面向低温环境的电动汽车电池续航保障策略研究

引言：

随着全球电动汽车的推广，续航问题成为越来越多用户关注的焦点。尤其是在寒冷的冬季，低温环境带来的影响显得尤为显著。电池性能衰退、充电困难、能量损失等问题让电动汽车的冬季使用体验大打折扣。低温对电池的影响并非单一的温度下降，它引发的化学反应、内阻增加以及电池管理系统的误差等多重因素，综合作用下大大降低了电池的效率和稳定性。对于电动汽车行业而言，如何在低温环境下保障电池的续航能力，已经成为解决电动汽车普及和高效应用的关键之一。

1.低温对电池性能的影响机理及原因分析

低温对电池的影响不仅是外部温度的简单降低，而是深刻改变了电池内部的化学和物理过程。在低温环境下，电池内部的化学反应速率显著下降，尤其是锂离子电池的电解液离子导电性减弱，导致电池的充电和放电效率大幅降低。电池内部电阻增加，使得电池工作时的能量损失更加显著。低温还容易导致电池内部的锂离子析出，形成金属锂，降低电池的稳定性和安全性。这些因素共同作用，使得低温成为影响电动汽车续航和电池健康的重大难题。

2.面向低温环境下电池续航保障的关键问题

2.1 低温环境对电池电量衰减的影响机制

低温条件下，造成电池容量衰减的方式很多，而且是多种因素相互影响的结果。因为低温会使电池内部化学反应的速度下降，在充放电时锂离子在电解质中的扩散速率缓慢，电池的充电能力会下降，并使电池充电时间延长，严重的情况甚至是不能充电；同时低温条件时会使电池内阻增大，造成电池传输能量损失上升，进而使得电池的放电能量下降。此外低温会影响电池内的电解液发生冰冻，因而电池会产生内短路，进一步促使电池衰减。所有这些因素最终都可能导致电池的有效容量明显下降，从而影响电动汽车的续驶里程[1]。

2.2 低温环境下电池温控技术的局限性

电池温度管理是解决电池低温特性的一个主要因素，但现有电池管理策略在严寒地域内的适用性还有很大的不足。目前常用的电池加热方式都是通过外置加热器加热或采用电池内的加热丝进行加热，尽管可以一定程度提升电池的可用性，但热效率低、热量集散慢仍是传统电池加热系统难以避免的问题；严寒地区，在传统的加热过程中，电池加热系统所消耗的电能非常大，这些消耗的能量又反过来抵消了电池的续航能力，并且传统的温度控制系统通常不能精确控制每个电芯，温度出现局部过冷或过热现象，从而影响电芯长期稳定性。基于以上缺点，如何在不危及电池安全性的前提下改善电池温控系统的效率和反应速度，是电池技术需要突破的瓶颈之一[2]。

3.面向低温环境的电动汽车电池续航保障策略

3.1 电池加热系统的优化设计与效果提升

低温环境会使电池放电容量大幅下降，故电池加热系统的合理设计尤为重要。当前的电池加热系统一般都是使用电池包内的加热元件加热电池包内电池，或者在外部使用加热器加热电池，该类加热设备的功率损失、加热功率的不均等问题在传统加热电池温度的过程中比较普遍。为提高电池的加热效果，可借助新的材料与设计理念来进一步开发新型的加热器件，如集成型导热材料、贴合式膜式加热、热循环调温等方法都能实现加热温度较为均匀的加热[3]，且加热速度更快。合理的智能控制使电池加热过程变得更加高效，可通过传感器来获取电池实时温度，并通过电池加热软件分析得出最优解，实时控制调整加热设备的加热强度，控制电池加热过程中的热量损失。此外，提高电池加热过程中加热器的能量回收，也是提高加热能效的重要关键环节，降低因加热设备引起的电池能量的使用负担。与此同时，电池加热过程中的电源控制是必要的。借助电池管理系统（BMS）与电源控制技术对电池加热的协同控制，限制不必要的电能损耗，将最大限度地将电池的剩余电能用于电池加热功能，同时保证电池从低温到加热的过程是一个高效率的过程。在该种技术流程下，电池能够具备快速加热的性能与功能，还能够在提升电池温度的同时保证电池续航时间未明显下降或被浪费。

3.2 电池管理系统在低温环境中的适应性调整

电池管理系统(BMS)是能够保证电池有效工作的关键，为了保证低温条件下电池的有效工作，BMS 的应对措施尤为重要。BMS 针对低温条件下电池性能的下降，需要实时地监测电池的温度、电压、内阻、健康水平，并根据各监测数据进行动态更新，为电池的充、放电方式和电池保护提供必要的调整参数。在电池温度较低的条件下，BMS 采取缓充策略，避免动力电池内部因温度过低引起的电解液变固，或者锂离子沉积，此外，还需要提高动力电池的电压阈值，避免对电池过度放电[4]。因此，为了满足低温工作的电池需要，BMS 的设计需要发展更加智能的算法，做到根据数据实时预测电池的温度变化趋势和状态衰退趋势，比如针对电池的低温敏感的内阻、容量随着温度变化而进行动态调整，从而避免电池性能衰退现象的发生。BMS 还需要与温度补偿相结合，针对动力电池所处环境外部温度以及动力电池本身温度变化而进行有效的调整与控制，在低温环境条件下，动态地进行电池充、放电曲线的调控，有效地提高电池低温环境下的可用容量水平。BMS 数据反馈机制可以让驾驶员随时了解到电池健康程度以及对电动汽车的续航能力预估，从而针对不同的行驶环境和路程长度合理安排行驶计划。BMS 有效地监控和控制动力电池可以大大提高动力电池在低温环境下使用的可靠程度以及续航能力，使电动汽车在低温环境下能够有效地工作。

3.3 能源回收与电池充电策略的综合应用

低温条件下，电动汽车的电池充电效率差，影响放电量，在进行电动汽车的低温能源回收和充电策略设计时，需要充分考虑电池的充电速率，其利用充电系统的调整与优化和充电策略的完善，保证电池的使用安全，并获得低温环境条件下的更长续航距离。在充电阶段，电池充电速率受低温影响，低温条件下充电较难，因此，在低温条件下采用适合低温环境要求的充电算法，例如，对充电速率采用逐渐增加的方法，并避免在低温环境下充电速率过快，而引发充电电池热量积累或电池损伤，可以有效改善低温电动汽车的充电效率[5]。对于电动汽车而言，在低温条件下，其所使用的能量回收系统需要对温度环境进行适应性自调整，低温条件下，其能量回收效率则相对较低，因此，需要对其制动回收系统进行适当的优化，提升其低温条件下能量回收性能，以此作为电动汽车低温能量回收所使用的必然策略。通过优化制动回收系统的能源回收算法，使得制动能量回收的策略依据驾驶员的车辆操作与车辆行车状态，以及周围的环境温度进行动态调整，因而，优化制动能量回收系统的能源算法，使驾驶员对制动能量进行合理的回收，在整个行驶的过程中，电池回收到更多能量，延长电池续航里程，因此，适当优化制动能量回收系统，有利于低温环境中电动汽车续航里程的提升。通过综合多种能源回收和充电策略，能够有效改善在低温环境中电动汽车续航里程性能提升不足的问题，并在一定程度上削减对低温条件下加热系统所带来的电池能耗。

3.4 低温环境下电池续航优化策略的实践应用

具体到实际低温环境条件中的电动汽车电池续航保障策略，仍然应该基于车型、环境条件以及用户用车的习惯及里程需求的差异而进行优化。电池加热策略优化、电池管理系统策略优化、能量回收/充电策略优化的综合策略，实际低温试验环境条件的考核获得大量实际行驶数据后不断的优化策略等，为整车厂的低温环境条件下电动汽车的续航提供更加符合实际科学和实用性的保障策略，因此相关电动汽车公司已经在电池包内局部采用了加热电池的方法，采用智能温控加热的方法达到更加高效、精准的电池加热效果，电池管理系统也在进化改进，能够根据不同实时环境条件下的气候变化自动调节电池系统工作状态，为电动汽车低温环境条件下的行驶提供更加切实的续航保护。在电动汽车充电方面，部分电动汽车可以通过充电策略进行优化升级，超快充电、低温充电等优化的算法以及充电策略的综合应用，部分高端车型在极低温度条件也可以达到较高的充电效率，可以更好地满足用户的需求[6]。通过实践低温环境条件下的电池续航保障策略为后续电动汽车在广泛多类型的气候条件下的使用和推动实现普及发展提供更多经验，提供便利条件，未来电动汽车可以更加广泛的在世界任何地方的不同气候条件下实现更好地应用，进一步加强电动出行在全球范围内的适用性和竞争力。低温状态下电动汽车优化充电、加热策略的应用需要大量的数据支持，以当地不同温度环境下的低温数据测试及反馈作为基础不断调整。目前大部分电动汽车厂家在实际运行状态下已经在不断探索电池包内部的散热、加热技术，例如增加加热单元，实现部分加热，对于低温应用场景更具针对性。电池管理技术（BMS）对电池的SOC、荷电状态、温度状况进行实时监视，并可以根据以上数据随时改变或优化对电池的充电或放电策略。

结束语：

电动汽车在低温环境下难以发挥电池的续航能力，这势必要引起重视，采取措施提高低温状态下电动汽车电池的续航能力。但是随着电池加热技术的更新换代、电能管理系统智能化程度的提高、电动汽车能耗回收和充电策略的优化，电动汽车在低温环境下亦可大放光彩，电动汽车将在未来的不同环境条件下充分发挥电动汽车的优势。

参考文献：

[1]刘丹,宋伟萍.低温环境下电动汽车动力电池热管理研究[J].自动化与仪器仪表,2025(1):56-60

[2] 李奎奎, 范林辉, 刘杰, 等. 低温环境下电动汽车续航里程衰减特性及测试技术研究[J]. 专用汽车,2024(8):49-52.

3]李冠中,李琛研.低温环境下纯电动汽车动力电池热管理方法[J].汽车实用技术,2023,48(6):10-16.

[4]王肃珺.低温工况下电动汽车电池热管理系统优化[J].汽车与新动力,2023,6(2):40-47.

[5] 戴恩乾, 易丰收, 穆景阳, 等. 电动汽车低温热泵三角循环的性能及控制策略研究[J]. 汽车工程师,2023(12):18-24.

[6]施东亮,陈永军,周涛.电动汽车动力电池的液体加热循环泵电机控制策略研究[J].仪器仪表与分析监测,2024(3):1-6.