鉅大LARGE | 點擊量:768次 | 2018年11月25日
電動汽車電池解密:充電、放電、容量、快充等
我們都知道手機、平板、筆記本使用的電池壽命不會太長。在電池電量被耗盡之前,電池充電、放電循環(huán)次數(shù)約為600次。如果每天充電的話,電池壽命甚至不會超過兩年。很多電動汽車評論認識也因此認為電動汽車鋰電池在幾年內(nèi)就會失效,因為鋰電池循環(huán)壽命僅為600次。
當(dāng)然我們知道電動汽車電池至少可以使用8年,甚至10年或者更長的時間,這取決于電池的使用方式。有的人擁有電動汽車已經(jīng)好幾年時間了,但是電池依然很強勁。很明顯,貶低電動汽車的人所說的600次循環(huán)是沒有意義的,但是這似乎又與我們的經(jīng)驗相違背,因為像手機之類的電池壽命確實不是很長。
是否是因為電池內(nèi)部的電池化學(xué)或者結(jié)構(gòu)與電動汽車不同,所以導(dǎo)致了這種差別。目前很多研究人員在研究電池化學(xué),努力提高電池效率、延長壽命,甚至研發(fā)完全不同的電池。這些研究大多處于早期階段,看似很有前景,但是在商業(yè)化過程中還有一些沒有解決的問題。所以對現(xiàn)有電動汽車電池壽命的解釋不強。特斯拉跑車電池組也是選擇了常用的“18650”電池,這種電池價格便宜、可靠,也用于便攜式電子設(shè)備,設(shè)計時并不是用于驅(qū)動電動汽車。如果特斯拉使用的普通電池壽命一般僅有600次循環(huán)壽命,為什么在特斯拉電池組中能使用這么長的時間。
1、不用滿充滿放
首先,不是所有的循環(huán)都是相同的。提高電池充放電循環(huán)次數(shù)的方法之一是不要充滿電,更不要放空電池。循環(huán)次數(shù)最少、壽命最短的情形就是將電池充至100%并且放電至0。鋰電池完全放電將顯著減少電池壽命。下表給出了幾種充電參數(shù)??梢钥闯鲈?5%-25%之間充電可以實現(xiàn)電池壽命與工作容量的平衡。
2、電池容量
當(dāng)電動汽車儀表顯示電量為100%,是真的嗎?當(dāng)儀表顯示電量為0,事實絕對不是。電池管理系統(tǒng)將會保留一部分電量以防緊急情況,在這部分電量用完之后,系統(tǒng)將會保護最后珍貴的5%左右電量,以防損壞電池。電動汽車表現(xiàn)得好像電池是完全平坦的,當(dāng)它不是時,汽車在告訴你僅有備用的10英里續(xù)航了,電量將會降至0。
本文所說的電池管理系統(tǒng)是一個寬泛的概念,包括了電動汽車里很多獨立的系統(tǒng),比如電池、電機、充電、導(dǎo)航、儀表盤等。
3、虛擬電量
如果電池管理系統(tǒng)只能充電至80%,并且預(yù)留30%,但是顯示確實為100%-0%,比如說100英里(160公里)的續(xù)航,隨著電池容量的損失,系統(tǒng)可以充電至90%,并且預(yù)留20%?汽車的儀表盤仍然會顯示100%-0%的電量,與之前的續(xù)航里程相同,因此車主根本不會意識到電池容量的損失。電動汽車廠商會讓電動車電池容量看起來沒有損失,但是實際上容量已經(jīng)下降了。
這會讓電動汽車車主產(chǎn)生一種虛假的安全感,因為他們會認為盡管使用了幾年,電池容量完全沒有下降。但是一旦到達上表3的階段,虛擬電池就沒有下降空間了,汽車續(xù)航將會真的開始下降。老化的電池更容易因為快充而受損,因此電池可能迅速惡化。
4、電壓
為了避免混淆,電壓水平類似于上文提到的充電百分比,當(dāng)提到100%充滿電時,指的是電池充滿電,然后每個電芯的電壓約為4.2V左右。扁電池的電壓約為3V或者更低。不應(yīng)將電荷百分比與容量百分比相混淆。一個新的40kWh電池的容量是一小時內(nèi)提供40kW。如果容量下降到75%,意味著它只能在45分鐘內(nèi)提供40kW,或在一小時內(nèi)提供30kW。
如果鋰電池的額定電壓為4.2V,說明可以充電至略高于4.2V或者略低于4.2V。僅充電至3.9V和充電至4.2V意味著循環(huán)次數(shù)和壽命四倍的差別。這種壽命的增加一般伴隨著容量損失,所以為了提供同等的容量,電池必須更大。這是電動汽車電池龐大卻效率低的原因之一。汽車廠商可以提供同樣電池更小、容量相同的電池,所有電池都充電至滿電壓,但是持續(xù)時間會下降。
5、放電倍率
1500mAh的鋰電池可以在1小時提供1500mA,四小時375mA。1C就是在1小時內(nèi)用完1500mAh,0.25C就是4小時內(nèi)用完1500mAh。電池放電倍率低,持續(xù)時間越長。電動汽車電池管理系統(tǒng)確保放電倍率不會太高。這也是電池組龐大的原因之一,不僅僅是為了最小化放電倍率,也是為了延長使用壽命。
6、自放電
如果鋰電池充滿100%的點,并放置不用的話,如果溫度高于25度,則即使不用電池電量也會下降。因此將電池充滿電并長期不用放置在車庫不是一個好主意。
7、快充限制
盡管人們對充電時間不耐煩,期待越來越快的充電速度,但是快充有一定的限制。理想情況下,對于一個50kWh的電池組,最快的充電率是50kW充電一小時,這是適合電池特性的。但是從30%充電至80%,這僅為電池50%的電量,需要50kW充電半小時。為了把充電時間降到15分鐘,需要使用100kW,這是理想50kW的兩倍。有助于實現(xiàn)快充的方法很多,但都有一定的限制。人們不應(yīng)該期望充電時間大大低于20分鐘,或者相當(dāng)于燃油車加油時間。