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電池衰減是鋰電池續(xù)航的天生之?dāng)?/h1>

鉅大LARGE  |  點擊量:1007次  |  2018年11月20日  

大到純電動汽車,小到電腦、手機等電子產(chǎn)品,電池的續(xù)航能力始終受到消費者的高度關(guān)注,就連最近三星note7爆炸事件,也被一些專家歸咎為開發(fā)商過多追求續(xù)航能力而忽略了電池的安全隱患。受電池困擾的企業(yè)不止三星一家,最近微軟SurfacePro3的電池也出現(xiàn)了問題,部分用戶反映,內(nèi)部搭載LGC電池的SurfacePro3在升級之后續(xù)航時間嚴(yán)重縮水。

鋰離子電池是繼鎘鎳電池、氫鎳電池之后發(fā)展最快的二次電池。鋰離子電池的應(yīng)用很大程度取決于其充放電循環(huán)的穩(wěn)定性,和其它二次電池一樣,鋰離子電池在循環(huán)過程中容量衰減是不可避免的。

鋰離子電池在兩個電極間發(fā)生嵌入反應(yīng)時具有不同的嵌入能量,而為了得到電池的最佳性能,兩個宿主電極的容量比應(yīng)該保持一個平衡值。如果容量比過大或者過小,就會導(dǎo)致負(fù)極材料被過充電而存在安全隱患,或者負(fù)極不能被完全利用。

對于理想的鋰離子電池系統(tǒng),在其循環(huán)周期內(nèi)容量平衡不發(fā)生改變,每次循環(huán)中的初始容量為一定值,然而實際上情況卻復(fù)雜得多。任何能夠產(chǎn)生或消耗鋰離子或電子的副反應(yīng)都可能導(dǎo)致電池容量平衡的改變,一旦電池的容量平衡狀態(tài)發(fā)生改變,這種改變就是不可逆的,并且可以通過多次循環(huán)進行累積,對電池性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

在鋰離子電池中,除了鋰離子脫嵌時發(fā)生的氧化還原反應(yīng)外,還存在著大量的副反應(yīng),如正負(fù)極過充反應(yīng)、電解液分解、自放電、活性物質(zhì)溶解、金屬鋰沉積等,這些都會造成電池內(nèi)容量平衡被破壞,導(dǎo)致鋰電池發(fā)生永久性容量損失。此外,極溫環(huán)境等外在因素也會造成鋰電池容量暫時下降。

近兩年來,我國大力推廣新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展,然而在新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初級階段,總會暴露一些問題,動力電池衰減問題也正在成為阻礙新能源汽車發(fā)展的瓶頸。

低溫是電池殺手。在冬季嚴(yán)寒天氣下,純電動汽車的鋰電池由于活性降低、需要長時間為空調(diào)供電等原因,續(xù)航里程出現(xiàn)一定程度縮減是正常的。尤其是空調(diào)的使用更是極大縮短了電動汽車的續(xù)航里程,這是因為汽油車是依靠發(fā)動機散熱來提供暖風(fēng),不會增加油耗,而電動汽車由于沒有發(fā)動機散熱一說,需要消耗更多的電量來制熱。這也是消費者抱怨電動汽車?yán)m(xù)航里程普遍虛高的原因之一,即便是特斯拉的用戶也不能幸免。在特斯拉的全球第二大市場挪威,有不少關(guān)于ModelS用戶抱怨氣溫降至0度以下時汽車?yán)m(xù)航里程驟降以及充電困難的案例。特斯拉公司也承認(rèn),當(dāng)氣溫低于0度時,ModelS會遭遇充電難問題。單體電池差異和BMS系統(tǒng)水平低導(dǎo)致電池衰減。動力電池組是由大量單體電芯組合而成,根據(jù)電池廠家制造水平的不同,電池組中單體電池之間的差異性的大小也不盡相同。鋰電池經(jīng)過多次反復(fù)充、放電循環(huán)之后,各串電池電量之間的差異會越來越大。

由于BMS電池管理系統(tǒng)的過充和過放保護,充電時電量最高的那串電池充滿即停止充電,其他各串則無法充滿;放電時電量最低的那串電池放完即停止放電,其他各串無法放完電;鋰電池包的“虛電”(無法使用的電量)逐步增多,鋰電池包實際有效電量大大下降,電動汽車?yán)m(xù)航里程持續(xù)下降。如果不能及時進行均衡,電量低的電池串放電深度越深,壽命就越容易縮短,甚至出現(xiàn)個別電池?fù)p壞的情況。但不少廠家對BMS均衡功能的重要性認(rèn)識不足,并且基于成本上的考慮,當(dāng)前很多電動汽車鋰電池包BMS都沒有配置均衡功能,或者只是配置了簡單的被動均衡功能,導(dǎo)致電池包各串電池之間出現(xiàn)差異后無法及時修復(fù)。

車主使用過程中操作不當(dāng)引起續(xù)航里程衰減。上文提到,過充和過放都會導(dǎo)致電池容量減損,車主充電時間過長,或者駕駛時不考慮電池余量直到愛車趴窩,這些都會影響動力電池的續(xù)航里程和使用壽命。此外,由于鋰電池長久不用會出現(xiàn)自放電現(xiàn)象,這也會對動力電池造成損害。因此,當(dāng)電動汽車一段時間內(nèi)不使用時,需要每隔一段時間啟動一次汽車,給電池充下電。

動力電池質(zhì)保條款正逐步完善

目前,國內(nèi)絕大多數(shù)在售的新能源車產(chǎn)品,在電池質(zhì)保條件上,卻有很多模糊地帶和問題。這些問題,隨著國產(chǎn)新能源車產(chǎn)品保有量和保有時間的增加,也逐漸浮出水面。雖然國產(chǎn)新能源汽車對整車和關(guān)鍵零部件都提出了質(zhì)保的時間和里程條款,但是沒有說明電池質(zhì)保的條件,導(dǎo)致消費者購買新能源汽車后,發(fā)現(xiàn)電池衰減問題,與經(jīng)銷商發(fā)生了很多糾紛。

近期,北京新能源汽車產(chǎn)業(yè)協(xié)會發(fā)布了《北京市示范應(yīng)用新能源小客車售后服務(wù)規(guī)范(征求意見稿)》。《規(guī)范》中提出新能源小客車動力電池及管理系統(tǒng)、驅(qū)動電機及其控制器、整車控制器等關(guān)鍵零部件保修期不低于8年或12萬公里,以先到者為準(zhǔn);新能源小客車自銷售者開具購車發(fā)票之日起60日內(nèi)或者行駛里程在3000公里之內(nèi)(以先到者為準(zhǔn)),動力電池、驅(qū)動電機的主要零件出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題的,消費者可以選擇免費更換動力電池、驅(qū)動電機。

筆者認(rèn)為,我國新能源汽車在發(fā)展之初,出現(xiàn)一些問題在所難免。隨著動力電池廠家及整車企業(yè)技術(shù)水平的提高,這些問題將會逐步得到緩解或解決。目前我國動力電池相關(guān)質(zhì)保條款還在構(gòu)建中,整個體系有待完善,必要時可以借鑒日德等國家的相關(guān)條例。

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