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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)不同于手機和電腦，汽車(chē)在高速行駛中有可能遇到眾多不可預知因素，比如車(chē)禍造成的電池擠壓和撞擊。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著(zhù)火事件，雖然得利于特斯拉的安全設計并沒(méi)有出現人員傷亡。但同時(shí)也要看到，這幾次事件都是非常輕微的碰撞事故，碰撞本身對車(chē)和人并無(wú)傷害，而電池卻著(zhù)火了，那么如果是更嚴重的事故呢?
二、溫度適應性
極寒對電池的影響，主要表現在充放電倍率低和電容量減少;極熱對電池的影響，主要表現為壽命減低、高溫安全性以及充放電能力下降。
極寒對于電池的影響相對較輕，因為一般鋰電池都可以在零下20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。
極寒對純電車(chē)的影響和對雙?；旌蟿?dòng)力車(chē)又不一樣。純電動(dòng)車(chē)因為沒(méi)有其他動(dòng)力來(lái)源，在極寒情況下要達到合適的溫度，必須依靠電池放電加熱，那么對于能耗以及續航里程就會(huì )有很大影響。特斯拉在冬天無(wú)論是百公里能耗以及續航里程都和平時(shí)有顯著(zhù)不同。
對于雙?；旌蟿?dòng)力影響就較弱。因為混動(dòng)有發(fā)動(dòng)機作為備用提供能量。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，系統會(huì )自動(dòng)切換到HEV模式，發(fā)動(dòng)機帶動(dòng)空調，迅速提高車(chē)內溫度，當溫度提高以后再切換回EV模式。
極熱對純電和混動(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)冷卻系統降低溫度、以硬外殼包裹隔離電池以防止氧氣溢出。但是當遇到撞擊時(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(cháng)達數十年，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)單的電池參數給出的數字。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)驗室數據得出的循環(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，還是電瓶車(chē)的電池，實(shí)際使用中的壽命都遠遠不如廠(chǎng)商給出的數據的原因。而中小里程純電以及長(cháng)續航雙?；旌蟿?dòng)力車(chē)，因為所帶的電池比較少，對其放電的要求就會(huì )更高，對壽命的影響就會(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)放電倍率對壽命的影響。
再以比亞迪“秦”為例，只有13KWH的電池驅動(dòng)峰值功率110KW的電機?？梢杂嬎愠?，當“秦”滿(mǎn)電時(shí)其最大放電倍率高達8.4C。尤其是當“秦”只有50%電量時(shí)，其最大放電倍率可以達到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，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，這在本系列第一篇也已經(jīng)計算過(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)載電池量節約電芯成本，另一方面需要降低電池包+保護設備的成本。因此我們發(fā)現，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，但是在我的分析體系里，能量密度在電池性能指標中不是很重要。
原因有兩個(gè)：
1.能量密度必須結合其他性能。比如磷酸鐵鋰電池的能量密度確實(shí)不高。但是因為其安全穩定耐高溫等特點(diǎn)，以磷酸鐵鋰為電芯所組成的電池極為簡(jiǎn)單，不需要太多保護輔助設備。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，所以必須結合一套復雜的電池保護設備，而這些設備都加大了汽車(chē)的重量。有報道稱(chēng)在發(fā)生連續燃燒事故后，特斯拉又準備加厚電池保護設備，這就將三元電池的能量密度優(yōu)勢消弱了。
2.重量對于汽車(chē)的影響不大，特別是對于未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的主流趨勢混合動(dòng)力以及小里程純電動(dòng)汽車(chē)。我們可以設想，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定，這是基本常識。只要達到夠用的程度，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)不同于手機和電腦，汽車(chē)在高速行駛中有可能遇到眾多不可預知因素，比如車(chē)禍造成的電池擠壓和撞擊。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著(zhù)火事件，雖然得利于特斯拉的安全設計并沒(méi)有出現人員傷亡。但同時(shí)也要看到，這幾次事件都是非常輕微的碰撞事故，碰撞本身對車(chē)和人并無(wú)傷害，而電池卻著(zhù)火了，那么如果是更嚴重的事故呢?
二、溫度適應性
極寒對電池的影響，主要表現在充放電倍率低和電容量減少;極熱對電池的影響，主要表現為壽命減低、高溫安全性以及充放電能力下降。
極寒對于電池的影響相對較輕，因為一般鋰電池都可以在零下20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。
極寒對純電車(chē)的影響和對雙?；旌蟿?dòng)力車(chē)又不一樣。純電動(dòng)車(chē)因為沒(méi)有其他動(dòng)力來(lái)源，在極寒情況下要達到合適的溫度，必須依靠電池放電加熱，那么對于能耗以及續航里程就會(huì )有很大影響。特斯拉在冬天無(wú)論是百公里能耗以及續航里程都和平時(shí)有顯著(zhù)不同。
對于雙?；旌蟿?dòng)力影響就較弱。因為混動(dòng)有發(fā)動(dòng)機作為備用提供能量。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，系統會(huì )自動(dòng)切換到HEV模式，發(fā)動(dòng)機帶動(dòng)空調，迅速提高車(chē)內溫度，當溫度提高以后再切換回EV模式。
極熱對純電和混動(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)冷卻系統降低溫度、以硬外殼包裹隔離電池以防止氧氣溢出。但是當遇到撞擊時(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(cháng)達數十年，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)單的電池參數給出的數字。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)驗室數據得出的循環(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，還是電瓶車(chē)的電池，實(shí)際使用中的壽命都遠遠不如廠(chǎng)商給出的數據的原因。而中小里程純電以及長(cháng)續航雙?；旌蟿?dòng)力車(chē)，因為所帶的電池比較少，對其放電的要求就會(huì )更高，對壽命的影響就會(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)放電倍率對壽命的影響。
再以比亞迪“秦”為例，只有13KWH的電池驅動(dòng)峰值功率110KW的電機?？梢杂嬎愠?，當“秦”滿(mǎn)電時(shí)其最大放電倍率高達8.4C。尤其是當“秦”只有50%電量時(shí)，其最大放電倍率可以達到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，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，這在本系列第一篇也已經(jīng)計算過(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)載電池量節約電芯成本，另一方面需要降低電池包+保護設備的成本。因此我們發(fā)現，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，但是在我的分析體系里，能量密度在電池性能指標中不是很重要。
原因有兩個(gè)：
1.能量密度必須結合其他性能。比如磷酸鐵鋰電池的能量密度確實(shí)不高。但是因為其安全穩定耐高溫等特點(diǎn)，以磷酸鐵鋰為電芯所組成的電池極為簡(jiǎn)單，不需要太多保護輔助設備。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，所以必須結合一套復雜的電池保護設備，而這些設備都加大了汽車(chē)的重量。有報道稱(chēng)在發(fā)生連續燃燒事故后，特斯拉又準備加厚電池保護設備，這就將三元電池的能量密度優(yōu)勢消弱了。
2.重量對于汽車(chē)的影響不大，特別是對于未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的主流趨勢混合動(dòng)力以及小里程純電動(dòng)汽車(chē)。我們可以設想，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定，這是基本常識。只要達到夠用的程度，能量密度不是太重要。
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