鉅大LARGE | 點擊量:927次 | 2018年07月29日
動力電池的衰減對新能源汽車帶來的思考
根據(jù)中期協(xié)發(fā)布的數(shù)據(jù)來看,2018年上半年新能源汽車產(chǎn)銷分別完成41.3萬輛和41.2萬輛,同比增長84.9%和111.6%,上半年表現(xiàn)遠遠好于前幾年。
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,純電動乘用車占據(jù)一半以上的銷量,占比63%。
中汽協(xié)會秘書長助理許海東表示,今年上半年新能源汽車產(chǎn)銷情況遠遠好于往年同期,預(yù)計下半年仍會保持較好的發(fā)展態(tài)勢,維持之前的判斷,全年產(chǎn)銷規(guī)模超100萬輛。
新能源電動汽車是當下的一個熱詞,其環(huán)保又節(jié)能的特點受到了人們的歡迎,加之補貼政策的存在,使得希望購入電動汽車的家庭越來越多。
電動汽車的前景十分美好,但它所存在的問題卻也實實在在的擺在我們的面前。
第一是續(xù)航里程短的問題。
雖然根據(jù)今年開始實施的補貼新政,續(xù)航300公里以上的車型提供更多的補貼,續(xù)航300公里以下的車型補貼大幅減少,續(xù)航150公里以下的車型則一分錢補貼沒有,似乎在一定程度上推動著車企推出更高續(xù)航里程的車型,但現(xiàn)實和理想之間是存在距離的。
比如說一款宣稱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到理想的續(xù)航數(shù)據(jù),而在我們的日常生活中,開空調(diào)、開暖風、低溫環(huán)境下行駛,它的續(xù)航里程會大打折扣。
第二是充電難、充電慢。
在國內(nèi)充電設(shè)施建設(shè)滯后的情況下,充電是電動汽車所面臨的一大難題,公共場所充電樁的缺乏嚴重影響了電動汽車的出行。
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。雖然可以利用夜間休息時間充電,但是如果遇到突發(fā)情況,純電動汽車的充電慢的缺點就會凸顯無疑。
中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進聯(lián)盟發(fā)布數(shù)據(jù),截止2018年6月,聯(lián)盟內(nèi)成員單位總計上報公共類充電樁27.2萬個,但這依舊無法滿足新能源汽車的正常供電需求。
第三是電動汽車的售后。
電動汽車的結(jié)構(gòu)雖然相對簡單,但由于動力系統(tǒng)與傳統(tǒng)燃油車上存在差異,因此在維修上會遇到一些麻煩。一是維修技師的缺乏,二是零部件的缺乏。
傳統(tǒng)汽修店修不了電動汽車設(shè)計電器方面的問題,而且買不到零部件或配件價格太高,都給用戶帶來了不少的麻煩。
這些都是電動汽車入手之后,用戶們就能感受到的問題,而還有一個問題則是用戶在使用電動汽車一段時間后不得不面對的問題,那就是動力電池的衰減。
動力電池的衰減其實并不新鮮。
不說曾經(jīng)騎過二輪電動車的人大都有過給電動車更換電瓶的經(jīng)歷,就算是我們平時使用個手機、電腦之類的電器,充電也會出現(xiàn)越來越慢,續(xù)航時間越來越短等問題,這些大都可以歸因于電池的衰減。
電動汽車同樣逃不脫動力電池衰減這一環(huán)。目前用在汽車上的動力電池,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車中使用,不適合作為單獨的動力源;鉛酸電池主要運用在低速電動車上;鋰電池是使用最為廣泛的電動汽車動力電池。
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和磷酸鐵鋰電池。
我們主要以鋰電池為例來看動力電池的衰減。
從本質(zhì)原因來說,鋰離子電池在兩個電極間發(fā)生嵌入反應(yīng)時具有不同的嵌入能量,而為了提高電池的最佳性能,兩個宿主電極的容量比應(yīng)該保持一個平衡值。
在鋰電子電池中,容量平衡表示成為正極對負極的質(zhì)量比,即:γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+。
式中C指電極的理論庫侖容量,Δx、Δy分別指嵌入負極及正極的鋰離子的化學(xué)計量數(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)的庫侖容量及其各自可逆鋰離子數(shù)目。
對于理想的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,并且可以通過多次循環(huán)進行累積,對電池性能產(chǎn)生嚴重影響。
而從實際使用環(huán)境來看,充放電截止電壓,放充電倍率,使用溫度和長期擱置等等,也是加速動力電池衰減的原因。
先來說充放電截止電壓,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,因為高的充電截止電壓會加劇電池的副反應(yīng)的發(fā)生。
這個過程其實就是過充,指超過規(guī)定的充電終止電壓而繼續(xù)充電。在快速充電過程中,電流密度過大,負極嚴重極化,鋰的沉淀會更加明顯,影響了電池的容量平衡狀態(tài)。
說到放充電倍率對電池的衰減的影響,我們可以舉一個例子。比如經(jīng)常用來玩游戲的手機,比起那些通常處于待機狀態(tài)的手機來說,不僅電量用的快,電池經(jīng)不住用的情況出現(xiàn)的也較早,動力電池也是一樣的道理。
電池在使用過程中為了滿足不同的駕駛工況會采用不同的充放電倍率,充放電倍率越大,正極材料性質(zhì)的改變和負極表面膜增厚,使得鋰離子擴散困難,從而導(dǎo)致電池容量衰減加快,還有可能引起電池過熱等問題。
所以,頻繁的暴力駕駛比如急加速或急減速會加速電池的衰減,經(jīng)濟模式下溫和駕駛則能有效增加電池的續(xù)航。
溫度對電池的影響大概都有過感受,以iphone手機為例,往往在低溫的情況下,即使它電量充足也會陷入自動關(guān)機的境地,這是不少蘋果粉所吐槽的。
對動力電池來說同樣如此,過高的溫度會使得電池壽命和性能迅速降低,而溫度過低,電解液的離子導(dǎo)電率也會降低,就常常出現(xiàn)進入冬季電動車的續(xù)航里程相應(yīng)縮短的情形。長時間處于極寒或極熱的溫度中,動力電池的衰減速度被大大加快。
最后是長時間的擱置,動力電池會進入自放電狀態(tài)。動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)過充電可進行補充,另一種是不可逆容量損失。
電池長期擱置而進行自放電,產(chǎn)生的氧化物會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。閑置時間越長,電池損壞就越嚴重,因此保持每月充電一次,可以使電池處于健康狀態(tài)。
電池衰減對于車主而言影響頗大,畢竟在一輛純電動汽車之中,電池往往占據(jù)了整車造價的30%左右,這也就意味著電池報廢后,更換電池的價格要高達5、6萬,利害關(guān)系可以說是很明顯了,大多用戶并不想掏這樣一筆費用。
而且,電動汽車在二手車市場保值率偏低,一定情況下也是由于電池衰減所導(dǎo)致的。
在我國,要求質(zhì)保期內(nèi)電池的性能衰減不能超過20%,否則由廠家免費為車主更換電池,那么對廠家來說,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15萬公里;騰勢為8年15萬公里免費,贈送保養(yǎng)券;北汽新能源三電系統(tǒng)8年15公里,整車質(zhì)保3年6萬公里;吉利帝豪在電芯等核心部件的質(zhì)保期為8年15萬公里;
江淮新能源汽車核心部件質(zhì)保期為8年15公里,電動化部件5年10萬公里,易損部件3個月3千公里,整車部件3年12萬公里;奇瑞新能源整車質(zhì)保3年12萬公里,三電系統(tǒng)8年12萬公里;知豆整車和三電系統(tǒng)質(zhì)保均為8年12萬公里;特斯拉ModelS三電系統(tǒng)為8年不限里程。
但不得不說,目前國內(nèi)新能源汽車對整車和關(guān)鍵零部件都提出了質(zhì)保時間和里程條款,但是沒有說明電池質(zhì)保的條件,導(dǎo)致消費者購買新能源汽車之后,發(fā)現(xiàn)電池衰減的問題與經(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嚴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。
動力電池的衰減是不可避免的,除了要求廠商負責之外,我們在日常的使用中也要有所注意,以求延長電池的使用壽命。
比如,每月對車進行一次滿充滿放;盡量把電量消耗到20%以下再進行充電;快慢充合理搭配進行;拒絕暴力駕駛。
不得不說,新能源汽車雖已注定成為一個趨勢,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)的快速進步,無論是在續(xù)航里程、充電難抑或是讓人頭疼的電池衰減問題,都會得到妥善的解決。