电车电池性能下降成忧？极端温度下的应对策略解析

通过能量收集提高电动汽车电池在极端温度下的性能

目前，实现汽车电气化的主要限制因素包括电池充电速度以及能量转化效率，例如电动汽车的续航里程或乘客舱的热管理功能。而极端温度会对汽车性能和电池耐用性产生严重的负面影响。

能量收集可帮助电池热管理系统（BTMS）在极端环境下调节电池温度，以优化性能和续航里程、提高充电速度或控制车内温度。电动汽车要想真正成为主流，就必须在极热（100华氏度及以上）和极冷（20华氏度及以下）等各种条件下，都能提供驾驶者所期望的性能。

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电动汽车中的能量收集

能量收集（在汽车应用中通常称为能量回收）是指捕捉环境能量并将其转换为电能。这一概念适用于所有可用的环境能源，包括太阳能、风能、振动或热辐射。它可以为超低功耗MCU供电，以减少小负载电池需求，或为监测车辆性能项目的MEMS传感器供电。

对于电动汽车所面临的更大规模挑战，额外回收的能量可以增加车辆运行期间的主要能量荷载，进而提高效率并延长续航里程。此外，在充电过程中，回收的废能可以在极寒天气下为电池加热或为车厢预热。

在极端温度下，可以收集太阳能、热能和电动能三种类型的能量作为热管理系统的补充，以保护电池并提高其性能。

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太阳能收集

在美国北部的严冬，气温可降至华氏零度以下。内燃机（ICE）的显著优点之一就是燃烧反应可以产生源源不断的热量，为发动机和车厢供暖。电动汽车无法获得这种热量，因此工程师们采用了电阻式电加热器来为电池和车厢供暖。电池在25-35°C温度下的工作效率极高，而这些加热器则由电池直接供电。

近期的研发重点是车用热泵，这种热泵借助沸点低于环境温度的制冷剂，每消耗一单位的电能，就能输出三单位的可用热量。冬季阳光依然灿烂，因此在汽车上加装光伏阵列可以获取更多的环境太阳能。研究人员已经证实，太阳能收集可将续航里程提高近23%。

此外，这种方法还能减少约10%的电网能源消耗和充电时间，并相应地延长电池寿命。电池拥有平滑太阳能固有的电力间歇性所需的储能功能，因此电动汽车自然就成为了太阳能收集的理想应用。

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热能收集

尽管极端温度给电动汽车热管理带来了挑战，但也为通过高温差驱动快速热传递提供了可能。在极端炎热的天气里，热电发电机可将温差转化为电能，补充原电池的电量并减轻负载。

这种方法在环境与电池/车厢温差较大的情况下效率极高，但由于应用的热量质量较低（100-150°F），其绝对效率仅为5-10%左右。不过，在首次启用热管理系统时，补充热量仍可降低峰值功耗。

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动能收集

虽然太阳能和热能收集技术能在极端温度下提高效率，但它们仍受限于光照质量和环境温度条件。这一限制为动能收集提供了机会，动能收集可回收车辆在运行过程中所产生的废能。

再生制动就是一种动能收集，在再生制动过程中，部分制动能量通过压电材料流回电池以补充电能。与热能收集中的温差一样，驱动势能（本例中为制动力）与可用于减少主电池耗电量的能量回收效率大小之间存在着直接的关联。不过，这一过程的效率要比热电发电机高得多，可实现高达70%的制动废能回收。

动能收集的其他应用还包括减震器和振动传感器，每种应用都能通过增加机械力来获取更高的能量回收负荷。

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结语

极端温度会给汽车原始设备制造商带来巨大挑战，包括电池的耐用性、行驶里程的缩短以及乘客的不适感。采用太阳能、热能和动能收集策略可以产生重要的二次动力源，在热管理系统首次启动时抵消高负荷。

上述传感器可将废弃能源转化为可用电力，从而实现极端温度下的电动汽车技术。而采用太阳能、热能和废能回收技术可显著提高车辆的可持续发展能力。

审核编辑：黄飞