那些事
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電池衰減是什么意思?如何計算電池壽命?
電池衰減包括循環(huán)壽命衰減和日歷壽命衰減。
在USABC動力電池測試手冊內,循環(huán)壽命定義為在一定的充放電制度下,電池容量衰減到指定壽命終止階段前電池能進行完整的充電與放電循環(huán)次數(shù)。
需要注意的是:
一個完整的充放電循環(huán)是指電池從0%充電到100%,再從100%放電到0%的過程,而不是指充電一次就算循環(huán)一次。
同樣在手冊內,日歷壽命指的是電池達到指定壽命終止階段前能夠使用的時間年限。日歷壽命不僅考慮電芯在充放電狀態(tài)下的循環(huán)衰減,還要計算在靜態(tài)條件下由于自放電等因素造成的存儲衰減。
現(xiàn)在的新能源乘用車動力電池以三元鋰電池為主,按照國標對于標準循環(huán)壽命的要求,在一定的充放電制度下,循環(huán)次數(shù)達到1000次時,容量衰減不低于初始容量的80%。
(數(shù)據(jù)來源:國標GB-T 31484-2015《電動汽車用動力蓄電池循環(huán)壽命要求及試驗方法》)
如果一輛純電動汽車在NEDC工況下的續(xù)航里程為300km,假設電池循環(huán)1000圈衰減到80%,行駛里程數(shù)可以按照300×90%×1000=270000,27萬公里估算。
當然,以上估算值未考慮電芯的日歷壽命、百公里電耗(駕駛工況)、回饋電量、環(huán)境溫度對壽命衰減和行車里程數(shù)的影響,實際所得結果可能會有所不同。
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電池的衰減速度是怎樣的?
一般而言,動力電池的衰減速率不是線性衰減的,不能按照某一年的衰減量乘以年數(shù)來預判衰減情況。
在初始階段,電芯衰減相對比較明顯,因為電芯內部活性材料和電解液之間的固體電解質界面膜還未完全達到穩(wěn)定和平衡狀態(tài)。在電芯老化過程中,界面趨于穩(wěn)態(tài),這層鈍化膜對活性物質起到的保護作用越來越強,衰減速率也會越來越慢。
因此,如果車主在用車前期發(fā)現(xiàn)電芯衰減速度較快不必感到驚慌,這是電芯老化過程中的正常表現(xiàn)。除此之外,電芯的衰減速度與整車工況、環(huán)境溫度、充電方式等息息相關,兩輛相同型號車輛的電池壽命表現(xiàn)很可能并不相同。
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動力電池的衰減會像手機電池這么快嗎?
其實手機電池和新能源汽車動力電池的壽命表現(xiàn)不能直接對比,雖都兩者使用的都是鋰離子電池,但手機電池屬于3C消費類電池范疇,設計之初考慮更多的因素是電池的容量、尺寸、能量密度、快充性能等,對于壽命而言往往只有800-1000個循環(huán),如果用戶平均每天充一次電,2年后容量衰減就比較可觀了。
手機電池
動力電池
對于動力電池,需要考慮其在整車全生命周期內8年以上的正常使用,壽命終止前的循環(huán)次數(shù)要做到2000次以上,更要考慮整車惡劣工況和環(huán)境溫度等因素對電池的衰減影響。因此,動力電池電芯必須使用更為可靠穩(wěn)定的配方體系,加上生產過程中的嚴格工藝管控手段來實現(xiàn)電芯的長壽命目標。
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怎樣的動力電池才耐用?
影響電池壽命的因素有很多,比如電芯的SOC窗口、過充過放、溫度控制以及一致性問題都會對壽命產生影響。為了讓電池更舒適的工作,更耐用,上汽的工程師做了很多針對性的工作。
01
精確SOC估算和SOC窗口
荷電狀態(tài)(SOC)指的是當前電池中按照規(guī)定放電條件可以釋放容量占可用容量的百分比。
能精確的估算電池電量SOC是前提,只有這樣才能準確的對電池電量進行管理。
SOC窗口,也稱放電深度,指的是通過電池管理系統(tǒng)控制電芯在設定的SOC上限和下限區(qū)間內進行充放電。
電芯在合理SOC區(qū)間內工作可以減緩邊緣極化現(xiàn)象對電芯壽命的影響,也就是我們常說的淺充淺放。當儀表顯示電量在0%時,電池包內還有一定余電,并沒有完全放空,這是為電芯壽命考慮設計的。
02
過充過放過溫 → 電池管理系統(tǒng)BMS
過充過放:
超過電壓限值的過充和過放會對電芯造成不可逆的傷害,輕則影響壽命重則影響安全。有了BMS的存在,可以有針對性的設置電芯充放電截止電壓,避免過充過放現(xiàn)象的發(fā)生。
過溫:
此外,電芯在充放電過程中由于內阻產熱溫度會逐漸升高,特別是在功率較大的情況下溫升比較明顯。
BMS可以靈活的控制充放電功率,通過動態(tài)緩沖技術,以系統(tǒng)最優(yōu)為目標計算電池的充、放電能力,既能防止電池過熱,延長電池壽命,又能有效利用電池功率,為整車提供良好的性能。
03
溫度控制→電池包熱管理和結構設計
在電芯溫度控制上通過電池包熱管理和結構設計優(yōu)化可以為電芯提供良好的散熱路徑,平衡電芯的產熱和散熱量,控制電池包內部電芯之間的溫度均一性,并保證使用溫度在合理范圍區(qū)間,延長電芯使用壽命。
榮威eRX5電池包的熱管理系統(tǒng)
04
電芯一致性差 →
嚴格篩選+電芯均衡管理技術
根據(jù)木桶效應,如果一塊電芯衰減嚴重,會影響整個電池包的壽命。對此我們主要從三個方面來解決。
首先,從源頭上改善,上汽在采購電芯時會進行嚴格篩選。寧德時代、A123等優(yōu)質企業(yè)提供的電芯必須要通過上汽在開發(fā)過程中要求的百余項性能、安全和壽命測試后才能量產供貨。即使在量產后,上汽也會定期對電芯供應商進行廠檢,確保電芯生產過程中的工藝管控質量。
上汽電池系統(tǒng)開發(fā)流程
其他整車廠電池系統(tǒng)開發(fā)流程
其次,除了電芯生產環(huán)節(jié)的下線檢測控制外,上汽還會對來料電芯進行二次篩選。通過電壓/溫度采樣、動態(tài)脈沖電流測試等方法確保電芯在內阻、壓差、自放電、絕緣性等方面達到規(guī)定要求,進一步提高電芯的一致性和可靠性。
第三,上汽自主研發(fā)的電池管理系統(tǒng),可以通過在線、離線和充電三種均衡方式對電芯壓差進行嚴格控制。當BMS檢測到電池包內電芯壓差超過一定閥值后會通過均衡的方式減小壓差,提高電芯的一致性。
5
如果電池衰減真的超過30%該怎么辦?
上汽已率先做出衰減承諾
PHEV:8年或12萬公里電池衰減不超過30%
EV:8年或20萬公里電池衰減不超過30%
如果電池在質保期內超過衰減承諾值,可以申請到廠家免費更換電池。
6
怎么才能科學的使用和保養(yǎng)電池呢?
建議減少快充次數(shù)并定期進行慢充。
長期以大功率電流充電會加速電芯內部活性材料失活和老化,對電池容量衰減產生一定影響。
如果采用慢充方式,當SOC達到80%以上時會進行末端的涓流和均衡充電,在高SOC區(qū)間逐步減小充電電流,不僅可以降低極化現(xiàn)象對電芯的虛壓抬升,還能盡可能的多充一些電量,有效減少電池包內部電芯壓差,延長電池包壽命。
當充電過程完全結束后,電池會自動斷開高壓,不用擔心過充情況發(fā)生。
02
如果電池需要長時間擱置,請保持電池電量適中。
很多“完美主義者”喜歡把電池充滿再放在那里。其實,電池在高SOC狀態(tài)下的日歷衰減較快,而在極低SOC狀態(tài)下長時間擱置可能會發(fā)生過放導致饋電。所以說,動力電池在電量過高和過低情況下長期存放都不利于電池壽命。特別是計劃幾個星期不使用車輛的情況下,維持電量適中尤為重要。
03
避免將車輛長時間停放在溫度環(huán)境較高和陽光直射的地方,高溫會縮短電池壽命。
04
對于3到4個小時就能充滿電的PHEV用戶,建議使用預約充電功能在夜里充電,不僅節(jié)約了電費還可以避免電池長期在高SOC狀態(tài)下存儲。
05
冬天盡量選擇在室內或地下停車場充電,不僅可以縮短充電時間還能延長電池壽命。