腦洞系列之三 —— 提升電動汽車冬季續航的方法

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電動汽車是未來汽車發展方向之一，很可能也是未來數十年汽車的主要形態。電動汽車的優勢在於：

1. 效率極高。電池充放電效率輕易可以達到90%以上，這是使用熱機的燃油汽車無法比擬的。

2. 沒有直接排放，即所謂的零排放。電動汽車沒有尾氣，使用過程中不會產生任何的廢棄物。（發電環節的排放，屬於集中排放，容易治理，也容易控制，產生的單位污染顯著低於燃油汽車。更何況發電的來源是可以多樣化的，未來是有可能實現更低排放的）

（電池造成的污染問題其實並不是問題。第一，退役的動力電池還有一定容量，可以用作儲能調峰；第二，即使完全廢棄的動力電池，本質上就是小型鋰礦和其它金屬礦，一個電池包就有幾百公斤，很集中，其回收是相對容易的，有價值的。這不同於手機電池的回收，非常分散，造成回收成本過高。所以我認為動力電池回收只是現階段沒有展開。一旦展開，這是一條有利可圖的產業鏈。）

3. 低噪音。電機工作的聲音大幅度低於汽油機或柴油機。

4. 使用成本大幅度降低。在每升汽油7.5元，居民用電0.6元每度的背景下，燃油汽車的每公里能耗成本為0.6元，而電動汽車僅為0.08元。另外，燃油汽車需要定期更換機油、機油濾清器、燃油濾清器等，但電動汽車電機和電池基本免維護，只有剎車系統、懸掛系統等需要和燃油汽車一樣的定期維護。這會進一步降低電動汽車的運行成本。

但是現階段電動汽車的接受程度顯然不夠，這是因為電動汽車在現階段有兩個非常明顯的不足：

1， 續航問題。雖然現階段主流電動汽車續航普遍達到300km，但實際使用中，尤其是北方、東北西北地區冬季，電動汽車續航縮水嚴重。

2， 價格問題。現階段普通電動汽車仍比同級別燃油汽車貴近一倍。即使補貼後仍然貴約三分之一。

本文就針對第一個問題，提出一點自己的腦洞想法。

首先說說為什麼北方冬季電動汽車續航掉得厲害。這是由電池基本化學性質決定的。iPhone著名的低溫掉電自動關機，想必很多人都有所耳聞。在低溫下，電池內部活性化學物質、電極反應都會降低，使得電池放電性能大幅下降。同時，低溫下需要開暖風空調，這在傳統燃油汽車上，只需將燃油產生的廢熱利用起來即可，不會多消耗燃油。但是在電動汽車這裡，就只能靠電池放電來產生熱量，這又進一步降低了續航。

（插一句，原理上來講，電動汽車空調製熱能耗要大幅度高於製冷能耗。因為前者主要是電阻加熱，能效大約是0.99；後者是用的熱泵原理，能效可以輕鬆達到2.0以上。且製冷的時候，只需將40℃氣溫降至25℃，但制熱的時候是需要把-10℃氣溫升至25℃，需要更多能量。而且低溫下熱機制熱效果非常差。為什麼氣溫低於0度，空調製熱效果就變得很差，就是這個道理。）

結果就是，標稱續航300km的電動汽車，在零下10℃環境下，很可能續航只有150km不到。

顯然這讓人很難接受。畢竟300km意味著勉強可以京津跑一個來回；但150km不到的續航，從北京出發還沒到天津就拋錨。

怎麼辦？既然是氣溫低的原因，就從這方面入手。傳統的思路是電池系統保溫。但再怎麼保溫，北方夜晚動輒零下10度、20度的氣溫，保溫效果也非常有限。而且電池夏季還需要散熱，不能只顧冬天不顧夏天。還有一個思路就是堆電池，靠更多電池容量來儘快加熱電池組，提高放電效率。至於技術宅們，則一直致力於研發低溫下性能也足夠的電池。但這顯然需要時間和更高的成本，等不起。

我的想法是，在北方地區的電動汽車上，給電池加裝一套「燃油液熱」系統。

具體而言，這個系統需要在電動汽車的動力電池上加裝一個類似於「液冷系統」的裝置。裡面使用的導熱介質可以是導熱硅油（不導電，不易燃，耐高溫）。熱源就是汽油或者工業酒精、工業甲醇等燃料直接燃燒產生的。只需要較少量的燃油，比方說1-2升，就可以產生足夠的熱量，把動力電池加熱到合適的溫度。

實際工作情況就是：冬天的時候，電池溫度降到零下20℃。需要發動汽車時，通過電子點火系統將這個「燃油液熱」系統工作起來。燃料把導熱硅油加熱，然後導熱硅油把電池包加熱到10℃以上後就停止工作。再往後，電池組依靠自身保溫系統和內阻發熱，就能維持一定的溫度。甚至到了夏天，還可以用這套系統輔助電池組散熱（不用燃油，加裝散熱風扇）。

這樣，可以用較少的燃油使用量（1-2L，10元燃油成本）換回約100km的續航。而且，還可以考慮用燃油系統來產生暖風，用作空調製熱。這就可以進一步延長電動汽車的續航。而這種燃油取暖，所需要的燃油其實並不需要很高。每小時可能都用不到1L。至於排放，因為不涉及到加壓和氣缸內的電火花，所以基本只有CO2和H2O，基本不會有NxO產生，因此碳排放、氮氧化物排放也大幅度低於燃油汽車。

對於電動汽車而言，相當於加裝了一套小型液暖系統。這個系統需要的油箱體積不需多大，10-15L就足夠。批量生產後成本可以做得很低（想想燃氣熱水器吧），且在現有加油站就可以方便地加油，即使加不到油，自己往裡面灌酒精、甲醇、石油醚、乙酸乙酯甚至甲苯，都可以。只要調整空氣進氣量就夠了。整個系統也不需要多大的體積，也不會產生太多額外的重量，但卻能非常方便地解決電動汽車低溫續航降低的問題。所以我覺得這個設想是有可能實現的。