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深入解读比亚迪秦电池技术

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-01-25  来源: 网络
核心提示:要想完全颠覆这一原理,除非电池技术有革命性的颠覆,不用在同一个电化学体系里考虑问题。
    自2015年以来,中国新能源汽车市场进入爆发期。根据中汽协的统计,2015年中国新能源汽车生产340471辆,销售331092辆,同比分别增长3.3倍和3.4倍。作为中国新能源汽车的排头兵,也是唯一能与在国际上风光无限的特斯拉相媲美的企业,比亚迪的新能源汽车也大受追捧。
 
    据乘联会数据显示,2015年全年,比亚迪新能源汽车累计销量近6.2万台,同比增长234.7%。其中,比亚迪秦卖出近3.2万台,同比增长116.3%,自上市以来累计销量近4.7万台。这些销售数据表明,比亚迪秦几乎支撑了公司新能源车的“半壁江山”,同时也成为当前中国新能源乘用车中最受消费者欢迎的车型。
 
    从消费者的反馈来看,秦的热销主要得益于行业标杆式的优异性能表现:百公里加速5.9秒,百公里油耗仅1.6L,纯电状态下续驶里程70公里。而支撑秦实现性能的核心零部件之一--磷酸铁锂电池功不可没。
 
    秦所采用的磷酸铁锂电池属比亚迪自产,过硬品质为锂电业界所熟知。事实上,作为全球最先实现磷酸铁锂电池产业化、最早将相关车型投放市场的车企,比亚迪磷酸铁锂电池技术及制造工艺均属世界领先水平,并深刻影响着中国动力电池路线选择及发展进程。
 
    比亚迪在磷酸铁锂电池上的深刻造诣,得益于领导人王传福建立起的强大研发体系,同时打造了从材料、电池制造、PACK、电池管理系统到整车的完善产业链,故而在每一个环节都能精益求精、提升电池品质。
 
    举个例子,动力电池性能表现取决于材料的选择及制造工艺如何。比亚迪拥有电池关键材料核心技术,而动力电池生产线设备也大多从国外进口(在行业里并不多见),一台设备少则几百万元,多则上千万元,而高端设备能够更好地保证动力电池一致性、安全性。在新能源汽车市场行情持续火爆、动力电池大规模量产的当下,比亚迪还率先实现生产线的自动化、智能化。
 
    毋庸置疑,当前新能源汽车市场正在快速发展中。但需注意的是,新能源汽车发展历程尚短,仍属于新生事物,终端消费者难免对其有诸多不解,甚至因不解而走进认识误区。
 
    客观来看,无论电池品质高低,电池电量都会受到三大因素的影响:
 
    1、不同驾驶习惯影响电池耗电量。车主开车应尽量用经济模式,少急加速急减速,让电池电量尽可能地释放;
 
    2、温度影响电池性能及容量。不同材料的电池,面对气温过低或过高的工况时,性能及电量都会受到影响。需提醒的是,温度越低,可发挥的电量越低,充电时间也越长。同时空调耗电也会影响电池电量;
 
    3、电池电量正常衰减。行驶里程越长,电池电量衰减越大。车辆长期存放电池电量也会有所减少。
 
    经过消耗及正常衰减后,电池电量不如标称电量是可以理解的。若刨去上述影响因素,消费者仍自测电量有问题,则很可能走进了这些误区,事实上:
 
    1、初始电量并不等于充电电量,鉴于电池安全角度考虑,电池的初始电量中,生产厂家会保留一部分电量不被使用。如果消费者看到充电电量不如初始电量,就说电池初始电量虚标,这对电池生产厂家不公平;
 
    2、电表充电量也并不等于充电电量,国内普遍使用的监测设备精度不够,电池实际电量与电表显示数据存在差异。若消费者在不合适的条件下采用精度不够的设备监测电池电量,数据自然会同电池实际电量存在差异。
 
    为帮助消费者更好地理解电池电量(尤其是磷酸铁锂电池电量)及在实际应用过程中可能发生的变化,下文将从技术角度具体分析:
 
    1、基于安全和性能考虑,电池初始电量与实际电量有差别
 
    根据GB/T31486-2015电池新国标定义,新出厂的动力蓄电池有“初始容量”,即在室温下,完全充电后,以1I1(A)电流放电至企业规定的放电终止条件时所放出的容量(Ah)。如果电池容量写着50Ah,1I1(A)就是50A,2I1(A)就是100A,以此类推。
 
    初始容量乘以电池包总电压,即标称电量。
 
    测试电池电量有严格要求,测试环境应为:温度为25℃±2℃,相对湿度为15%~90%,大气压力为86-106kPa。而相关测量仪器、仪表准确度要求有:电压测量装置,不低于0.5级;电流测量装置,不低于0.5级;温度测量装置,±0.5℃;时间测量装置,±0.1%。
 
    为保证电池安全,会在标称电量基础上出现电量冗余。这意味着电池会保留一部分电量,这部分电量不能被使用,比如原来是100,可能给你用的只有90甚至80。
 
    这部分保留容量是出于安全的目的,电池既不能充的太满,否则可能会充电控制系统出点故障而导致过充电,可能导致安全问题,同时也不能放的太空,考虑到车辆在没电以后还可能长期存放。为保证电池不被过放电而影响安全和性能,必须在消费者认为的0%以下还保留少量的电量。
 
    另外,由于电池材料的特性,如果电池一直在使用电压范围内满充满放,相对于在充放电两端都保留一些电量的做法,其使用寿命会显着降低。“月满则亏,水满则溢”就是这个道理。
 
    据悉,特斯拉在上端保留10%,底部也保留了10%,它显示的100%,实际上只有电池真实电量的80%。比亚迪磷酸铁锂电池的安全性较高,所以在上端只保留了2-3%的冗余,底部保留比特斯拉要少,大约6-8%。
 
    所以,新能源汽车“电量冗余”一下会去掉了10%-20%的电量,所以这个才是车主拿到车后真正可使用的电量,而不是公告里的标称电量。
 
    2、综合考量下,磷酸铁锂电池为主流动力电池选择
 
    电池电量是与续航里程直接相关的指标,电量高,续航里程长;电量低,续航里程短。以下以特斯拉的三元电池和比亚迪磷酸铁锂电池为例进行讲解。
 
    特斯拉采用的是松下的三元电池,而当前以比亚迪秦为首的国内新能源汽车动力电池的主流选择是磷酸铁锂电池,两者电池本质特征的确有差别。
 
    磷酸铁锂工作电压范围4.2 V-2.0V,三元材料工作电压范围4.2V-2.5V。图1是磷酸铁锂和三元两种材料的电压-容量曲线,磷酸铁锂的电压大部分时间内基本不变,三元材料电压变化较大。
 
    三元材料活性程度比磷酸铁锂材料要高,三元电池能量密度(能量密度与电量概念有差别,能量密度是提高电量的关键因素)也比磷酸铁锂电池要高,但同时更容易引发热失控,即安全性相对差些。
    图1 磷酸铁锂和三元两种材料的电压-容量曲线
 
    也许有消费者要问,动力电池同时兼顾能量密度及安全性不行吗?技术人员只能遗憾地回答:衡量电池性能最重要的五个指标是能量密度、倍率性能、寿命、安全性、价格,这五个指标处在一个相对稳定的雷达图里,难以兼得。要想提高电池其中的某些指标,就得牺牲其他指标。
 
    要想完全颠覆这一原理,除非电池技术有革命性的颠覆,不用在同一个电化学体系里考虑问题。但锂电池大规模产业化至今已有20余年,是经过实践检验的较为成熟的电池类型,是难以轻易被超越的。虽然很多媒体时不时地曝出前沿的电池技术,但那些技术基本都是实验室里的技术,难以实现产业化。
 
    言归正传,相较于磷酸铁锂与三元电池的性能表现,两者有着各自的优缺点。而磷酸铁锂电池之所以仍然占据中国动力电池市场的主导地位,与其安全性能较好、制造工艺更加成熟、实践积累更多密不可分。
 
    国内车企之所以选择了与特斯拉不同的动力电池路线,即磷酸铁锂电池路线,也是经过多方面综合考量的结果。比亚迪作为磷酸铁锂电池的领军企业,技术水平国际领先是无争议的。消费者当客观理解磷酸铁锂电池电量有上限的原因。
 
    3、不同驾驶习惯影响电池电量
 
    不同驾驶习惯中的“急加速急减速”,意味着电机要转更快,需要电池给它更多的电,结果有几个百分点的电就放不出来,当然会影响电池电量。所以比亚迪迪车会里曾经有一个口诀,是教车主们如何省电的,大概意思是要尽量用经济模式,少急加速急减速,让电池电量尽可能多地释放出来。
 
    不过,这部分电也没有消失不见,下次用比较平稳的方式开车,它依然还在。下图2给出了大功率放电后,再接着用小功率放电的数据。
    图2 大小功率放电下的电压变化对比
 
    4、低温对电池性能有显着影响
 
    除了大功率使用和小功率使用的区别之外,另外一大电池电量杀手叫温度。2014年有个论坛,叫“低温环境纯电动汽车发展与应用论坛”,其中有专家提到,低温是电池杀手,并提到了低温对电池性能的影响。
    图3 低温放电电量变化
 
    图3中展示了低温下放电的电量变化情况,从常温25度到-20度,放出的电量降低30%。低温下充电也有类似现象,如图4。
    图4 低温充电电量变化
 
    所以在低温下,电池能充进去的电量会降低,同时放出的电量也会降低。厂家为确保低温下安全充电,往往会降低充电电流,从而大大延长了充电时间。
 
    值得注意的是,电动车冬季空调供暖有电池提供能源,一般空调功率2kw-3kw,差不多半小时就消耗一度电。
 
    5、长时间使用后的电池电量变化
 
    前面提到的电量冗余、不同驾驶习惯导致的功率大小、温度的影响等,都在静态的围绕电量在说事,那么用车1年后,3年后,电池电量又变为多少?
 
    图5是美国电动汽车协会调研特斯拉Roadster的衰减数据,呈现了两个趋势,一是行驶里程越长,衰减越大;二是温度越高,衰减越大。行驶里程和温度是两个很重要的影响因素。
    图5 特斯拉Roadster的电池容量衰减数据
 
    图6展示了电池或车辆正常存放时的衰减情况,也说明了两个方面的信息:一是即使车辆不运行正常存放时,电池的电量也会逐渐衰减;二是正常存放时电池的电态越高,衰减的越快。图中的SOC是表征荷电态的参数,完全充满电为100%SOC,完全放空电为0%SOC。但要注意的是,电池不能在完全放空电时存放,避免可能的过放电。
    图6 电池或车辆正常存放时的衰减情况
 
    实测电量不易:上文已经详解了各种关于电量的数据、影响因素,也许有车主想亲自测量自己爱车电池的电量,或许有些懂高压电甚至已经自己动手实测过了。但所得数据背后的测量系统是否可靠,是否测得准。从上文国标里规定的各种测试环境的条件来看,家用电表的精度估计是达不到的,相差一个数量级,如图7所示:
    图7 家用电表与检测设备的差别
 
    如此看来,电池电量真不是那么容易测算出来的,或许有朝一日待相关专业企业开发出便宜而靠谱的电表时,车主才能自己精准测试爱车电池容量。
 
    总结:公告里的标称电量只是说明电池刚刚出厂时的电量,它真实发挥的电量估计只有80%左右,受驾驶习惯和环境温度影响也很大,再加上衰减一部分,用于行驶的电量自然越来越低,这是和燃油车不一样的地方。
 
    比亚迪秦属中国新能源乘用车领域销量最高的一款车型,广受市场好评。比亚迪也成为中国唯一可以与特斯拉相媲美的车企。值得一提的是,比亚迪掌握的世界顶尖水准的磷酸铁锂电池技术成为消费者选择秦的重要推动力。
 
关于我们:中国化学与物理电源行业协会(China Industrial Association of Power Sources,缩写:CIAPS) 是由电池行业企(事)业单位自愿组成的全国性、行业性、非营利性的社会组织。协会成立于1989年12月,现有550多家会员单位,下设碱性蓄电池与新型化学电源分会、酸性蓄电池分会、锂电池分会、太阳能光伏分会、干电池工作委员会、电源配件分会、移动电源分会、储能应用分会、动力电池应用分会和电池隔膜分会等十个分支机构。
本会专业范围包括:铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、氢镍蓄电池、锌锰碱锰电池、锂一次电池、锂离子电池、太阳电池、燃料电池、锌银电池、热电池、超级电容器、温差发电器及其他各种新型电池、电池系统解决方案,以及各类电池用原材料、零配件、生产设备、测试仪器和电池管理系统等。

关键词: 比亚迪 电池
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