鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1434次 | 2021年04月26日
為何特斯拉電池循環(huán)壽命不好但能跑很遠(yuǎn)呢？
鋰離子電池的充放電過(guò)程，就是鋰離子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。從學(xué)術(shù)上來(lái)說(shuō)，鋰離子重要做兩個(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(guò)程中，鋰離子都要從原來(lái)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(guò)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。假如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」。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
其次，我們來(lái)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(guò)改變電極的材料比例來(lái)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離子電池循環(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，溫度也是相同。零度以下的低溫也會(huì)對(duì)電池的結(jié)構(gòu)帶來(lái)負(fù)面影響，甚至是永久損傷。
因此，充放電過(guò)程（深度/速度）、電池材料以及溫度這三個(gè)因素，都可以通過(guò)對(duì)電池結(jié)構(gòu)的影響，影響電池的循環(huán)壽命。
說(shuō)到這里，我們順便可以理解一下電池管理系統(tǒng)的用途。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)重要做兩件事，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(guò)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。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱(chēng)電壓：28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
有人說(shuō)，車(chē)輛上表顯數(shù)據(jù)顯示電池消耗為0了，但是車(chē)還能再跑一會(huì)兒，這也是防止電池放電深度過(guò)高的一種管理。
大電池在充放電過(guò)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(lái)認(rèn)識(shí)三個(gè)詞。一個(gè)是SoC（StateofCapacity），表示電池的當(dāng)前容量。一個(gè)是DoD（DepthofDischarge），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(guò)程中的重要影響因素。
SoC和DoD
首先來(lái)看深度。
電池放電的深度是跟整個(gè)電池的容量有關(guān)的。比如說(shuō)特斯拉的電池是90度電，其他電動(dòng)汽車(chē)45度電。同樣開(kāi)百公里5秒，特斯拉用了0.1%的電池容量，其他電動(dòng)汽車(chē)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(lái)源:StephenGrinwis
也就是說(shuō)，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，所要的時(shí)間就越短，循環(huán)壽命也會(huì)越短。在同一輛車(chē)上，迅速地啟動(dòng)，和緩慢地啟動(dòng)，對(duì)電池的消耗是不相同的，損傷也是不相同的。快速加速，相當(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(wèn)題是，這個(gè)損耗有多大。
假如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(chē)影響不會(huì)特別大。假如慢充的循環(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(méi)有太大意義了。這也是為何不建議用充Macbook的電源去充iPhone的原因。
而談到不同的車(chē)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(guò)程。從慢放的角度來(lái)說(shuō)，電池衰減得更慢。
假如在這個(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)汽車(chē)的25%增速是0.2%的25%，結(jié)果是不同的。
在駕駛過(guò)程中，同樣一次充放電過(guò)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(shuō)，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。這也是為何，盡管特斯拉循環(huán)壽命不高，但是用戶(hù)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(guò)程中，讓我感受最深的一點(diǎn)。
看上去特斯拉所采用的NCA電池有很多短板，然而特斯拉通過(guò)電芯數(shù)量的堆積克服了電池性能上的短板。我們以為做的是加法，但這卻不是你以為的那種簡(jiǎn)單的加法。
當(dāng)然，張華并不推崇盲目提高電池續(xù)航，犧牲電池其他性能的做法。畢竟，電池續(xù)航數(shù)字是最容易被評(píng)估的，而對(duì)電池的其他性能則要車(chē)主們付出大量時(shí)間才能體驗(yàn)到。
只是，在目前的充電環(huán)境下，在撬動(dòng)車(chē)主對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的興趣下，續(xù)航是一個(gè)無(wú)法避開(kāi)的問(wèn)題。除非，我們要探索其他的新能源，這個(gè)話題下次可以繼續(xù)聊。
最后，張華的建議是，電池的充放電深度通常在20%到80%之間比較好。
特斯拉的電池續(xù)航能力到底有多強(qiáng)？
42號(hào)車(chē)庫(kù)，特斯拉的粉絲一直堅(jiān)定地認(rèn)為，特斯拉的技術(shù)水平是遙遙領(lǐng)先的（不對(duì)，這個(gè)詞現(xiàn)在已經(jīng)不能隨便用了）。
傳統(tǒng)公司的工程師出來(lái)反駁，特斯拉并沒(méi)有你們以為的那么牛。粉絲不服，那你們的續(xù)航怎么沒(méi)有超過(guò)特斯拉？工程師不想解釋?zhuān)瑓s在私下嘀咕，我們的能量密度也很高，只是成本太高沒(méi)人用而已。
工程師覺(jué)得粉絲啥也不懂，粉絲覺(jué)得工程師都是老頑固。兩個(gè)群體就這么互相標(biāo)簽化，離多維度地還原事情的本質(zhì)這件事越來(lái)越遠(yuǎn)。兩邊的對(duì)立常常讓我困惑，為何不能好好交流呢。
越來(lái)越多的人問(wèn)我這個(gè)問(wèn)題，特斯拉的電池續(xù)航能力到底有多強(qiáng)。三言?xún)烧Z(yǔ)說(shuō)不清，不如嘗試著寫(xiě)一寫(xiě)吧。當(dāng)然，我并不是專(zhuān)業(yè)工程師，有不對(duì)的地方歡迎指正。
在試著探討這個(gè)問(wèn)題之前，我們先界定一下這個(gè)問(wèn)題的前提條件，梳理幾個(gè)基礎(chǔ)概念。
1、車(chē)輛續(xù)航除了跟電池有關(guān)以外，還跟不同工況下的運(yùn)行有關(guān)。由于后者的問(wèn)題比較復(fù)雜，今天重要來(lái)談電池。
2、電池最重要的性能參數(shù)是能量密度，能量密度有體積能量密度（Wh/L），也有質(zhì)量能量密度（Wh/kg）。我們?cè)陔姵厣细嗾務(wù)摰氖琴|(zhì)量能量密度（Wh/kg），它決定了單位重量的電池所儲(chǔ)存能量的大小。
3、電池的能量密度常常指向兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)，一個(gè)是電池系統(tǒng)的能量密度，一個(gè)是電芯的能量密度。
電芯（Cell）是一個(gè)電池系統(tǒng)的最小單元，也有人描述為單體電池。你理解為單節(jié)電池就行，比如說(shuō)，一節(jié)五號(hào)電池。M個(gè)電芯組成一個(gè)模組（Module），N個(gè)模組組成一個(gè)電池包（Pack），這就是車(chē)用動(dòng)力鋰電池的基本結(jié)構(gòu)。也有人直接把電池包叫做電池組。
NissanLeaf使用的是軟包電池，從上到下依次為電芯，電池模組和電池包。
其實(shí)就是一個(gè)很簡(jiǎn)單的公式，電池包=N模組=N（M電芯）。
4、由于電池包關(guān)系到電池最終的形狀和車(chē)輛布置，大部分廠家會(huì)選擇采購(gòu)電芯，自己來(lái)做電池系統(tǒng)。電池系統(tǒng)的能量密度和電芯選型有關(guān)，比如圓柱電池因?yàn)閱蝹€(gè)電芯容量小，電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在單個(gè)電芯能量密度占優(yōu)勢(shì)的前提下，電池系統(tǒng)的能量密度相對(duì)會(huì)低一些。（結(jié)論參考來(lái)自麥肯錫的報(bào)告）
電動(dòng)汽車(chē)制造商的電池供應(yīng)鏈策略，原圖來(lái)自麥肯錫，42號(hào)車(chē)庫(kù)翻譯。
5、從結(jié)構(gòu)上劃分，電芯重要有三種類(lèi)型，方殼電池（Prismatic），軟包電池（Pouch）和圓柱電池（Cylindrical）。
從左到右分別為圓柱電池、方殼電池和軟包電池。
從原材料劃分，電芯有磷酸鐵鋰、鎳鈷錳（NCM）和鎳鈷鋁（NCA）等不同類(lèi)型，這里的材料重要指的是正極材料。在原材料的影響中，正極材料對(duì)電芯的能量密度影響較大。
負(fù)極材料普遍以石墨為主，目前主流研究方向在探索硅碳負(fù)極的商業(yè)化。電芯的結(jié)構(gòu)和原材料組成的不同，對(duì)電芯的能量密度均有影響。
以上這些內(nèi)容，我再把要點(diǎn)總結(jié)一下。
在我們討論電池對(duì)車(chē)輛續(xù)航里程的影響時(shí)，重要討論的是電池系統(tǒng)的能量密度和總體重量的結(jié)構(gòu)布置。而電池系統(tǒng)的能量密度重要由電芯正負(fù)極材料和結(jié)構(gòu)選型決定。
建立了框架上的基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)之后，我們現(xiàn)在可以針對(duì)具體的車(chē)型來(lái)談細(xì)節(jié)了。
我們由大到小來(lái)看。首先，是電池包的整體結(jié)構(gòu)。
在麥肯錫的報(bào)告中，提出一個(gè)很重要的結(jié)論，那就是不同車(chē)輛結(jié)構(gòu)上布置的電池系統(tǒng)樣式，對(duì)電池系統(tǒng)的能量密度大小有重要影響。
關(guān)于這一點(diǎn)，我們直接看圖感受。
先來(lái)看一看在第二次電動(dòng)汽車(chē)?yán)顺崩铮a(chǎn)了第一款量產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)EV1的老牌廠商通用。
從左到右分別為第一代Volt，第二代Volt，SparkEV和最新款的雪佛蘭Bolt的電池系統(tǒng)。其中，Volt為插電混動(dòng)車(chē)型，SparkEV和Bolt是純電動(dòng)汽車(chē)型，SparkEV是自EV1停產(chǎn)之后通用推出的第一款量產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)型。
