該如何評(píng)價(jià)新能源汽車電池的性能和安全性？這個(gè)問(wèn)題太大，我們認(rèn)為應(yīng)該從兩個(gè)層次進(jìn)行分析：
1、單體電池

2、電池系統(tǒng)

 

一、新能源汽車電池是一個(gè)系統(tǒng)工程

影響電池性能和安全性的不僅僅是電池材料，還與電池組、動(dòng)力系統(tǒng)、整車等有關(guān)。

 

這就好比你去一家餐館點(diǎn)了份宮保雞丁，馬上回來(lái)提問(wèn)，如何評(píng)價(jià)宮保雞丁中雞肉的味道？我只能勉為其難地說(shuō)：“這份宮保雞丁味道還行”。

如果把電池系統(tǒng)比喻為宮保雞丁這道菜，電池就相當(dāng)于菜中的雞肉。在評(píng)價(jià)的時(shí)候應(yīng)該評(píng)價(jià)這道菜的口味怎么樣，而不是雞肉新鮮不新鮮，單個(gè)原材料是很難決定一道菜的品質(zhì)。

電池在整車?yán)锩婀ぷ?，?huì)牽涉到如電池管理系統(tǒng)（BMS）、負(fù)責(zé)電池系統(tǒng)的團(tuán)隊(duì)、整車開發(fā)之間的匹配和協(xié)調(diào)。

舉個(gè)栗子

特斯拉的電池在新能源車領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先水平，不僅單體容量小，而且成熟、穩(wěn)定、一致性高。

除了電池的優(yōu)異性，特斯拉的電池管理系統(tǒng)（BMS）也相當(dāng)不錯(cuò)。

據(jù)說(shuō)Model S的電池組由7000+節(jié)的電池組成，其BMS可以提供精確的電池健康狀態(tài)預(yù)估技術(shù)、診斷預(yù)警技術(shù)、電池平衡管理技術(shù)。

由于BMS的不同，即使其他純電動(dòng)汽車電池容量相同，在續(xù)航、電池壽命、充電時(shí)間等方面的表現(xiàn)也不如特斯拉。

 

二、電池的多維度性能平衡

如果你的電池系統(tǒng)已經(jīng)非常成熟，各個(gè)部門之間協(xié)調(diào)度高，這時(shí)候就需要從各大電池供應(yīng)商采購(gòu)符合整車要求的電池。

廠家一般會(huì)綜合的把各個(gè)參數(shù)繪制成蜘蛛圖，然后根據(jù)實(shí)際的情況來(lái)選擇：

大家玩NBA2K的時(shí)候，也會(huì)根據(jù)比賽的實(shí)際情況和球員的特點(diǎn)安排上場(chǎng)。

比如場(chǎng)上比分焦灼，球隊(duì)陷入了進(jìn)攻停滯，這時(shí)候需要一個(gè)投射能力強(qiáng)，可以帶動(dòng)全隊(duì)的球員，通過(guò)下圖可以分析，斯蒂芬·庫(kù)里在場(chǎng)均得分、助攻和搶斷方面則優(yōu)于小喬丹，所以，如果你是教練，這時(shí)候應(yīng)該換上庫(kù)里了。

那上一個(gè)僅僅是得分超強(qiáng)的球員呢，后果可能是防守端敗下陣來(lái)。

選電池和選球員時(shí)一個(gè)道理，沒(méi)必要為了其中的一個(gè)續(xù)航性能而增加電池?cái)?shù)量或者加大能量密度。 

因?yàn)橐皇侵圃斐鰜?lái)的車價(jià)格非常貴，老百姓買不起，二是在安全方面也很難把控。只要在特定的場(chǎng)景下選擇合適的電池即可。

 

對(duì)電池的參數(shù)，我們簡(jiǎn)單解釋下：

1、能量密度

電池的能量密度，指單位重量或者單位體積內(nèi)包含的能量。這個(gè)指標(biāo)是越大越好，畢竟?jié)饪s的都是精華嘛。當(dāng)然，這是理想狀態(tài)，實(shí)際上，能量密度會(huì)受制于各種因素。

比如隨著能量密度的提高，電池的安全性和安全冗余邊界將會(huì)受到限制，這時(shí)候?qū)τ谲囕v而言，需要做更多的工作。

能量密度還會(huì)直接和補(bǔ)貼掛鉤，2017年新能源汽車補(bǔ)貼政策明確指出：

純電動(dòng)乘用車動(dòng)力電池系統(tǒng)的質(zhì)量能量密度不低于90Wh/kg，對(duì)高于120Wh/kg的按1.1倍給予補(bǔ)貼。

 

2、充放電倍率

是指電池以多快的速度儲(chǔ)存電能，又以多快的速度釋放電能。

同樣的一桶水潑在頭上，輕輕地倒和猛烈地倒，爽的程度是不一樣的。

充放電倍率指標(biāo)在新能源車的日常使用中，也顯得尤為重要。

假如你開了一輛新能源汽車去約會(huì)，半路沒(méi)電了，充電倍率又特別低，2小時(shí)充電才能保證到達(dá)目的地，那姑娘早生氣離你而去了。

特斯拉Roadster 2，據(jù)說(shuō)在電機(jī)沒(méi)有大幅度性能提升的同時(shí)，用犧牲車內(nèi)空間的方式，塞入了200kwh的電池，打造出了一臺(tái)性能怪獸。當(dāng)時(shí)還有人質(zhì)疑，為什么會(huì)采用這么大的電池？

其實(shí)特斯拉不是為了續(xù)航，而是放電。2.1s破百，10000N·m扭矩，與高放電倍率是分不開的。

 

3、電池壽命

壽命，是動(dòng)力電池應(yīng)用在汽車上最為關(guān)鍵性指標(biāo)之一。對(duì)于普通家庭用車來(lái)說(shuō)，目前市面上動(dòng)力電池的壽命都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了消費(fèi)者實(shí)際的使用習(xí)慣，因此對(duì)于壽命問(wèn)題，消費(fèi)者可以完全放心。

 

4、高低溫性能

包括低溫性能和高溫性能，我們一般表征電池的工作溫度，而工作溫度與電池的功率輸出卻有直接關(guān)系。

比如我們要設(shè)計(jì)一輛電動(dòng)除雪車，這車面向俄羅斯，中國(guó)東北，日本北海道市場(chǎng)，那么選擇電池時(shí)就對(duì)低溫性能格外關(guān)注，而高溫性能可以適當(dāng)舍棄。

 

5、安全性

曾經(jīng)某品牌手機(jī)電池起火爆炸事件，將鋰離子電池的安全性問(wèn)題推到了風(fēng)口浪尖，這個(gè)問(wèn)題也是消費(fèi)者最直觀，最關(guān)心的。

動(dòng)力電池的安全性要從電池和系統(tǒng)兩個(gè)層次進(jìn)行分析。電池材料安全，并不代表造出來(lái)的車就是安全。

除了電池最基本的電化學(xué)體系以及電極、電芯結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)之外，還與電池管理系統(tǒng)、工作溫度范圍、新能源汽車的合理使用條件等有關(guān)。

 

三、磷酸鐵鋰電池VS三元鋰電池

下面針對(duì)樓主的提問(wèn)，結(jié)合以上兩個(gè)層次的分析，看下目前市面上使用率最高的兩款動(dòng)力電池——磷酸鐵鋰和三元鋰電池孰優(yōu)孰劣？

 

1、市場(chǎng)分析

●市場(chǎng)規(guī)模

 

通過(guò)起點(diǎn)研究院了解到，2017年，鋰電正極材料產(chǎn)量中，總產(chǎn)量8.6萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)58.38%，而磷酸鐵鋰2017年總產(chǎn)量5.8萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)基本持平，只有1.75%。

三元材料成為增長(zhǎng)最快，占比最多的正極材料。

●產(chǎn)能規(guī)劃

我們?cè)賮?lái)對(duì)比下2016年和2017年四家動(dòng)力電池廠商的產(chǎn)能規(guī)劃

從上圖可以看出，一直“鐘愛(ài)”磷酸鐵鋰電池的比亞迪，在2017年保持磷酸鐵鋰產(chǎn)能不變的情況下，加大了三元鋰電池的產(chǎn)能。

比亞迪在18年媒體答謝會(huì)上也表示，未來(lái)旗下的 e5、秦 EV、宋 EV 這三款純電動(dòng)車型均會(huì)換上全新的三元鋰電池組，這說(shuō)明比亞迪在乘用車領(lǐng)域已經(jīng)放棄了引以為傲的磷酸鐵鋰電池了。

 

2、性能分析

●能量密度

數(shù)據(jù)表明，磷酸鐵鋰電池的能量密度遠(yuǎn)不及三元鋰電池，但卻比三元鋰電池有更好的安全性。

經(jīng)過(guò)了解，目前磷酸鐵鋰單體電池的密度在110-120Wh/kg，行業(yè)巨頭比亞迪據(jù)說(shuō)能做到150Wh/kg。

三元鋰電池卻可以輕松破200 Wh/kg，比如特斯拉采用的松下18650三元鋰電池，能量密度就達(dá)到了233Wh/kg。

因?yàn)槟芰棵芏群蛧?guó)家新能源乘用車補(bǔ)貼直接掛鉤，多數(shù)使用磷酸鐵鋰電池的車企想拿到1.1倍補(bǔ)貼（2017年標(biāo)準(zhǔn)，能量密度需達(dá)到120Wh/kg）難度確實(shí)不小。

●充放電倍率

放電性能測(cè)試：

從上圖可以看出，相同體積電池，正極使用三元材料比使用磷酸鐵鋰材料放電容量高，這說(shuō)明，三元材料放電有較大優(yōu)勢(shì)。

充電性能測(cè)試：

當(dāng)充電≤10C（1C=7.5A）時(shí)，三元材料電池與磷酸鐵鋰材料電池恒流充電容量/總?cè)萘勘壤裏o(wú)明顯差距；

當(dāng)充電>10C（1C=7.5A）時(shí)，磷酸鐵鋰電池恒流充電容量/總?cè)萘勘壤^小，充電倍率越大，恒流充電容量/總?cè)萘勘壤c三元材料電池差距就越明顯。

由此可見(jiàn)，三元鋰電池在充放電倍率方面都要優(yōu)于磷酸鐵鋰電池。

 

●電池壽命

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明（下圖），三元材料電池循3900次剩余容量66%，磷酸鐵鋰電池循環(huán)5 000次剩余容量84%，由此可見(jiàn)，磷酸鐵鋰電池比三元鋰電池有更長(zhǎng)的循環(huán)使用壽命。

大家也不用擔(dān)心，如果一輛純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航為250km，你每天上下班里程40km，基本上4-5天充一次。循環(huán)充電1000次，可以用8-10年左右，這也到了大多數(shù)車報(bào)廢的時(shí)間了。

并且，如榮威ERX5，還承諾電池8年20萬(wàn)公里衰減不超過(guò)30%。目前，這項(xiàng)質(zhì)保在國(guó)內(nèi)還是唯一的。

●高低溫性能

我們看一組磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池在不同溫度下的對(duì)比：

相對(duì)25℃容量”是指不同溫度條件下放電容量與25℃時(shí)放電容量的比值。該數(shù)值能夠準(zhǔn)確反映出電池在不同溫度條件下續(xù)航的衰減，越接近100%，電池表現(xiàn)越好。

從上圖中能夠看出，以25℃為基準(zhǔn)常溫，兩類電池在高溫55℃與常溫25℃下，放電容量幾乎沒(méi)有差別。但在零下20℃時(shí)，三元鋰電池的表現(xiàn)就明顯優(yōu)于磷酸鐵鋰電池。

 

3、安全分析

要從兩方面說(shuō)下電池的安全性，一是電池材料，二是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

●電池材料。

三元鋰和磷酸鐵鋰材料在達(dá)到一定溫度都會(huì)發(fā)生分解，只不過(guò)三元鋰材料會(huì)在200度左右發(fā)生分解，磷酸鐵鋰材料則需要800度。當(dāng)發(fā)生分解時(shí)，三元鋰材料中的化學(xué)反應(yīng)會(huì)更加劇烈。由此可見(jiàn)，三元材料相比磷酸鐵鋰確實(shí)存在安全性較差的問(wèn)題，但我們?nèi)匀豢梢圆扇≡S多技術(shù)來(lái)提升三元材料的安全性。

其實(shí)電動(dòng)商用車的安全絕不是不使用三元材料動(dòng)力電池就可以提高的，如深圳電動(dòng)公交車充電時(shí)起火、杭州某公交著火事故用的都是磷酸鐵鋰電池。

這說(shuō)明單體材料安全性并不能代表動(dòng)力電池系統(tǒng)或整車的安全性。

廠家為了提高電池的安全性能，還通過(guò)包括海水浸泡，針刺火燒等嚴(yán)苛考驗(yàn)的硬件測(cè)試，軟件方面則以ASIL-D為設(shè)計(jì)目標(biāo)。其中的軟硬件所有內(nèi)容都通過(guò)UL2580標(biāo)準(zhǔn)。

●國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

俗話說(shuō)，無(wú)規(guī)矩不成方圓，即便電池及電池系統(tǒng)做的再好，也難免不出現(xiàn)安全隱患及事故。

2018年1月24日，工信部發(fā)布了《關(guān)于征求《電動(dòng)汽車安全要求》等3項(xiàng)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（征求意見(jiàn)稿）意見(jiàn)的通知》。這就相當(dāng)于把電池安全予以統(tǒng)一強(qiáng)制量化，設(shè)置一個(gè)最基本的安全底線。

 

小結(jié)

三元材料電池在能量密度、低溫性能、充放電倍率方面有優(yōu)勢(shì)

磷酸鐵鋰在安全性能、電池循環(huán)壽命方面要好于三元材料電池

 

在選用電池材料時(shí)，則需要根據(jù)不同用途進(jìn)行選擇：

●電動(dòng)大巴車：空間大，只在固定城市中行駛，可以不注重能量密度，而選擇循環(huán)壽命、安全性能較好的磷酸鐵鋰材料電池；

●電動(dòng)乘用車：因?yàn)樾旭偔h(huán)境復(fù)雜，車身空間有限，日常使用頻率高，所以可選擇能量密度大、低溫性能和充放電倍率好的三元材料電池。

 

隨著國(guó)家對(duì)新能源汽車補(bǔ)貼的規(guī)劃，越來(lái)越多新能源車的續(xù)航會(huì)有一個(gè)質(zhì)的提升。比如采用三元鋰電池的榮威光之翼會(huì)達(dá)到400+km的續(xù)航。

因?yàn)槟芰棵芏鹊偷谋举|(zhì)，磷酸鐵鋰在未來(lái)新能源車中被采用的比例會(huì)越來(lái)越小。如果只通過(guò)增加電池?cái)?shù)量來(lái)提高續(xù)航勢(shì)必會(huì)增加車身重量，百害而無(wú)一利。

四部委關(guān)于印發(fā)《促進(jìn)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案》的通知中也指出，到2020年，新型鋰離子動(dòng)力電池單體比能量超過(guò)300Wh/kg，使用環(huán)境達(dá)-30℃到55℃。

預(yù)計(jì)在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)，具有能量密度高、低溫性能優(yōu)異的三元鋰電池內(nèi)會(huì)成為乘用電動(dòng)車的主流，將在市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位，這個(gè)技術(shù)路線也已經(jīng)是業(yè)界共識(shí)了。