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電量去哪兒了:從電池容量的角度談動力電池

發布時間: 2016-01-22 09:20:48    來源: 第一電動網
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[摘要]進入嚴冬,車主們普遍反映:續航下降、暖風影響續航,還發現怎么電池電量還有標稱電量這么一說?今天,小編就來帶你來聊聊一下電池電量那些事兒。

 

  據說再過兩天就是進入21世紀以來,最冷的冬天了。之前,小編從暖風熱源方面給大家分析過,冬天為何開暖風會大大影響續航里程,今天,小編就從電池容量專業的角度來跟大家聊聊的動力電池的那些事兒。

  對于電動車而言,電池是非常關鍵的部件。注意,以下所說的電池指的都是作為驅動源的動力電池,不是前艙的電瓶。因為,前艙的電瓶不存在這個問題,在行駛時它基本都處于被充電過程,而且續航里程也跟這個小家伙一點兒關系都沒有。電池的電量是與續航里程直接相關的指標,電量高,續航里程長,電量低,續航里程短。那么,什么是電量?電量等于容量乘以電池包總電壓。在最新的國家標準GB/T31486-2015《電動汽車用動力蓄電池電性能要求及試驗方法》文件中,有個【初始容量】的概念:

  新出廠的動力蓄電池,在室溫下,完全充電后,以1I1(A)電流放電至企業規定的放電終止條件時所放出的容量(Ah)。

  要求的測試環境規定為:溫度為25℃±2℃,相對濕度為15%~90%,大氣壓力為86kPa~106kPa。據度娘說拉薩冬天氣壓是65kPa,國標就不考慮拉薩人民冬天用電動車的感受了?

  測量儀器、儀表準確度要求:

  ---電壓測量裝置:不低于0.5級

  ---電流測量裝置:不低于0.5級

  ---溫度測量裝置:±0.5℃

  ---時間測量裝置:±0.1%

  1I1(A)是個什么鬼?舉個栗子,如果你的電池容量寫著50Ah,1I1(A)就是50A,2I1(A)就是100A,以此類推。

  以上的【初始容量】基本就是廠家公告中的標稱容量,這個數值乘以電池包的總電壓,就是標稱電量。

  說到電動車,有兩家公司一直是焦點,米國的特斯拉和我國的比亞迪,他們用的電池各不相同,特斯拉用的是松下公司的電池,據網上的信息,是所謂的三元材料,也就是說電池的正極里含有3種金屬材料;比亞迪用的自己生產的電池,他們內部叫鐵電池,材料是磷酸鐵鋰。這兩個材料有什么區別呢?小編給大家找了一些資料,讓大家來了解一下。

  當然,電池材料體系的選擇與消費者關系不大,廠家往往根據市場趨勢和自身條件做出他正確的選擇,下圖是兩種材料的電壓-容量曲線。

  這是磷酸鐵鋰和三元電池在放電過程的電壓變化情況,磷酸鐵鋰的電壓大部分時間內基本不變,雖然工作電壓范圍是2.0V~4.2V,但是電池的容量比率處于20%~90%時,電壓基本上維持在3.2V;三元材料電壓變化較大,工作電壓范圍2.5V~4.2V,電壓一直隨著電池容量比率的變化而變化。

  這里為什么要給出這張圖,因為后面說到的很多東西都圍著這張圖在變化,據電池工程師說,他們大部分時間的研究都以這張圖為基礎,怎么才能讓圖中的數據改變一下,改變了之后對動力電池的性能而言又說明了什么。對于消費者而言,這張圖的變化也就是電量的變化。

  汽車的安全問題是首要問題,燃油車的出事故的危害我們常常見到,電動車的安全如何保證?電器工程師們說,我們有很多監控、很多保護電路,很多級別的安全防護。電池工程師們說電器工程師不懂電池,我們電池也有很多的防護,都集成在電源管理系統里,也就是大家常常聽到的BMS。所謂電源管理系統,就是專門管理電池的各項指標的系統,電池怎么工作聽它指揮。

  下面在說一個概念,【安全冗余】:

  就是說在前面國標所說的【初始容量】的基礎上,保留一部分容量,這部分容量不能被使用。比如原來100,可能給你用的只有90甚至80。這部分保留容量是出于安全的目的,其次是為了保證電池的使用壽命。

  電池既不能充的太滿,需要給充電控制系統留出一些調整的空間而防止過充電。過充電可能有些人不理解,但是生活中由于過充電而造成危害的示例很多,比如:由于使用各種雜牌充電器給手機充電,導致電池爆炸。相信這樣的報道大家看過很多了吧?現在應該理解過充電的危害了。

  同樣電池也不能放的太空,考慮到車輛在沒電以后還可能長期存放。為保證電池不被過放電而影響安全和性能,必須在消費者認為的0%以下還保留少量的電量。

  另外,由于電池材料的特性,如果電池一直在使用電壓范圍內滿充滿放,相對于在充放電兩端都保留一些容量的做法,其使用壽命會顯著降低。月滿則虧,水滿則溢就是這個道理。

  所以,就算是特斯拉,在動力電池的上端,就是SOC達到100%之后,保留10%的充電空間不能充電;電池底部,就是SOC減少至0%的時候,仍然保留了10%電量無法釋放。國內車企在動力電池安全冗余的設置上也是相似的,以比亞迪為例,電芯材料為磷酸鐵鋰的動力電池,由于的安全性較高,使用壽命較長,所以在上端只保留了2~3%的冗余,底部保留比特斯拉要少,大約6~8%。

  所以這個電量冗余一下就去掉了10%~20%的電量,這個才是車主拿到車后真正可使用的電量,而不是公告里的標稱電量。

  在實際的用車過程中,還有很多影響因素影響電池電量的發揮。

  這還不算完,比亞迪迪車會里曾經見過一個口訣,是教車主們如何省電的,大概意思是要盡量用經濟模式,少急加速急減速。這個道理在燃油車似乎可以理解,你排量就這么大,非得一腳地板油,也改變不了發動機只能轉那么快的現實。雖然提速是快了一些,但是會提高油耗,說白了就是費油;而且,大量的燃油噴入燃燒室后,會有一部分油燃燒不充分,給霧霾做貢獻了。但是更專業的解釋是什么呢,,下面這張圖展示了電池的功率特性。

  這個是三元材料的不同電流倍率的放電圖,這個1C就是前面提到的1I1(A),5C就是5I1(A),倍率越大,相同容量比率下的電壓越低,在橫軸上也越短,也就是容量越低。圖里面最低的倍率1C和最高倍率25C之間,橫軸上的容量比率差了10%以上。急加速急減速,也就意味著電機要轉更快,需要電池給它更多的電,結果有幾個百分點的電就放不出來。

  不過,這部分電也沒有消失不見了,下次用比較平穩的方式開車,它依然還在。下面這張圖給出了大電流放電后,再接著用小電流放電的數據。

  所以看來,良好的開車習慣也是很重要的,能讓電池的電量盡量的放出來。

  除了大功率使用和小功率使用的區別之外,另外還有一大電池電量的殺手叫溫度。2014年有個論壇,叫“低溫環境純電動汽車發展與應用論壇”,其中有專家提到,低溫是電池殺手,并提到了低溫對電池性能的影響。

  表中展示了低溫下放電的電量變化情況,從常溫25度到-20度,放出的電量降低30%。低溫下充電也有類似現象。

  所以低溫下,電池能充進去的電量會降低,放出的電量也會降低。同時,廠家為確保低溫下安全充電,往往會降低充電電流,從而大大延長了充電時間。

  此外,電動車冬季空調供暖有電池提供能源,一般空調功率2kw~3kw,差不多半小時就消耗一度電。

  前面提到的電量冗余、不同駕駛習慣導致的電池功率輸出的大小、溫度的影響等,都在使用或者新車的狀態下圍繞電量在說事,那么用車1年后,3年后,又變為多少?這是消費者最為關心的問題,下面展示兩張圖。

  上面這張圖是美國電動汽車協會調研特斯拉Roadster的衰減數據。圖表名稱可以譯為:平均最高溫度與行駛里程對電池容量影響的關系;橫軸是行駛里程,單位:英里;縱軸是平均最高溫度,單位:℉(單位:華氏度,為了大家理解方便,小編換算了一下,縱軸表示的溫度范圍為15.6℃-34.7℃,這里的溫度應該是環境溫度);圖例中Capacity Lost的意思是電池容量的損失。顯而易見,此圖標呈現了兩個趨勢,一是行駛里程越長,衰減越大;二是溫度越高,衰減越大。行駛里程和溫度是兩個很重要的影響因素。

  第二張圖展示了電池或車輛正常存放時的衰減情況。圖表的橫軸為存放時間,單位:年;縱軸為電量保持率;圖例分別為開始存放時,電池內所剩電量的SOC參數值。正說明了即使車輛不運行正常存放時,電池的電量也會逐漸衰減。存放時要注意的是,電池不能在完全放空電時存放,避免可能的過放電。

  看到各種關于電量的數據、影響因素,相信各位都很想實際測一下自己愛車電池的電量。有些懂高壓電的車主,甚至已經自己動手實測過了。但是,由于小編之前做過試驗工作,對于數據的第一反應是要搞明白背后的測量系統是否可靠,是否測得準??吹絿鴺死锔鞣N測試環境的條件,家用電表的精度是達不到了,相差一個數量級呢。

  看來準確的電池電量數據還真不是那么容易得到的東西,不知何時有專業相關的企業能開發點便宜而靠譜的電表,電量多少,車主也就可以自己測試。

  綜上所述,公告里的標稱電量,只是說明電池剛剛出廠時的電量,但它真實發揮的電量,估計只有標稱電量的80%左右。而且,受駕駛習慣和環境溫度影響也很大,再加上衰減一部分,用于行駛的電量自然越來越低。良好的駕駛習慣和存放方法(比如:在長時間不開電動車的情況下,不要讓電池里存放太多的電量),都會對電池性能的發揮和使用壽命的延長有所幫助。動力電池說了這么多關于動力電池電量方面的事兒,希望能為大家在電池電量的理解和日常用車上提供一些幫助。

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