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电池的循环寿命是怎么被影响的呢?

来源:宝鄂实业    2019-08-17 12:10    点击量:
首先,我们来看电池是怎么充放电的。
锂离子电池的放电过程
 
锂离子电池的充放电过程,就是锂离子的运动过程。从学术上来说,锂离子主要做两个运动,一个叫嵌入,一个叫脱出。
 
锂离子是嵌在电池结构中的,在每次运动过程中,锂离子都要从原来的结构中脱身,跑到另外一边。张华打了个比方,这有点像你从一个房间搬运一堆东西到另一个房间。
 
不管是放电还是充电,锂离子都是从电池的一极跑到另外一极。
 
对电池寿命的认识,要建立在对电池结构认识的基础上。在充放电过程中,每一次参与运动的锂离子越少,对结构的破坏越小。每一次参与运动的锂离子跑得越慢,对结构的破坏也越小。如果锂离子跑得差不多了,还要持续从里面抽取锂离子,对电池就会有损伤。
 
结构越不稳定,被破坏得越多,循环寿命自然就会变差。所以,我们通常强调,锂离子电池的充放电要浅充浅放,不要挑战电池的「极限」。
 
其次,我们来关心材料。不同的电极材料有不同的电池结构。我们通过改变电极的材料比例来提高电池的能量密度的时候,电池的循环寿命也在发生变化。比如,特斯拉的 NCA 电池就比比亚迪的磷酸铁锂电池循环寿命更差。
 
而特斯拉在 21700 电池上应用硅碳负极,硅加得越多,电池结构越容易被破坏,循环寿命就越容易受到影响。电极材料对寿命的影响,也建立在电池结构上。
 
最后,温度也是一样。零度以下的低温也会对电池的结构带来负面影响,甚至是永久损伤。
 
因此,充放电过程(深度/速度)、电池材料以及温度这三个因素,都可以通过对电池结构的影响,影响电池的循环寿命。
 
说到这里,我们顺便可以理解一下电池管理系统的作用。电池管理系统的核心目的就是为了保障电池在性能和寿命上的稳定。所以,电池管理系统主要做两件事,一个管理内部环境与外界的交互,也就是管理电池的充放电过程。一个管理外部环境与电池的交互,也就是温度(热)管理。
 
有人说,车辆上表显数据显示电池消耗为 0 了,但是车还能再跑一会儿,这也是防止电池放电深度过高的一种管理。
 
大电池在充放电过程中可以更任性一点
 
那电池究竟充放电多少比较合适呢?
 
我们来认识三个词。一个是 SoC(State of Capacity),表示电池的当前容量。一个是 DoD(Depth of Discharge),表示电池放电的深度。还有一个是 C(Current),表示电池充放电的倍率。
 
深度和速度,是充放电过程中的重要影响因素。
 
 
电池放电的深度是跟整个电池的容量有关的。比如说特斯拉的电池是 90 度电,其他电动车 45 度电。同样开百公里 5 秒,特斯拉用了 0.1% 的电池容量,其他电动车用了 0.2% 的电池容量,对电池的伤害程度是不同的。
 
放电深度对循环寿命的影响,来源: Stephen Grinwis ;也就是说,深度考察的不是绝对数值,而是容量比例。大电池在这里占了一定的优势。
 
而在速度上,充放电的倍率越高,所需要的时间就越短,循环寿命也会越短。在同一辆车上,迅速地启动,和缓慢地启动,对电池的消耗是不一样的,损伤也是不一样的。快速加速,相当于电池快速地放电。
 
那我们期待的快速充电对电池是不是有损耗呢?肯定有,但我们更关心的问题是,这个损耗有多大。
 
如果一般充电桩慢充的循环寿命是 700 次,相匹配的快充的循环寿命是 500 次,对正常用车影响不会特别大。如果慢充的循环寿命是 700 次,快充的循环寿命是 100 次,那强推快充就没有太大意义了。这也是为什么不建议用充 Macbook 的电源去充 iPhone 的原因。
 
而谈到不同的车型,由于特斯拉电池大,在同样的加速度下,电流更小,相当于是一次慢放过程。从慢放的角度来说,电池衰减得更慢。