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磷酸鐵鋰電池的優(yōu)越性
作者：華睿新創(chuàng) 來(lái)源：本站 發(fā)表時(shí)間：2018-11-13 22:12:01 瀏覽：次
一、安全
首先安全是汽車(chē)必備的前提。汽車(chē)不同于手機(jī)和電腦，汽車(chē)在高速行駛中有可能遇到眾多不可預(yù)知因素，比如車(chē)禍造成的電池?cái)D壓和撞擊。而任何一個(gè)不利的因素，都有可能造車(chē)車(chē)毀人亡。我們可以看到一些老年代步車(chē)使用劣質(zhì)的鉛酸電池，完全沒(méi)有安全保障，電池自燃、受撞擊燃燒的案例比比皆是。再比如特斯拉近一年的連續(xù)著火事件，雖然得利于特斯拉的安全設(shè)計(jì)并沒(méi)有出現(xiàn)人員傷亡。但同時(shí)也要看到，這幾次事件都是非常輕微的碰撞事故，碰撞本身對(duì)車(chē)和人并無(wú)傷害，而電池卻著火了，那么如果是更嚴(yán)重的事故呢?
二、溫度適應(yīng)性
極寒對(duì)電池的影響，主要表現(xiàn)在充放電倍率低和電容量減少;極熱對(duì)電池的影響，主要表現(xiàn)為壽命減低、高溫安全性以及充放電能力下降。
極寒對(duì)于電池的影響相對(duì)較輕，因?yàn)橐话沅囯姵囟伎梢栽诹阆?0度以下使用，而且在電池的放電過(guò)程中本身就會(huì)產(chǎn)生熱量，但能耗的增加以及電量的減少不可避免。
極寒對(duì)純電車(chē)的影響和對(duì)雙?；旌蟿?dòng)力車(chē)又不一樣。純電動(dòng)車(chē)因?yàn)闆](méi)有其他動(dòng)力來(lái)源，在極寒情況下要達(dá)到合適的溫度，必須依靠電池放電加熱，那么對(duì)于能耗以及續(xù)航里程就會(huì)有很大影響。特斯拉在冬天無(wú)論是百公里能耗以及續(xù)航里程都和平時(shí)有顯著不同。
對(duì)于雙模混合動(dòng)力影響就較弱。因?yàn)榛靹?dòng)有發(fā)動(dòng)機(jī)作為備用提供能量。比如去年11月份比亞迪在包頭舉行的“秦”推廣活動(dòng)，當(dāng)時(shí)夜間氣溫在零下15至20度，在早晨極寒的情況下啟動(dòng)車(chē)輛，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到HEV模式，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)空調(diào)，迅速提高車(chē)內(nèi)溫度，當(dāng)溫度提高以后再切換回EV模式。
極熱對(duì)純電和混動(dòng)影響都很大，比如電池本身大功率放電溫度就會(huì)升高。以普通鋰離子電池為例，20C的放電，電池的溫度可以提升到接近50度。這么高的溫度，不僅對(duì)電池的壽命有影響，更重要的是安全隱患。比如特斯拉的三元電池在高溫環(huán)境下會(huì)釋放氧氣，而氧氣是易燃物體。特斯拉通過(guò)循環(huán)冷卻系統(tǒng)降低溫度、以硬外殼包裹隔離電池以防止氧氣溢出。但是當(dāng)遇到撞擊時(shí)還是難免起火。
三、高倍率放電壽命
普通汽車(chē)使用壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年，一輛電動(dòng)汽車(chē)的電池，10年至少需要3000次的循環(huán)壽命。電池作為比較貴的部件，壽命能否與車(chē)等同是非常重要的，既要保證車(chē)輛的性能又要保證車(chē)主的利益，這樣才能利于市場(chǎng)的推動(dòng)。目前世界各車(chē)企的電動(dòng)汽車(chē)，只有去年上市的比亞迪(002594,股吧)“秦”做到了電芯終生質(zhì)保。
電池的壽命也就是循環(huán)壽命，并非簡(jiǎn)單的電池參數(shù)給出的數(shù)字。電池的循環(huán)壽命和電池的循環(huán)狀態(tài)是息息相關(guān)的，比如放電倍率、充電倍率、溫度等。通常電池實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)得出的循環(huán)壽命，是以0.3C恒定的充放電倍率，在20度恒定最佳溫度下得到的。但是在實(shí)際用車(chē)過(guò)程中，倍率和溫度都是非恒定的。這也就是為什么通常無(wú)論是筆記本、手機(jī)，還是電瓶車(chē)的電池，實(shí)際使用中的壽命都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如廠商給出的數(shù)據(jù)的原因。而中小里程純電以及長(zhǎng)續(xù)航雙?；旌蟿?dòng)力車(chē)，因?yàn)樗鶐У碾姵乇容^少，對(duì)其放電的要求就會(huì)更高，對(duì)壽命的影響就會(huì)更大。
比如A123的磷酸鐵鋰電池，通常循環(huán)壽命可以到3000次以上。但是，A123的磷酸鐵鋰航模電池，以10C的充電倍率、5C的放電倍率使用，實(shí)驗(yàn)室中的壽命縮短到只有600次，而真正實(shí)際使用中只有400次左右，可見(jiàn)放電倍率對(duì)壽命的影響。
再以比亞迪“秦”為例，只有13KWH的電池驅(qū)動(dòng)峰值功率110KW的電機(jī)?？梢杂?jì)算出，當(dāng)“秦”滿(mǎn)電時(shí)其最大放電倍率高達(dá)8.4C。尤其是當(dāng)“秦”只有50%電量時(shí)，其最大放電倍率可以達(dá)到18C。如果電量再低放電倍率將超過(guò)25C，這會(huì)極大地縮短電池的壽命。
再看P85度電的特斯拉，最大功率310KW的電機(jī)，看起來(lái)很龐大，其實(shí)電池放電倍率不過(guò)4C。在只有30%的電量時(shí)，最大放電倍率也不過(guò)10C。而且特斯拉的大容量電池，在極大程度上避免電池處于大功率的放電之中。
通過(guò)簡(jiǎn)單的對(duì)比，就可以看出比亞迪電池的高倍率放電壽命的優(yōu)越性。
四、成本
成本非常好理解，要廣泛普及必須要有成本優(yōu)勢(shì)，這在本系列第一篇也已經(jīng)計(jì)算過(guò)。小里程純電或者混動(dòng)電動(dòng)車(chē)，一方面需要減少車(chē)載電池量節(jié)約電芯成本，另一方面需要降低電池包+保護(hù)設(shè)備的成本。因此我們發(fā)現(xiàn)，特斯拉的電芯成本雖然較低，但是整體成本依然居高不下。
五、能量密度
能量密度，顧名思義就是單位重量的電池所能容納的能量。能量密度通常是判斷電池優(yōu)略的重要指標(biāo)，但是在我的分析體系里，能量密度在電池性能指標(biāo)中不是很重要。
原因有兩個(gè)：
1.能量密度必須結(jié)合其他性能。比如磷酸鐵鋰電池的能量密度確實(shí)不高。但是因?yàn)槠浒踩€(wěn)定耐高溫等特點(diǎn)，以磷酸鐵鋰為電芯所組成的電池極為簡(jiǎn)單，不需要太多保護(hù)輔助設(shè)備。而特斯拉的三元電池雖然電池電芯密度很高，但由于其安全性差不耐高溫，所以必須結(jié)合一套復(fù)雜的電池保護(hù)設(shè)備，而這些設(shè)備都加大了汽車(chē)的重量。有報(bào)道稱(chēng)在發(fā)生連續(xù)燃燒事故后，特斯拉又準(zhǔn)備加厚電池保護(hù)設(shè)備，這就將三元電池的能量密度優(yōu)勢(shì)消弱了。
2.重量對(duì)于汽車(chē)的影響不大，特別是對(duì)于未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的主流趨勢(shì)混合動(dòng)力以及小里程純電動(dòng)汽車(chē)。我們可以設(shè)想，以130千瓦時(shí)/公斤能量密度和200千瓦時(shí)/公斤能量密度的電池做一個(gè)對(duì)比。即使是最大的80度總電量，兩種電池的重量差不過(guò)200KG。
這對(duì)于一輛接近2噸的汽車(chē)影響很低。
因此，盡管電池的能量密度自然是越大越好，但并不必要刻意追求最大。特別是能量密度越大越不穩(wěn)定，這是基本常識(shí)。只要達(dá)到夠用的程度，能量密度不是太重要。
首先安全是汽車(chē)必備的前提。汽車(chē)不同于手機(jī)和電腦，汽車(chē)在高速行駛中有可能遇到眾多不可預(yù)知因素，比如車(chē)禍造成的電池?cái)D壓和撞擊。而任何一個(gè)不利的因素，都有可能造車(chē)車(chē)毀人亡。我們可以看到一些老年代步車(chē)使用劣質(zhì)的鉛酸電池，完全沒(méi)有安全保障，電池自燃、受撞擊燃燒的案例比比皆是。再比如特斯拉近一年的連續(xù)著火事件，雖然得利于特斯拉的安全設(shè)計(jì)并沒(méi)有出現(xiàn)人員傷亡。但同時(shí)也要看到，這幾次事件都是非常輕微的碰撞事故，碰撞本身對(duì)車(chē)和人并無(wú)傷害，而電池卻著火了，那么如果是更嚴(yán)重的事故呢?
二、溫度適應(yīng)性
極寒對(duì)電池的影響，主要表現(xiàn)在充放電倍率低和電容量減少;極熱對(duì)電池的影響，主要表現(xiàn)為壽命減低、高溫安全性以及充放電能力下降。
極寒對(duì)于電池的影響相對(duì)較輕，因?yàn)橐话沅囯姵囟伎梢栽诹阆?0度以下使用，而且在電池的放電過(guò)程中本身就會(huì)產(chǎn)生熱量，但能耗的增加以及電量的減少不可避免。
極寒對(duì)純電車(chē)的影響和對(duì)雙?；旌蟿?dòng)力車(chē)又不一樣。純電動(dòng)車(chē)因?yàn)闆](méi)有其他動(dòng)力來(lái)源，在極寒情況下要達(dá)到合適的溫度，必須依靠電池放電加熱，那么對(duì)于能耗以及續(xù)航里程就會(huì)有很大影響。特斯拉在冬天無(wú)論是百公里能耗以及續(xù)航里程都和平時(shí)有顯著不同。
對(duì)于雙模混合動(dòng)力影響就較弱。因?yàn)榛靹?dòng)有發(fā)動(dòng)機(jī)作為備用提供能量。比如去年11月份比亞迪在包頭舉行的“秦”推廣活動(dòng)，當(dāng)時(shí)夜間氣溫在零下15至20度，在早晨極寒的情況下啟動(dòng)車(chē)輛，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到HEV模式，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)空調(diào)，迅速提高車(chē)內(nèi)溫度，當(dāng)溫度提高以后再切換回EV模式。
極熱對(duì)純電和混動(dòng)影響都很大，比如電池本身大功率放電溫度就會(huì)升高。以普通鋰離子電池為例，20C的放電，電池的溫度可以提升到接近50度。這么高的溫度，不僅對(duì)電池的壽命有影響，更重要的是安全隱患。比如特斯拉的三元電池在高溫環(huán)境下會(huì)釋放氧氣，而氧氣是易燃物體。特斯拉通過(guò)循環(huán)冷卻系統(tǒng)降低溫度、以硬外殼包裹隔離電池以防止氧氣溢出。但是當(dāng)遇到撞擊時(shí)還是難免起火。
三、高倍率放電壽命
普通汽車(chē)使用壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年，一輛電動(dòng)汽車(chē)的電池，10年至少需要3000次的循環(huán)壽命。電池作為比較貴的部件，壽命能否與車(chē)等同是非常重要的，既要保證車(chē)輛的性能又要保證車(chē)主的利益，這樣才能利于市場(chǎng)的推動(dòng)。目前世界各車(chē)企的電動(dòng)汽車(chē)，只有去年上市的比亞迪(002594,股吧)“秦”做到了電芯終生質(zhì)保。
電池的壽命也就是循環(huán)壽命，并非簡(jiǎn)單的電池參數(shù)給出的數(shù)字。電池的循環(huán)壽命和電池的循環(huán)狀態(tài)是息息相關(guān)的，比如放電倍率、充電倍率、溫度等。通常電池實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)得出的循環(huán)壽命，是以0.3C恒定的充放電倍率，在20度恒定最佳溫度下得到的。但是在實(shí)際用車(chē)過(guò)程中，倍率和溫度都是非恒定的。這也就是為什么通常無(wú)論是筆記本、手機(jī)，還是電瓶車(chē)的電池，實(shí)際使用中的壽命都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如廠商給出的數(shù)據(jù)的原因。而中小里程純電以及長(zhǎng)續(xù)航雙?；旌蟿?dòng)力車(chē)，因?yàn)樗鶐У碾姵乇容^少，對(duì)其放電的要求就會(huì)更高，對(duì)壽命的影響就會(huì)更大。
比如A123的磷酸鐵鋰電池，通常循環(huán)壽命可以到3000次以上。但是，A123的磷酸鐵鋰航模電池，以10C的充電倍率、5C的放電倍率使用，實(shí)驗(yàn)室中的壽命縮短到只有600次，而真正實(shí)際使用中只有400次左右，可見(jiàn)放電倍率對(duì)壽命的影響。
再以比亞迪“秦”為例，只有13KWH的電池驅(qū)動(dòng)峰值功率110KW的電機(jī)?？梢杂?jì)算出，當(dāng)“秦”滿(mǎn)電時(shí)其最大放電倍率高達(dá)8.4C。尤其是當(dāng)“秦”只有50%電量時(shí)，其最大放電倍率可以達(dá)到18C。如果電量再低放電倍率將超過(guò)25C，這會(huì)極大地縮短電池的壽命。
再看P85度電的特斯拉，最大功率310KW的電機(jī)，看起來(lái)很龐大，其實(shí)電池放電倍率不過(guò)4C。在只有30%的電量時(shí)，最大放電倍率也不過(guò)10C。而且特斯拉的大容量電池，在極大程度上避免電池處于大功率的放電之中。
通過(guò)簡(jiǎn)單的對(duì)比，就可以看出比亞迪電池的高倍率放電壽命的優(yōu)越性。
四、成本
成本非常好理解，要廣泛普及必須要有成本優(yōu)勢(shì)，這在本系列第一篇也已經(jīng)計(jì)算過(guò)。小里程純電或者混動(dòng)電動(dòng)車(chē)，一方面需要減少車(chē)載電池量節(jié)約電芯成本，另一方面需要降低電池包+保護(hù)設(shè)備的成本。因此我們發(fā)現(xiàn)，特斯拉的電芯成本雖然較低，但是整體成本依然居高不下。
五、能量密度
能量密度，顧名思義就是單位重量的電池所能容納的能量。能量密度通常是判斷電池優(yōu)略的重要指標(biāo)，但是在我的分析體系里，能量密度在電池性能指標(biāo)中不是很重要。
原因有兩個(gè)：
1.能量密度必須結(jié)合其他性能。比如磷酸鐵鋰電池的能量密度確實(shí)不高。但是因?yàn)槠浒踩€(wěn)定耐高溫等特點(diǎn)，以磷酸鐵鋰為電芯所組成的電池極為簡(jiǎn)單，不需要太多保護(hù)輔助設(shè)備。而特斯拉的三元電池雖然電池電芯密度很高，但由于其安全性差不耐高溫，所以必須結(jié)合一套復(fù)雜的電池保護(hù)設(shè)備，而這些設(shè)備都加大了汽車(chē)的重量。有報(bào)道稱(chēng)在發(fā)生連續(xù)燃燒事故后，特斯拉又準(zhǔn)備加厚電池保護(hù)設(shè)備，這就將三元電池的能量密度優(yōu)勢(shì)消弱了。
2.重量對(duì)于汽車(chē)的影響不大，特別是對(duì)于未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的主流趨勢(shì)混合動(dòng)力以及小里程純電動(dòng)汽車(chē)。我們可以設(shè)想，以130千瓦時(shí)/公斤能量密度和200千瓦時(shí)/公斤能量密度的電池做一個(gè)對(duì)比。即使是最大的80度總電量，兩種電池的重量差不過(guò)200KG。
這對(duì)于一輛接近2噸的汽車(chē)影響很低。
因此，盡管電池的能量密度自然是越大越好，但并不必要刻意追求最大。特別是能量密度越大越不穩(wěn)定，這是基本常識(shí)。只要達(dá)到夠用的程度，能量密度不是太重要。
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