隨著科技的發(fā)展，電動(dòng)汽車現(xiàn)如今早已不是什么“新鮮事物”，逐漸成為了越來越多消費(fèi)者的首選。但由于驅(qū)動(dòng)形式的不同，電動(dòng)汽車的可靠性一直備受關(guān)注，其中最具有代表性的問題就要數(shù)“電動(dòng)汽車電池壽命”了！

針對(duì)這個(gè)問題，EVLAB邀請(qǐng)到了主要研究電池高壓系統(tǒng)并擁有五年BMS測(cè)試開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的木村先生來聊聊有關(guān)電動(dòng)車電池壽命的問題：影響電動(dòng)汽車電池壽命的因素何在？如何延長(zhǎng)電池壽命？

電池壽命是不可能延長(zhǎng)的！

 

理想的壽命就那么多，比如主機(jī)廠要求供應(yīng)商的5年15萬公里，或者18萬公里之類的，能夠?qū)?a href="http://www.pdszhhs.com">鋰電池維護(hù)理想的壽命就已經(jīng)挺困難了，延長(zhǎng)就更不太可能了。而筆者今天重點(diǎn)想掰扯一下鋰電池，汽車廠家常說的三元電池也屬于鋰電池一類。

 

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(duì)鋰電池而言,500-1200個(gè)循環(huán)是比較常見的， 電池的老化會(huì)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(huì)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(gè)cycle后，達(dá)到EOL所定義的80%的容量，可能需要另外1000個(gè)cycle才能達(dá)到60%。打個(gè)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(shí)間，包括電池使用和靜止時(shí)間。正極材料對(duì)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。下圖是不同正極材料的性能的的對(duì)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(zhǎng)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(duì)矛盾的關(guān)系。

溫度對(duì)日歷壽命的影響

 

時(shí)間和溫度兩個(gè)對(duì)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(huì)快，如果對(duì)電芯測(cè)試比較熟悉的化，你會(huì)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(duì)電芯日歷壽命的影響，電芯在溫度越高的地方存儲(chǔ)，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(duì)循環(huán)壽命的影響

 

通常在實(shí)驗(yàn)室里面電芯的循環(huán)測(cè)試，充電1.5C，放電2.5C，充電45分鐘，放電24鐘，中間靜止時(shí)間非常短，一個(gè)500次的循環(huán)有可能幾個(gè)星期就能完成，但是實(shí)際上，車輛在使用中，一個(gè)循環(huán)需要一天，甚至幾周，500次循環(huán)需要幾年的時(shí)間。實(shí)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(diǎn)，將充電和放電速度設(shè)置為c/100和c/200，一個(gè)循環(huán)下來需要200多個(gè)小時(shí)，電池的壽命還是下降很多，尤其再高溫的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候主要需要考慮日歷環(huán)壽命了。

 

電流對(duì)電池壽命的影響

 

充電放電的過程其實(shí)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(shí)，鋰離子移動(dòng)的速度就跟不上電流的速度，這時(shí)候就會(huì)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(cè)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(jí)快充次數(shù)，超過這個(gè)次數(shù)，BMS會(huì)限制電池包的充電電流或者功率。

 

放電深度（DOD）對(duì)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(shí)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(gè)時(shí)簡(jiǎn)單的計(jì)算，實(shí)際情況還有其他因素的影響，比如溫度。這個(gè)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(gè)維度解釋這個(gè)三個(gè)參數(shù)對(duì)電芯壽命的影響。其實(shí)從電芯級(jí)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(huì)用電動(dòng)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(gè)電芯串聯(lián)起來，在這個(gè)電池包中，每個(gè)電芯都是單獨(dú)的個(gè)體，而且還不100%完全一樣，這個(gè)非常重要。

熱管理系統(tǒng)對(duì)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(shí)，給電池包加熱；電池包溫差過大時(shí)，熱均衡。前面我們談到溫度對(duì)點(diǎn)芯壽命的影響，如果熱管理系統(tǒng)沒有做好，對(duì)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。

 

電池管理系統(tǒng)對(duì)壽命的影響

一般來講，只要電池起火，電池包出現(xiàn)問題，BMS肯定第一個(gè)背鍋。BMS對(duì)電池的壽命的影響都是基于前面的溫度，電流，DOD，熱管理的。BMS如果采樣精度不高，容易造成過充，過放，過溫，過流，這些對(duì)電池的壽命是不利的，甚至是致命的。如前面提到電池包是由電芯串并聯(lián)組成的，每個(gè)電芯由于先期制造過程差異，后期工作環(huán)境差異，長(zhǎng)時(shí)間的差異導(dǎo)致每個(gè)電芯的老化程度不一樣。如下面這張圖， 放電一段時(shí)間后，強(qiáng)壯的電芯還有不少電量，而體弱的那個(gè)電芯，已經(jīng)到截止電壓了，這個(gè)就是電池系統(tǒng)的木桶原理，電池包的性能是由最弱的那個(gè)電芯決定的，壽命也是由最弱的那個(gè)電芯決定的。

對(duì)BMS來講，最要的是分析出每個(gè)電芯的狀態(tài)，爭(zhēng)取讓個(gè)每個(gè)電芯健康度處于同一水平，可以通過控制熱管理系統(tǒng)，讓電芯的工作環(huán)境大致一樣，老化程度差異不要太大；精確計(jì)算每個(gè)電芯的SOC/SOH等參數(shù)，通過被動(dòng)或者主動(dòng)均衡，確保每個(gè)電芯能夠發(fā)揮最大性能。