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浅谈动力电池续航:电动汽车的“拦路虎”

导读: 大到纯电动汽车,小到电脑、手机等电子产品,电池的续航能力始终受到消费者的高度关注,就连最近三星note7爆炸事件,也被一些专家归咎为开发商过多追求续航能力而忽略了电池的安全隐患。

  大到纯电动汽车,小到电脑、手机等电子产品,电池的续航能力始终受到消费者的高度关注,就连最近三星note7爆炸事件,也被一些专家归咎为开发商过多追求续航能力而忽略了电池的安全隐患。受电池困扰的企业不止三星一家,最近微软Surface Pro3的电池也出现了问题,部分用户反映,内部搭载LGC电池的Surface Pro3在升级之后续航时间严重缩水。

  锂离子电池容量为什么会衰减?

  锂离子电池是继镉镍电池、氢镍电池之后发展最快的二次电池。锂离子电池的应用很大程度取决于其充放电循环的稳定性,和其它二次电池一样,锂离子电池在循环过程中容量衰减是不可避免的。

  锂离子电池在两个电极间发生嵌入反应时具有不同的嵌入能量,而为了得到电池的最佳性能,两个宿主电极的容量比应该保持一个平衡值。如果容量比过大或者过小,就会导致负极材料被过充电而存在安全隐患,或者负极不能被完全利用。

  对于理想的锂离子电池系统,在其循环周期内容量平衡不发生改变,每次循环中的初始容量为一定值,然而实际上情况却复杂得多。任何能够产生或消耗锂离子或电子的副反应都可能导致电池容量平衡的改变,一旦电池的容量平衡状态发生改变,这种改变就是不可逆的,并且可以通过多次循环进行累积,对电池性能产生严重影响。

  在锂离子电池中,除了锂离子脱嵌时发生的氧化还原反应外,还存在着大量的副反应,如正负极过充反应、电解液分解、自放电、活性物质溶解、金属锂沉积等,这些都会造成电池内容量平衡被破坏,导致锂电池发生永久性容量损失。此外,极温环境等外在因素也会造成锂电池容量暂时下降。

  动力电池衰减严重影响续航能力

  近两年来,我国大力推广新能源汽车产业发展,然而在新兴产业发展的初级阶段,总会暴露一些问题,动力电池衰减问题也正在成为阻碍新能源汽车发展的瓶颈。

  低温是电池杀手。在冬季严寒天气下,纯电动汽车的锂电池由于活性降低、需要长时间为空调供电等原因,续航里程出现一定程度缩减是正常的。尤其是空调的使用更是极大缩短了电动汽车的续航里程,这是因为汽油车是依靠发动机散热来提供暖风,不会增加油耗,而电动汽车由于没有发动机散热一说,需要消耗更多的电量来制热。这也是消费者抱怨电动汽车续航里程普遍虚高的原因之一,即便是特斯拉的用户也不能幸免。在特斯拉的全球第二大市场挪威,有不少关于ModelS用户抱怨气温降至0度以下时汽车续航里程骤降以及充电困难的案例。特斯拉公司也承认,当气温低于0度时,ModelS会遭遇充电难问题。

  单体电池差异和BMS系统水平低导致电池衰减。动力电池组是由大量单体电芯组合而成,根据电池厂家制造水平的不同,电池组中单体电池之间的差异性的大小也不尽相同。锂电池经过多次反复充、放电循环之后,各串电池电量之间的差异会越来越大。

  由于BMS电池管理系统的过充和过放保护,充电时电量最高的那串电池充满即停止充电,其他各串则无法充满;放电时电量最低的那串电池放完即停止放电,其他各串无法放完电;锂电池包的“虚电”(无法使用的电量)逐步增多,锂电池包实际有效电量大大下降,电动汽车续航里程持续下降。如果不能及时进行均衡,电量低的电池串放电深度越深,寿命就越容易缩短,甚至出现个别电池损坏的情况。但不少厂家对BMS均衡功能的重要性认识不足,并且基于成本上的考虑,当前很多电动汽车锂电池包BMS都没有配置均衡功能,或者只是配置了简单的被动均衡功能,导致电池包各串电池之间出现差异后无法及时修复。

  车主使用过程中操作不当引起续航里程衰减。上文提到,过充和过放都会导致电池容量减损,车主充电时间过长,或者驾驶时不考虑电池余量直到爱车趴窝,这些都会影响动力电池的续航里程和使用寿命。此外,由于锂电池长久不用会出现自放电现象,这也会对动力电池造成损害。因此,当电动汽车一段时间内不使用时,需要每隔一段时间启动一次汽车,给电池充下电。

  动力电池质保条款正逐步完善

  目前,国内绝大多数在售的新能源车产品,在电池质保条件上,却有很多模糊地带和问题。这些问题,随着国产新能源车产品保有量和保有时间的增加,也逐渐浮出水面。虽然国产新能源汽车对整车和关键零部件都提出了质保的时间和里程条款,但是没有说明电池质保的条件,导致消费者购买新能源汽车后,发现电池衰减问题,与经销商发生了很多纠纷。

  近期,北京新能源汽车产业协会发布了《北京市示范应用新能源小客车售后服务规范(征求意见稿)》。《规范》中提出新能源小客车动力电池及管理系统、驱动电机及其控制器、整车控制器等关键零部件保修期不低于8年或12万公里,以先到者为准;新能源小客车自销售者开具购车发票之日起60日内或者行驶里程在3000公里之内(以先到者为准),动力电池、驱动电机的主要零件出现产品质量问题的,消费者可以选择免费更换动力电池、驱动电机。

  电池中国网认为,我国新能源汽车在发展之初,出现一些问题在所难免。随着动力电池厂家及整车企业技术水平的提高,这些问题将会逐步得到缓解或解决。目前我国动力电池相关质保条款还在构建中,整个体系有待完善,必要时可以借鉴日德等国家的相关条例。

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