電動車科技為什么面對電池壽命還是束手無策?
來源:寶鄂實業(yè)
2019-05-20 15:43
點擊量:次
循環(huán)壽命一般以次數(shù)為單位,表征電池可以循環(huán)充放電的次數(shù)。對鋰電池而言,500-1200個循環(huán)是比較常見的, 電池的老化會導(dǎo)致電芯的容量減少,就算電芯達(dá)到了所定義的壽命EOL,電芯也不會突然罷工不工作,電芯老化的速度通常是差不多的,當(dāng)電芯1000個cycle后,達(dá)到EOL所定義的80%的容量,可能需要另外1000個cycle才能達(dá)到60%。打個比方,新車能行駛400公里,電芯EOL階段還是能繼續(xù)行駛,320公里的。日歷壽命是指從生產(chǎn)出來后到電池不能再繼續(xù)使用的時間,包括電池使用和靜止時間。正極材料對電池壽命的影響不同的化學(xué)體系的鋰電池有不同的壽命。是不同正極材料的性能的的對比(表格中的數(shù)據(jù)都偏保守)。從圖中可以看到磷酸鐵鋰(LFP)的壽命是最長的,NCM次之,但是磷酸鐵鋰的能量密度低于NCM,但是安全性強(qiáng)于NCM,能量密度和安全性就目前的技術(shù)能力來講,一對矛盾的關(guān)系。
溫度對日歷壽命的影響
時間和溫度兩個對電池日歷壽命影響最大的因素,一定程度上溫度越高,電池的內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)會快,如果對電芯測試比較熟悉的化,你會發(fā)現(xiàn),電芯的溫度從0°上升到45°左右的過程中,電池的性能也在提升。我們也知道,電池在化學(xué)變化中,有可逆部分和不可逆部分,溫度越高,不可逆部分也越快。根據(jù)Arrhenius Law,溫度上升10°,電池化學(xué)反應(yīng)速度基本翻一倍,電芯的化學(xué)活性也衰減更快。下面這張圖展示了溫度對電芯日歷壽命的影響,電芯在溫度越高的地方存儲,內(nèi)阻增加越快,內(nèi)阻增大的外在表現(xiàn)就是,電池輸出的功率減小,性能降低。
溫度對循環(huán)壽命的影響
通常在實驗室里面電芯的循環(huán)測試,充電1.5C,放電2.5C,充電45分鐘,放電24鐘,中間靜止時間非常短,一個500次的循環(huán)有可能幾個星期就能完成,但是實際上,車輛在使用中,一個循環(huán)需要一天,甚至幾周,500次循環(huán)需要幾年的時間。實際使用中,還需要考慮日歷壽命的影響,如果上面提到的在不同的溫度下面,電芯的日歷壽命是不一樣的??梢栽贅O端一點,將充電和放電速度設(shè)置為c/100和c/200,一個循環(huán)下來需要200多個小時,電池的壽命還是下降很多,尤其再高溫的時候,這個時候主要需要考慮日歷環(huán)壽命了。
電流對電池壽命的影響
充電放電的過程其實就是鋰離子從正極到負(fù)極,負(fù)極到正極的過程,當(dāng)電流過大時,鋰離子移動的速度就跟不上電流的速度,這時候就會有一些不可逆的化學(xué)和物理反應(yīng),造成電池的容量不可恢復(fù)性的減少。這也是為什么有些OEM在用戶手冊中強(qiáng)調(diào),快充次數(shù)不能超過多少回,否則不保證電池壽命。BMS是能夠記錄快充的次數(shù)的,Tesla為了保證電池包的使用壽命在BMS中設(shè)置了超級快充次數(shù),超過這個次數(shù),BMS會限制電池包的充電電流或者功率。
放電深度(DOD)對電池壽命的影響
電池的壽命取決了正負(fù)極活性物質(zhì)所能承受總共的轉(zhuǎn)換能量,能夠轉(zhuǎn)換的總能量時固定,如果以100%DOD循環(huán)500次,那么以50%的DOD就能循環(huán)1000次,這個時簡單的計算,實際情況還有其他因素的影響,比如溫度。這個就很容易解釋EV電池包的壽命要比PHEV/HEV的電池包壽命要短很多的原因,EV的SOC窗口在10-90%左右,PHEV SOC窗口在40%-80%,HEV SOC窗口就更窄了,50%上下,EV的DOD要大于PHEV和HEV。
上面是從溫度、電流、DOD三個維度解釋這個三個參數(shù)對電芯壽命的影響。其實從電芯級別的數(shù)據(jù)看,EV電池正常使用,五年左右的壽命應(yīng)該是可以保證的。為何經(jīng)常會用電動車主,抱怨電池不經(jīng)用,用了不到兩年,續(xù)航就尿崩了。跟大家掃盲下電池包的組成。電池包(大家眼里的電池),是由模組組成的,而模組是由電芯組成的。我們假設(shè)現(xiàn)在電池包有96個電芯串聯(lián)起來,在這個電池包中,每個電芯都是單獨的個體,而且還不100%完全一樣,這個非常重要。
熱管理系統(tǒng)對電池壽命的影響
熱管理部分,熱管理系統(tǒng)應(yīng)該和BMS一起討論,BMS采集數(shù)據(jù),輸出命令,熱管理系統(tǒng)執(zhí)行命令。目前熱管理系統(tǒng)主要的作用是電池包溫度過高的話,給電池包降溫;電池包溫度過低時,給電池包加熱;電池包溫差過大時,熱均衡。前面我們談到溫度對點芯壽命的影響,如果熱管理系統(tǒng)沒有做好,對電池的壽命是非常不利的,甚至引起熱失控。好的熱管理系統(tǒng),散熱性好,保溫性好,電池包里面溫度均衡,溫差小。如果電池包溫差過大,電池包里面電芯老化速度不一樣,壽命也不樣。












