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电动汽车跑几年就得换电池?那是老黄历了

作者: 敲黑板 人气:3201 更新时间:2020-10-26 21:30:03点击:3201

人们为什么不愿意买电动汽车?

除了担心家里没地方充电,出门跑不了长途,另一大顾虑就是电池衰减问题。

传统印象中,“电动车跑个十万八万公里,电池就报废了”,“换个电池又要十万八万,比买台新车还贵”。外加电池在车辆成本中占了大头,电动汽车的二手保值率也令人堪忧。

可是电动汽车发展到今天,动力电池真的还像手机电池那样短命吗?

***近,美国特斯拉Model 3车主卡齐·伊玛晒出一份里程清单,他的Model 3在2年中跑了10万英里(约16.1万公里),目前100%电量可以续航491公里,比新车时仅衰减了5%。

卡齐·伊玛的Model 3

特斯拉的电池衰减特别慢

特斯拉的槽点很多,但鲜有人吐槽特斯拉的电池寿命。

在美国特斯拉车主社区Teslanomics上,一份针对2636辆特斯拉(多车型)电池健康状况的车主调查显示,大部分特斯拉在行驶10万英里(约16.1万公里)后,电池组仍保持了90%以上的有效容量。

Teslanomics针对特斯拉车主的调查

来自荷兰和比利时的1462位特斯拉车主,也贡献过一份调查报告:在前5万英里(8.1万公里),电池组普遍保持了95%有效容量,直到10万英里(16.06万公里),大部分电池组有效容量仍保持在92%以上。

特斯拉的电池寿命,不仅获得车主普遍认可,也经受过极端工况考验。

美国加州班车服务公司Tesloop,一直用特斯拉营运。

2016年,Tesloop***辆Model S 90D投入营运,到2018年就跑到了40万英里(约64.4万公里),期间两次更换电池组。

2018年,Tesloop***辆Model S 90D跑到了40万英里

原装电池组坚持到19.4万英里(约31.2万公里)才被更换,而且当时电池容量只衰减了6%。

新换的电池组寿命略短,在32.4万英里(约52.1万公里)就被换下,而且衰退幅度达到了22%,算是开报废了,但这组电池其实也跑了20.9万公里,而且特斯拉官方认为,这套电池组存在组装缺陷。

Tesloop的特斯拉

Tesloop还有一辆Model X,开到16万英里(约25.8万公里)时,电池只衰减了不到10%,直到32.5万英里(52.3万公里)***更换电池组时,也才衰减了13%。

以这种衰减速度看,特斯拉车主几乎无需为电池寿命担心。

当然,不是所有的电动汽车都叫特斯拉。

2019年,加拿大远程信息处理公司Geotab,通过收集***6000辆纯电动车的使用数据,得出纯电动汽车平均每年衰减2.3%电量的结论。

调查涵盖2012年至2019年发布的64款电动汽车,作为*********纯电动车型之一,日产聆风表现却非常糟糕。

同为搭载24kWh电池组的车型,2013款聆风的电池在第7年衰减了20%,2014款的电池更短命,第5年就衰减了20%;2016款聆风更换了采用新技术的电池组,电池容量在第4年才下降了8%。

搭载24kWh电池组的聆风,2014年时曾以启辰晨风之名国产,这款车的车主论坛里,近年来***热门的帖子就是怎么换电池。

其中一位车主说,自己在2016年12月提了***后一批晨风,今年6月初跑到10万公里,电池容量还剩79.1%。

也就是说,10万公里电池报废的说法,在老款聆风上完全成立。

影响电池寿命的关键因素

都是锂电池,为什么特斯拉的电池寿命远胜聆风?

答案似乎很简单——电池寿命,主要取决于完全充放电循环次数。

电池放电过程,红色的为锂离子

特斯拉Model S 90D实际续航超过400公里,每年跑2万公里,也就50次循环;24kWh电池组聆风的官方续航才175公里,同样跑2万公里,每年需要114次循环。

电池充电过程,红色的为锂离子

5年跑完10万公里,Model S 90D才经历过250次循环,电池还很“年轻”,聆风却多经历了320次循环,电池自然短命。

续航里程碾压聆风,是因为特斯拉采用了能量密度更高的三元锂电池,聆风却选择了更保守的方案——锰酸锂电池。

特斯拉的三元锂电池

保守,也可以说是信心不足,而特斯拉敢于使用更激进的电池方案,信心基于他们的BMS系统(电池管理系统),这是电控技术的***核心功能,也是电动汽车除电池系统、电机系统外的一大关键系统。

BMS系统,主要是为了降低电芯不一致性,对电池组安全和寿命的危害。

特斯拉的电池管理系统

无论电动汽车用哪种锂电池,构成动力电池单元的电池组,都是由一颗颗电芯(电池单体)串、并联而成。

正如世界上没有两片完全相同的树叶,电池厂商也***造不出两颗容量、内阻、开路电压完全一致的电芯。

这种个体差异在出厂初始状态非常细微,却会随着电池组连续充放电循环而累计,导致各电芯SOC(荷电状态,SOC=0表示电池完全放电,SOC=1表示电池完全充满)、电压等状态越来越不一致。

这种电芯间的不一致性,会从两方面影响电池寿命:

一,电池组所有电芯同步充放电,因此电池组容量遵循木桶原理,取决于容量***差的那颗电芯。

二,不同电芯内阻不同,电流通过,内阻大的电芯发热更多,温度过高又会加速电芯劣化,劣化进一步升高内阻,恶性循环反复作用,一旦高内阻电芯寿命终结,整个电池组就跟着寿终正寝。

电芯不一致性危害太大,所以电动汽车就需要用BMS系统(电池管理系统)做电池均衡,消除不同电芯的SOC差异,***大化整个电池组的可利用容量。

不同电池内部有不同的情况

具体来说,BMS会通过传感器收集每个电芯和电池组的温度、电压、电流数据,再根据每个电芯的实际情况,来分配如何充电,比如哪个电芯已经充满可以停止充电等,防止电芯不一致性随着时间推移扩大。

特斯拉的电池长寿“秘方”

对于特斯拉来说,三元锂电池的高温安全性较差,电芯不一致性带来的危害更大。

为了将电芯初始不一致性降到***,特斯拉直接采用了制造工艺***成熟的18650锂电池(简称圆柱形锂电池),而不是锂聚合物软包电池。

Model 3用的松下三元锂电池

这又带来了新的挑战。

18650锂电池单体容量很低,要为Model S提供充沛动力,整个电池包需要7104节锂电池,每444节18650锂电池组成一个电池组,16个电池组密密麻麻阵列排布在底盘上。

特斯拉电池包

为了同时管理好7104个电芯,特斯拉研发出了性能极为强悍的BMS系统,还使用了液冷温控——冷却液通过铝管进入电池组内部,为电池做降温保护。

此外,特斯拉每一组电池都有独立的BMS系统、独立的泄爆路径和独立的防爆阀,甚至每一节电池都由单独的保险丝连接,一旦其中一节温度过高,保险丝会自动熔断,保护整个电池组。

三元锂电池充电示意图

反观日产聆风,方案却很纠结,一方面选择了成本低、稳定性强但能量密度偏低的锰酸锂电池,一方面为了集聚更高能量密度,使用了锂聚合物软包电池,每4个电池片叠成一个单元,总共48个锂电池单元。

日产聆风和特斯拉model S电池对比

锂聚合物软包电池的一致性不如18650锂电池,但胜在厚度薄、表面大,均热、散热能力不错,因此聆风出于成本考虑,自信地采用了空气冷却系统,结果却是经常发生电池过热,不但电池寿命大打折扣,而且在美国等地,还引发过高温天续航普遍大幅缩减的投诉。

由此可见,特斯拉电池寿命的超长待机,主要在于采用了续航更长的三元锂电池,技术更***的BMS系统和温控更有效的液冷系统。

反过来说,以聆风为代表的早期电动汽车,10万公里电池报废,也是因为这三块做得不好。

为什么现在不用担心电池衰减

如今,特斯拉的三元锂电池、BMS系统+液冷系统方案,早已成为市场主流,近两年推出的新车型,实际续航里程都能超过400公里。

根据国家***新质量认证标准,500次循环荷电量不低于90%,1000次循环荷电量不低于80%计,也就是说,一辆续航400公里的电动汽车,理论上讲电池行驶40万公里之后才会报废。

马斯克也公开表示,Model 3电池***低使用寿命为1500次充电循环,可以保证它行驶48-80万公里。

不过,40万公里终究只是个理论值,因为电池衰减还会受到车主使用习惯的影响。

洛杉矶人亚瑟·德里森,是******个将Model 3开到10万英里(16.06万公里)的车主,当时他的Model 3电池只衰减了2.5%,比卡齐·伊玛的车更低,而且他在全美自驾游期间,基本依赖特斯拉超级充电站网络充电。

亚瑟·德里森和他的特斯拉

德里森透露,他一直坚持浅充浅放,10万英里内只有两次将电量跑至10%以下,使用超充时也从不会一次充超过60%的电。

浅充浅放的习惯,确实有益于电池健康。

因为锂电池的充放电过程,就是锂离子嵌入脱出的过程,每次参与运动的锂离子越少,跑得越慢,对结构破坏就越小。

放电深度(DOD)越大电池寿命越短

特斯拉也建议用户,不要经常用超级充电站充电,不要经常将电量充到100%,在低电荷状态下完成行驶之后,建议等3小时再充电。

也有试验显示:40%的DOD(放电深度)对延长电池寿命***佳,比如从100%SOC放电到60%左右。

40%的DOD可延长电池寿命

现在你也许懂了,为什么手机电池衰减这么厉害——不仅放电循环次数多,而且放电深度也高。

国家工信部规定,从2016年起,车企对电池、电机等核心部件必须提供8年或12万公里质保(以先到者为准),很多企业也据此出台了保修政策。

通常,质保期内电池衰减超过20%,更换和维修费用均由车企承担,消费者无需担心。

此外,还有一些中国车企通过“换/租电”模式,减轻消费者对电池衰减问题的顾虑。

除了一直走换电模式的蔚来,上汽、吉利等车企也陆续推出了可换电车型。

***后,电池技术仍在进步。

宁德时代电池制造工厂

宁德时代已研发出零衰减电池,可实现1500次循环内的零衰减,总循环寿命可达1.2万次,目前这项技术已用于福建晋江的储能电站试点项目,未来也可能用于车辆动力电池。

总而言之,如果你买的是大厂生产的主流电动汽车,而且不是用它来跑滴滴,如今几乎无需为电池衰减担心。

Electrek:Tesla Model 3 with 100,000 miles shows extreme low cost and minimal battery degradation

Geotab:What can 6,000 electric vehicles tell us about EV battery health?

Fleet Europe:The truth about battery degradation

Clean Technica: New Data Shows Heat & Fast-Charging Responsible For More Battery Degradation Than Age Or Mileage

Forbes :The Clock Is Ticking On Electric Car Batteries - And How Long They Will Last

A review on the key issues of the lithium ion battery degradation among the whole life cycle

文|张超

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