電池結(jié)構(gòu)是參透循環(huán)壽命的關(guān)鍵問題嗎？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-08-08 11:02
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電池的循環(huán)壽命是怎么被影響的呢？首先，我們來看電池是怎么充放電的。
鋰離子電池的放電過程
鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的運(yùn)動(dòng)過程。從學(xué)術(shù)上來說，鋰離子主要做兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，一個(gè)叫嵌入，一個(gè)叫脫出。
鋰離子是嵌在電池結(jié)構(gòu)中的，在每次運(yùn)動(dòng)過程中，鋰離子都要從原來的結(jié)構(gòu)中脫身，跑到另外一邊。張華打了個(gè)比方，這有點(diǎn)像你從一個(gè)房間搬運(yùn)一堆東西到另一個(gè)房間。
不管是放電還是充電，鋰離子都是從電池的一極跑到另外一極。
對(duì)電池壽命的認(rèn)識(shí)，要建立在對(duì)電池結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上。在充放電過程中，每一次參與運(yùn)動(dòng)的鋰離子越少，對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞越小。每一次參與運(yùn)動(dòng)的鋰離子跑得越慢，對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞也越小。如果鋰離子跑得差不多了，還要持續(xù)從里面抽取鋰離子，對(duì)電池就會(huì)有損傷。
結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定，被破壞得越多，循環(huán)壽命自然就會(huì)變差。所以，我們通常強(qiáng)調(diào)，鋰離子電池的充放電要淺充淺放，不要挑戰(zhàn)電池的「極限」。
其次，我們來關(guān)心材料。不同的電極材料有不同的電池結(jié)構(gòu)。我們通過改變電極的材料比例來提高電池的能量密度的時(shí)候，電池的循環(huán)壽命也在發(fā)生變化。比如，特斯拉的 NCA 電池就比比亞迪的磷酸鐵鋰電池循環(huán)壽命更差。
而特斯拉在 21700 電池上應(yīng)用硅碳負(fù)極，硅加得越多，電池結(jié)構(gòu)越容易被破壞，循環(huán)壽命就越容易受到影響。電極材料對(duì)壽命的影響，也建立在電池結(jié)構(gòu)上。
最后，溫度也是一樣。零度以下的低溫也會(huì)對(duì)電池的結(jié)構(gòu)帶來負(fù)面影響，甚至是永久損傷。
因此，充放電過程（深度/速度）、電池材料以及溫度這三個(gè)因素，都可以通過對(duì)電池結(jié)構(gòu)的影響，影響電池的循環(huán)壽命。
說到這里，我們順便可以理解一下電池管理系統(tǒng)的作用。電池管理系統(tǒng)的核心目的就是為了保障電池在性能和壽命上的穩(wěn)定。所以，電池管理系統(tǒng)主要做兩件事，一個(gè)管理內(nèi)部環(huán)境與外界的交互，也就是管理電池的充放電過程。一個(gè)管理外部環(huán)境與電池的交互，也就是溫度（熱）管理。
有人說，車輛上表顯數(shù)據(jù)顯示電池消耗為 0 了，但是車還能再跑一會(huì)兒，這也是防止電池放電深度過高的一種管理。
大電池在充放電過程中可以更任性一點(diǎn)
那電池究竟充放電多少比較合適呢？
我們來認(rèn)識(shí)三個(gè)詞。一個(gè)是 SoC（State of Capacity），表示電池的當(dāng)前容量。一個(gè)是 DoD（Depth of Discharge），表示電池放電的深度。還有一個(gè)是 C（Current），表示電池充放電的倍率。
深度和速度，是充放電過程中的重要影響因素。
電池放電的深度是跟整個(gè)電池的容量有關(guān)的。比如說特斯拉的電池是 90 度電，其他電動(dòng)車 45 度電。同樣開百公里 5 秒，特斯拉用了 0.1% 的電池容量，其他電動(dòng)車用了 0.2% 的電池容量，對(duì)電池的傷害程度是不同的。
放電深度對(duì)循環(huán)壽命的影響，來源: Stephen Grinwis ；也就是說，深度考察的不是絕對(duì)數(shù)值，而是容量比例。大電池在這里占了一定的優(yōu)勢(shì)。
而在速度上，充放電的倍率越高，所需要的時(shí)間就越短，循環(huán)壽命也會(huì)越短。在同一輛車上，迅速地啟動(dòng)，和緩慢地啟動(dòng)，對(duì)電池的消耗是不一樣的，損傷也是不一樣的?？焖偌铀伲喈?dāng)于電池快速地放電。
那我們期待的快速充電對(duì)電池是不是有損耗呢？肯定有，但我們更關(guān)心的問題是，這個(gè)損耗有多大。
如果一般充電樁慢充的循環(huán)壽命是 700 次，相匹配的快充的循環(huán)壽命是 500 次，對(duì)正常用車影響不會(huì)特別大。如果慢充的循環(huán)壽命是 700 次，快充的循環(huán)壽命是 100 次，那強(qiáng)推快充就沒有太大意義了。這也是為什么不建議用充 Macbook 的電源去充 iPhone 的原因。
而談到不同的車型，由于特斯拉電池大，在同樣的加速度下，電流更小，相當(dāng)于是一次慢放過程。從慢放的角度來說，電池衰減得更慢。
如果在這個(gè)基礎(chǔ)上，把電池的充放電速度提升 25% 。那么特斯拉的 25% 增速是 0.1% 的 25% ，其他電動(dòng)車的 25% 增速是 0.2% 的 25% ，結(jié)果是不同的。
在駕駛過程中，同樣一次充放電過程，特斯拉消耗的電池容量比例低，進(jìn)而降低了循環(huán)壽命的負(fù)面影響。所以說，特斯拉用大電池，彌補(bǔ)了循環(huán)壽命的缺點(diǎn)。盡管特斯拉電池可用的次數(shù)少，但是它跑得遠(yuǎn)啊。這也是為什么，盡管特斯拉循環(huán)壽命不高，但是用戶在感知上認(rèn)為特斯拉的電池是足夠使用的。
這就是在和張華交流的過程中，讓我感受最深的一點(diǎn)。
