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動(dòng)力電池的衰減對(duì)新能源汽車帶來(lái)的思考

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:928次  |  2018年07月29日  

根據(jù)中期協(xié)發(fā)布的數(shù)據(jù)來(lái)看,2018年上半年新能源汽車產(chǎn)銷分別完成41.3萬(wàn)輛和41.2萬(wàn)輛,同比增長(zhǎng)84.9%和111.6%,上半年表現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于前幾年。

其中,在1-6月的新能源汽車銷量構(gòu)成中,新能源乘用車方面,純電動(dòng)乘用車占據(jù)一半以上的銷量,占比63%。

中汽協(xié)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)助理許海東表示,今年上半年新能源汽車產(chǎn)銷情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于往年同期,預(yù)計(jì)下半年仍會(huì)保持較好的發(fā)展態(tài)勢(shì),維持之前的判斷,全年產(chǎn)銷規(guī)模超100萬(wàn)輛。

新能源電動(dòng)汽車是當(dāng)下的一個(gè)熱詞,其環(huán)保又節(jié)能的特點(diǎn)受到了人們的歡迎,加之補(bǔ)貼政策的存在,使得希望購(gòu)入電動(dòng)汽車的家庭越來(lái)越多。

電動(dòng)汽車的前景十分美好,但它所存在的問(wèn)題卻也實(shí)實(shí)在在的擺在我們的面前。

第一是續(xù)航里程短的問(wèn)題。

雖然根據(jù)今年開(kāi)始實(shí)施的補(bǔ)貼新政,續(xù)航300公里以上的車型提供更多的補(bǔ)貼,續(xù)航300公里以下的車型補(bǔ)貼大幅減少,續(xù)航150公里以下的車型則一分錢(qián)補(bǔ)貼沒(méi)有,似乎在一定程度上推動(dòng)著車企推出更高續(xù)航里程的車型,但現(xiàn)實(shí)和理想之間是存在距離的。

比如說(shuō)一款宣稱300公里續(xù)航里程短的車型,它是在特定的駕駛工況下才能達(dá)到理想的續(xù)航數(shù)據(jù),而在我們的日常生活中,開(kāi)空調(diào)、開(kāi)暖風(fēng)、低溫環(huán)境下行駛,它的續(xù)航里程會(huì)大打折扣。

第二是充電難、充電慢。

在國(guó)內(nèi)充電設(shè)施建設(shè)滯后的情況下,充電是電動(dòng)汽車所面臨的一大難題,公共場(chǎng)所充電樁的缺乏嚴(yán)重影響了電動(dòng)汽車的出行。

此外,目前大多數(shù)充電樁都是慢充樁,一輛車充滿需要5-8小時(shí)。雖然可以利用夜間休息時(shí)間充電,但是如果遇到突發(fā)情況,純電動(dòng)汽車的充電慢的缺點(diǎn)就會(huì)凸顯無(wú)疑。

中國(guó)電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟發(fā)布數(shù)據(jù),截止2018年6月,聯(lián)盟內(nèi)成員單位總計(jì)上報(bào)公共類充電樁27.2萬(wàn)個(gè),但這依舊無(wú)法滿足新能源汽車的正常供電需求。

第三是電動(dòng)汽車的售后。

電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)雖然相對(duì)簡(jiǎn)單,但由于動(dòng)力系統(tǒng)與傳統(tǒng)燃油車上存在差異,因此在維修上會(huì)遇到一些麻煩。一是維修技師的缺乏,二是零部件的缺乏。

傳統(tǒng)汽修店修不了電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)電器方面的問(wèn)題,而且買不到零部件或配件價(jià)格太高,都給用戶帶來(lái)了不少的麻煩。

這些都是電動(dòng)汽車入手之后,用戶們就能感受到的問(wèn)題,而還有一個(gè)問(wèn)題則是用戶在使用電動(dòng)汽車一段時(shí)間后不得不面對(duì)的問(wèn)題,那就是動(dòng)力電池的衰減。

動(dòng)力電池的衰減其實(shí)并不新鮮。

不說(shuō)曾經(jīng)騎過(guò)二輪電動(dòng)車的人大都有過(guò)給電動(dòng)車更換電瓶的經(jīng)歷,就算是我們平時(shí)使用個(gè)手機(jī)、電腦之類的電器,充電也會(huì)出現(xiàn)越來(lái)越慢,續(xù)航時(shí)間越來(lái)越短等問(wèn)題,這些大都可以歸因于電池的衰減。

電動(dòng)汽車同樣逃不脫動(dòng)力電池衰減這一環(huán)。目前用在汽車上的動(dòng)力電池,大部分為鉛蓄電池、鋰電池、鎳氫電池。

其中,鎳氫電池僅豐田的非插電混動(dòng)車中使用,不適合作為單獨(dú)的動(dòng)力源;鉛酸電池主要運(yùn)用在低速電動(dòng)車上;鋰電池是使用最為廣泛的電動(dòng)汽車動(dòng)力電池。

鋰電池根據(jù)材料的不同,又分為許多種,目前應(yīng)用成熟的主要為三元鋰電池磷酸鐵鋰電池。

我們主要以鋰電池為例來(lái)看動(dòng)力電池的衰減。

從本質(zhì)原因來(lái)說(shuō),鋰離子電池在兩個(gè)電極間發(fā)生嵌入反應(yīng)時(shí)具有不同的嵌入能量,而為了提高電池的最佳性能,兩個(gè)宿主電極的容量比應(yīng)該保持一個(gè)平衡值。

在鋰電子電池中,容量平衡表示成為正極對(duì)負(fù)極的質(zhì)量比,即:γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+。

式中C指電極的理論庫(kù)侖容量,Δx、Δy分別指嵌入負(fù)極及正極的鋰離子的化學(xué)計(jì)量數(shù)。從上式可以看出,兩極所需要的質(zhì)量比依賴于兩極相應(yīng)的庫(kù)侖容量及其各自可逆鋰離子數(shù)目。

對(duì)于理想的Li-ion電池系統(tǒng),在其循環(huán)周期內(nèi)容量平衡不發(fā)生改變,每次循環(huán)中的初始容量為一定值,然而實(shí)際上情況卻復(fù)雜得多。

任何能夠產(chǎn)生或消耗鋰離子或電子的副反應(yīng)都可能導(dǎo)致電池容量平衡的改變,一旦電池的容量平衡狀態(tài)發(fā)生改變,這種改變就是不可逆的,并且可以通過(guò)多次循環(huán)進(jìn)行累積,對(duì)電池性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

而從實(shí)際使用環(huán)境來(lái)看,充放電截止電壓,放充電倍率,使用溫度和長(zhǎng)期擱置等等,也是加速動(dòng)力電池衰減的原因。

先來(lái)說(shuō)充放電截止電壓,據(jù)資料顯示,不同充電截止電壓的循環(huán)壽命分別隨充電電壓升高而縮短,因?yàn)楦叩某潆娊刂闺妷簳?huì)加劇電池的副反應(yīng)的發(fā)生。

這個(gè)過(guò)程其實(shí)就是過(guò)充,指超過(guò)規(guī)定的充電終止電壓而繼續(xù)充電。在快速充電過(guò)程中,電流密度過(guò)大,負(fù)極嚴(yán)重極化,鋰的沉淀會(huì)更加明顯,影響了電池的容量平衡狀態(tài)。

說(shuō)到放充電倍率對(duì)電池的衰減的影響,我們可以舉一個(gè)例子。比如經(jīng)常用來(lái)玩游戲的手機(jī),比起那些通常處于待機(jī)狀態(tài)的手機(jī)來(lái)說(shuō),不僅電量用的快,電池經(jīng)不住用的情況出現(xiàn)的也較早,動(dòng)力電池也是一樣的道理。

電池在使用過(guò)程中為了滿足不同的駕駛工況會(huì)采用不同的充放電倍率,充放電倍率越大,正極材料性質(zhì)的改變和負(fù)極表面膜增厚,使得鋰離子擴(kuò)散困難,從而導(dǎo)致電池容量衰減加快,還有可能引起電池過(guò)熱等問(wèn)題。

所以,頻繁的暴力駕駛比如急加速或急減速會(huì)加速電池的衰減,經(jīng)濟(jì)模式下溫和駕駛則能有效增加電池的續(xù)航。

溫度對(duì)電池的影響大概都有過(guò)感受,以iphone手機(jī)為例,往往在低溫的情況下,即使它電量充足也會(huì)陷入自動(dòng)關(guān)機(jī)的境地,這是不少蘋(píng)果粉所吐槽的。

對(duì)動(dòng)力電池來(lái)說(shuō)同樣如此,過(guò)高的溫度會(huì)使得電池壽命和性能迅速降低,而溫度過(guò)低,電解液的離子導(dǎo)電率也會(huì)降低,就常常出現(xiàn)進(jìn)入冬季電動(dòng)車的續(xù)航里程相應(yīng)縮短的情形。長(zhǎng)時(shí)間處于極寒或極熱的溫度中,動(dòng)力電池的衰減速度被大大加快。

最后是長(zhǎng)時(shí)間的擱置,動(dòng)力電池會(huì)進(jìn)入自放電狀態(tài)。動(dòng)力電池的自放電造成電量損失,一部分是可逆容量損失,經(jīng)過(guò)充電可進(jìn)行補(bǔ)充,另一種是不可逆容量損失。

電池長(zhǎng)期擱置而進(jìn)行自放電,產(chǎn)生的氧化物會(huì)堵塞電極材料上的微孔,使鋰嵌入和脫出困難并且使內(nèi)阻增大和放電效率降低,從而導(dǎo)致不可逆容量損失,也就是電池的衰減。閑置時(shí)間越長(zhǎng),電池?fù)p壞就越嚴(yán)重,因此保持每月充電一次,可以使電池處于健康狀態(tài)。

電池衰減對(duì)于車主而言影響頗大,畢竟在一輛純電動(dòng)汽車之中,電池往往占據(jù)了整車造價(jià)的30%左右,這也就意味著電池報(bào)廢后,更換電池的價(jià)格要高達(dá)5、6萬(wàn),利害關(guān)系可以說(shuō)是很明顯了,大多用戶并不想掏這樣一筆費(fèi)用。

而且,電動(dòng)汽車在二手車市場(chǎng)保值率偏低,一定情況下也是由于電池衰減所導(dǎo)致的。

在我國(guó),要求質(zhì)保期內(nèi)電池的性能衰減不能超過(guò)20%,否則由廠家免費(fèi)為車主更換電池,那么對(duì)廠家來(lái)說(shuō),他們又秉持著怎樣的態(tài)度呢?主流車型大都有著自己的質(zhì)保政策。

比如比亞迪新能源汽車電芯是終身質(zhì)保,電池8年15萬(wàn)公里;騰勢(shì)為8年15萬(wàn)公里免費(fèi),贈(zèng)送保養(yǎng)券;北汽新能源三電系統(tǒng)8年15公里,整車質(zhì)保3年6萬(wàn)公里;吉利帝豪在電芯等核心部件的質(zhì)保期為8年15萬(wàn)公里;

江淮新能源汽車核心部件質(zhì)保期為8年15公里,電動(dòng)化部件5年10萬(wàn)公里,易損部件3個(gè)月3千公里,整車部件3年12萬(wàn)公里;奇瑞新能源整車質(zhì)保3年12萬(wàn)公里,三電系統(tǒng)8年12萬(wàn)公里;知豆整車和三電系統(tǒng)質(zhì)保均為8年12萬(wàn)公里;特斯拉ModelS三電系統(tǒng)為8年不限里程。

但不得不說(shuō),目前國(guó)內(nèi)新能源汽車對(duì)整車和關(guān)鍵零部件都提出了質(zhì)保時(shí)間和里程條款,但是沒(méi)有說(shuō)明電池質(zhì)保的條件,導(dǎo)致消費(fèi)者購(gòu)買新能源汽車之后,發(fā)現(xiàn)電池衰減的問(wèn)題與經(jīng)銷商產(chǎn)生糾紛。

因此,在電池質(zhì)保條件上,車企的新能源汽車確定相對(duì)嚴(yán)格的電池衰減范圍和相應(yīng)的保修措施,以及電池更換的具體條件和頻次是十分必要的。

動(dòng)力電池的衰減是不可避免的,除了要求廠商負(fù)責(zé)之外,我們?cè)谌粘5氖褂弥幸惨兴⒁?,以求延長(zhǎng)電池的使用壽命。

比如,每月對(duì)車進(jìn)行一次滿充滿放;盡量把電量消耗到20%以下再進(jìn)行充電;快慢充合理搭配進(jìn)行;拒絕暴力駕駛。

不得不說(shuō),新能源汽車雖已注定成為一個(gè)趨勢(shì),但電池技術(shù)上的短板依然在阻礙著它的發(fā)展,而這也正是新能源汽車向上的空間所在。

相信隨著技術(shù)的快速進(jìn)步,無(wú)論是在續(xù)航里程、充電難抑或是讓人頭疼的電池衰減問(wèn)題,都會(huì)得到妥善的解決。

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