較繁瑣和麻煩。當(dāng)然也不是沒有解決辦法，比如剛剛開完后立刻插線充電，就可以在很大程度上利用電池放電產(chǎn)生的熱能，來加速充電過程?；蛘呤褂眉矣玫?kW交流樁，通過更小的功率進行充電，也能在一定程度上避免能源浪費?？傊?，寒冷地區(qū)的用戶在購買電動車之前，還是要考慮自身使用條件的限制。