自古紅藍出 CP，2022 年的情人節，沃爾沃把家族里唯二兩款純電動車拉到了極冷的海拉爾，還把一臺 XC40 純電丟在零下負 30 度的冰塊中凍了 48 個小時，這樣的場景想想就冷。
　　不過，這次測試似乎生而逢時，因為今年冬天似乎比往年更冷了一點。
　　在如此寒冷的天氣下，網友們津津樂道的除了雪景、2022 冬奧會，還有汽車行業大趨勢的「純電動車」。
　　津津樂道的點倒不在于冬季的表現有多好，反倒是冬季續航打折、冬季充電速度崩潰等話題頻頻登上熱搜。
　　點開社交媒體軟件，把電跑沒的、續航打折的、不敢開空調的比比皆是，還有人把冬季開電車跑長途當做一個挑戰。
　　為了深究這些現象背后的原因，我們也借此機會，采訪了沃爾沃亞太電車研發團隊的工程師們，他們分別是電驅動（三電）軟件產品經理、整車驗證產品經理、電池硬件工程師以及熱管理方面的工程師。
　　之所以選擇采訪沃爾沃，最核心的原因是這是一家坐落在瑞典的車企，先天性就需要面對極寒天氣，相較于氣候溫潤地區的車企，有著自己的「地利優勢」。
　　先做一個簡單的科普
　　可以發現，上述出現的電動車槽點都和電池息息相關，所以深入了解這些顯現背后的原因之前，我們先來了解一下電動汽車動力電池的組成。
　　圖上這一大塊就是汽車的電池，大部分車型的電池都在車輛底盤的位置，寬度比車身略窄，長度比軸距略短，厚度普遍都在 10-18 cm 不等，當然也有 SUV 使用更厚的電池，這取決于車輛的高度。
　　動力電池的功能和手機的電池一樣，就是為整車供電，但是手機和汽車不一樣的地方有 2 點：
　　1.使用環境更加惡劣；
　　2.容量要求更大。
　　面對更加惡劣的使用環境，廠家給電池裝上了更堅硬的外殼，把電池更好的保護在殼體內，畢竟手機除了被我們捧在手里玩，就是放在口袋里或者床頭上充電，很難接觸到堅硬的物品。
　　但汽車不一樣，裝在底盤的電池可以算是裸露在外的狀態，而且日常行駛過程中難免會脫底或者發生磕碰。
　　而為了實現更大的容量，無限做大電池是不現實的，主流的做法和我們小時候玩的四驅車非常相似，是將很多小電池，串聯成模組，再并聯到一起，滿足不同場景的需求，而這些小電池就是電動車行業常說的電芯。
　　目前主流的電芯則有方形、軟包、圓柱三種不等，這三種電池的特性略有不同，但原理一致，所以在這里我們先不展開介紹。
　　為了管理好這一堆小電池，則需要一個強大的管理系統，這個管理系統就是行業中常說的 BMS（Battery Management System），一個 BMS 的好壞，就像是一個班的班主任，一個優秀的班主任可以維持良好的班級秩序，一個糟糕的班主任則會讓班級紀律混亂，出現惡性循環。
　　明確了「電芯」這個核心硬件和「BMS」這個關鍵的軟件，我們再來聊聊冬天和夏天的電動汽車。
　　為什么電動車一到冬天就變「爹」？
　　步入冬季很多電動車都出現了續航下降、充電速度慢的情況，甚至還有一些電動車出現了無法啟動的情況。雖然相較于過去幾年，現階段的電動車在冬季的表現已經有了很大的提升，但是相比燃油車，在使用體驗上仍然存在差異。
　　當然這也不是電動車才有的問題，相信經常滑雪或者在東北的朋友，應該也遇到過手機被凍到沒電或者電量下降過快的情況。
　　低溫對電池的影響
　　現在的鋰電池電芯，主要由正極、負極、電解液、隔膜組成，充電的過程就在外部電壓的推動下，鋰離子從正極脫嵌，經過電解液，穿過隔膜，到負極的過程，放電的原理則相反。
　　冬季續航下降的一個關鍵原因是低溫會導致電解液活性下降，電池放電性能較差，如果溫度環境再極端一些，則會直接導致車輛無法啟動。
　　面對這個問題，沃爾沃的工程師表示：「如果只是考慮能啟動或者是能不能跑，（沃爾沃的車）這個肯定沒有問題。
　　正常來說電池在什么樣的電量下和什么樣的溫度下能釋放出多大的功率和電流，這個都是有嚴格的圖譜，我們也是要去關注電池本身的特性。
　　比如說到底它的能力是在什么時候能發揮到最大，什么時候是發揮的最小。根據它這個特點來制定我們包括加熱側包括使用側，包括充放電側，什么時候要限功率什么時候要加熱，也是基于電池本身的特性。
　　剛才說加熱的情況我們主要考慮兩個方面，一方面是客戶體驗，還有一方面也是要出于保護電池的考慮。比如說我們低 SOC 不會啟動這個功能的，如果說一直加熱電池耗盡了，對電池損傷也是比較大的。另外客戶的使用體驗比較差。
　　我們冰封實驗，另外一個角度是沃爾沃的電池包它的控熱效果還是挺好的，我們冰凍過這個車，要冰凍整個一個周末才能把電池溫度降下來，它保溫的效果還是很好的。
　　相當于你們去寒冷的地方去凍這個車，很難給它凍到很低的溫度。即使凍到那個溫度，軟件也會檢測到溫度很低，會主動加熱上來。
　　在海拉爾的 48 小時冰封挑戰中，好不容易把這臺剛上市的 XC40 凍到零下 25 度，系統檢測到了低溫后，自動將電池包加熱到零下 10 度，來保證車輛的正常使用。」這樣的加熱效率是目前沃爾沃純電車的標準，剛剛開啟預售的 C40 也會有一樣的使用體驗。
　　上文中沃爾沃工程師提到的加熱，就是 BMS 的作用。
　　但是在采訪中工程師也坦言：「但你要說一點衰減是不可能的。」
　　所以在當前的電池技術環境下，電動車在低溫環境，不可能做到 0 衰減，而沃爾沃的做法一方面是通過加熱讓電池快速進入合適的工作溫度區間；另一方面則是增加電池包保溫的性能，盡量留住熱量。
　　磷酸鐵鋰？三元鋰？
　　剛才我們提到，冬季性能差是鋰離子電池的通病，但是在鋰離子電池中低溫性能也有個三六九等。
　　目前主流的鋰電池有磷酸鐵鋰和三元鋰 2 種。
　　三元鋰電池是指鎳鈷錳/鋁這三種元素與鋰的化合物，前三種元素的的加入比例不同也會使電池出現不一樣的化學性能。目前市面上三元鋰電池主要有 NCM523、NCM622、NCM811 這三種，意思也就是按照這三個比例來分配鎳鈷錳這三種元素，第一個數字越大代表著鎳元素越多，同時電池的能量也越大，不過成本和風險也相應提高。
　　磷酸鐵鋰電池則是用磷酸鐵鋰作為正極，碳作為負極的鋰離子電池。在成本上會降低不少，兩者之間在體驗上的差別我們可以參照一下下方的圖表。
　　兩款電池則各有長短處，在性價比的驅使下也有越來越多的廠商把三元鋰電池更換成磷酸鐵鋰電池。
　　但是磷酸鐵鋰電池的電解液活性相比三元鋰更差，所以冬季大部分「充不進去電」或者「無法啟動」都發生在磷酸鐵鋰身上。
　　在沃爾沃的工程師看來：「三元鋰對于氣候條件溫度的適應性比磷酸鐵鋰更好。而且從電芯選型上來講，沃爾沃畢竟是豪華品牌的，基本選的是比較上一等質量的電池，從物理的角度來講性能還是可以的。」
　　在這里，我們也給大家一些小建議。雖然磷酸鐵鋰電池的市場占有率越來越多，但是對于我國長江以北的用于們來說，我們仍舊首推搭載三元鋰電池的電動車，而磷酸鐵鋰電池更適合溫度友好的南方的用戶們。
　　電池安全
　　了解完了三元鋰電池在冬天的特性，活動現場我也向沃爾沃的工程師提出了幾個關于安全的問題。
　　在 2019—2020 年階段，集中出現過一波新能源車充電自燃的情況，沃爾沃的工程師則根據電池特性，從硬件到軟件，從預防到控制，在 4 個維度做了補強。
　　首先是電芯的選擇，沃爾沃的工程師表示：「提高能量密度的技術路線不只是高鎳一種，還有高壓體系。因為市面上成熟的電芯產品并不多，在 2019 年以前或者更早，成熟的高比能的電芯技術路線可能大部分都集中在高鎳體系這個方向上。但是后面各個廠家也在逐漸開發，在鎳含量相對較低的情況下，是否也能達到比較高的能量密度，所以沃爾沃也做了相應的儲備和篩選，在后面采用了高壓體系。」
　　我們在實測中也可以發現，沃爾沃系列的純電動車即使在低電量情況下，電壓都達到了 400V 以上，除了在低鎳的情況下做到高密度，也可以在相同電流的充電樁樁上獲得更高的充電速度。
　　其次是電芯的防護，沃爾沃表示會要求寧德時代對隔膜進行陶瓷處理，來保證電芯熱失控的閾值相對比較高，不太容易熱失控。
　　然后是軟件限制，鎖電是行業內的主流做法，將電池的上限和下限進行一定量的限制來保證安全并延緩衰減，這樣一來我們在車上看到的電量就是我們的實際可用電量，即便將電量用至 0% 或充至 100% 也不會對電池本身造成實質性的傷害。
　　鎖得多的確是安全了，但是用戶體驗上或許不會那么友好，關于這一點沃爾沃工程師們向我們闡述了他們在 XC40 純電版上的做法。
　　沃爾沃 XC40 純電版有著大約 10% 的鎖電電量，這也就意味著電池包容量為 70.92 度的 XC40 純電版的實際可用電量為 64 度左右。
　　但是和我們理解的不太一樣的是鎖電并不是永恒的，工程師們為了確保車輛的安全，鎖電區域會隨著電池壽命的衰減而擴大。
　　低溫會讓電池壽命衰減，所以鎖電的范圍會根據溫度進行調整，低溫情況下鎖電比值就不止 10% 了。既然有擴大，那么同樣地也存在一定的補償機制，沃爾沃團隊根據實驗室數據，在確保安全的前提下綜合考慮到用戶體驗來創造一個均衡的車輛狀態。讓車輛在當前使用環境下自動為用戶調整至最佳使用狀態。
　　最后是防控，沃爾沃的工程師表示，他們會采用云母片，防止當電芯和模組發生熱失控的時候高壓高溫的氣體向上蓋蒸發，此外所用的高壓線束目前所有包裹的材料都是高溫耐熱的材料，以此來保證單體電芯失控后盡量減少對其他電芯的影響。
　　寫在最后
　　過去一年純電動車滲透率不斷走高，背后也意味著覆蓋面不斷變廣，極寒、高溫是這條路上必然要面對的問題，在硬件的桎梏下，也愈發凸顯了軟件的重要性，在全面智能化的時代，電池的智能化也不容忽視。