DQZHAN技術(shù)訊：電量去哪兒了：從電池容量的角度談動(dòng)力電池
據(jù)說(shuō)再過(guò)兩天就是進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，*冷的冬天了。之前，小編從暖風(fēng)熱源方面給大家分析過(guò)，冬天為何開(kāi)暖風(fēng)會(huì)大大影響續(xù)航里程，今天，小編就從電池容量專業(yè)的角度來(lái)跟大家聊聊的動(dòng)力電池的那些事兒。
對(duì)于電動(dòng)車而言，電池是非常關(guān)鍵的部件。注意，以下所說(shuō)的電池指的都是作為驅(qū)動(dòng)源的動(dòng)力電池，不是前艙的電瓶。因?yàn)椋芭摰碾娖坎淮嬖谶@個(gè)問(wèn)題，在行駛時(shí)它基本都處于被充電過(guò)程，而且續(xù)航里程也跟這個(gè)小家伙一點(diǎn)兒關(guān)系都沒(méi)有。電池的電量是與續(xù)航里程直接相關(guān)的指標(biāo)，電量高，續(xù)航里程長(zhǎng)，電量低，續(xù)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*新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T31486-2015《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池電性能要求及試驗(yàn)方法》文件中，有個(gè)【初始容量】的概念：
新出廠的動(dòng)力蓄電池，在室溫下，完全充電后，以1I1(A)電流放電至企業(yè)規(guī)定的放電終止條件時(shí)所放出的容量(Ah)。
要求的測(cè)試環(huán)境規(guī)定為：溫度為25℃±2℃，相對(duì)濕度為15%~90%，大氣壓力為86kPa~106kPa。據(jù)度娘說(shuō)拉薩冬天氣壓是65kPa，國(guó)標(biāo)就不考慮拉薩人民冬天用電動(dòng)車的感受了?
測(cè)量?jī)x器、儀表準(zhǔn)確度要求：
---電壓測(cè)量裝置：不低于0.5級(jí)
---電流測(cè)量裝置：不低于0.5級(jí)
---溫度測(cè)量裝置：±0.5℃
---時(shí)間測(cè)量裝置：±0.1%
1I1(A)是個(gè)什么鬼?舉個(gè)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(biāo)稱容量，這個(gè)數(shù)值乘以電池包的總電壓，就是標(biāo)稱電量。
說(shuō)到電動(dòng)車，有兩家公司一直是焦點(diǎn)，米國(guó)的特斯拉和我國(guó)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(jù)網(wǎng)上的信息，是所謂的三元材料，也就是說(shuō)電池的正極里含有3種金屬材料;比亞迪用的自己生產(chǎn)的電池，他們內(nèi)部叫鐵電池，材料是磷酸鐵鋰。這兩個(gè)材料有什么區(qū)別呢?小編給大家找了一些資料，讓大家來(lái)了解一下。
當(dāng)然，電池材料體系的選擇與消費(fèi)者關(guān)系不大，廠家往往根據(jù)市場(chǎng)趨勢(shì)和自身?xiàng)l件做出他正確的選擇，下圖是兩種材料的電壓-容量曲線。
容量比率
這是磷酸鐵鋰和三元電池在放電過(guò)程的電壓變化情況，磷酸鐵鋰的電壓大部分時(shí)間內(nèi)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(shí)，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?yàn)楹竺嬲f(shuō)到的很多東西都圍著這張圖在變化，據(jù)電池工程師說(shuō)，他們大部分時(shí)間的研究都以這張圖為基礎(chǔ)，怎么才能讓圖中的數(shù)據(jù)改變一下，改變了之后對(duì)動(dòng)力電池的性能而言又說(shuō)明了什么。對(duì)于消費(fèi)者而言，這張圖的變化也就是電量的變化。
汽車的**問(wèn)題是首要問(wèn)題，燃油車的出事故的危害我們常常見(jiàn)到，電動(dòng)車的**如何保證?電器工程師們說(shuō)，我們有很多監(jiān)控、很多保護(hù)電路，很多級(jí)別的**防護(hù)。電池工程師們說(shuō)電器工程師不懂電池，我們電池也有很多的防護(hù)，都集成在電源管理系統(tǒng)里，也就是大家常常聽(tīng)到的BMS。所謂電源管理系統(tǒng)，就是專門管理電池的各項(xiàng)指標(biāo)的系統(tǒng)，電池怎么工作聽(tīng)它指揮。
下面在說(shuō)一個(gè)概念，【**冗余】：
就是說(shuō)在前面國(guó)標(biāo)所說(shuō)的【初始容量】的基礎(chǔ)上，保留一部分容量，這部分容量不能被使用。比如原來(lái)100，可能給你用的只有90甚至80。這部分保留容量是出于**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(tǒng)留出一些調(diào)整的空間而防止過(guò)充電。過(guò)充電可能有些人不理解，但是生活中由于過(guò)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(jī)充電，導(dǎo)致電池爆炸。相信這樣的報(bào)道大家看過(guò)很多了吧?現(xiàn)在應(yīng)該理解過(guò)充電的危害了。
同樣電池也不能放的太空，考慮到車輛在沒(méi)電以后還可能長(zhǎng)期存放。為保證電池不被過(guò)放電而影響**和性能，必須在消費(fèi)者認(rèn)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(nèi)滿充滿放，相對(duì)于在充放電兩端都保留一些容量的做法，其使用壽命會(huì)顯著降低。月滿則虧，水滿則溢就是這個(gè)道理。
所以，就算是特斯拉，在動(dòng)力電池的上端，就是SOC達(dá)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(shí)候，仍然保留了10%電量無(wú)法釋放。國(guó)內(nèi)車企在動(dòng)力電池**冗余的設(shè)置上也是相似的，以比亞迪為例，電芯材料為磷酸鐵鋰的動(dòng)力電池，由于的**性較高，使用壽命較長(zhǎng)，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(gè)電量冗余一下就去掉了10%~20%的電量，這個(gè)才是車主拿到車后真正可使用的電量，而不是公告里的標(biāo)稱電量。
在實(shí)際的用車過(guò)程中，還有很多影響因素影響電池電量的發(fā)揮。
這還不算完，比亞迪迪車會(huì)里曾經(jīng)見(jiàn)過(guò)一個(gè)口訣，是教車主們?nèi)绾问‰姷模蟾乓馑际且M量用經(jīng)濟(jì)模式，少急加速急減速。這個(gè)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(fā)動(dòng)機(jī)只能轉(zhuǎn)那么快的現(xiàn)實(shí)。雖然提速是快了一些，但是會(huì)提高油耗，說(shuō)白了就是費(fèi)油;而且，大量的燃油噴入燃燒室后，會(huì)有一部分油燃燒不充分，給霧霾做貢獻(xiàn)了。但是更專業(yè)的解釋是什么呢，下面這張圖展示了電池的功率特性。
這個(gè)是三元材料的不同電流倍率的放電圖，這個(gè)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*低的倍率1C和*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(jī)要轉(zhuǎn)更快，需要電池給它更多的電，結(jié)果有幾個(gè)百分點(diǎn)的電就放不出來(lái)。
不過(guò)，這部分電也沒(méi)有消失不見(jiàn)了，下次用比較平穩(wěn)的方式開(kāi)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(shù)據(jù)。
所以看來(lái)，良好的開(kāi)車習(xí)慣也是很重要的，能讓電池的電量盡量的放出來(lái)。
除了大功率使用和小功率使用的區(qū)別之外，另外還有一大電池電量的殺手叫溫度。2014年有個(gè)論壇，叫“低溫環(huán)境純電動(dòng)汽車發(fā)展與應(yīng)用論壇”，其中有專家提到，低溫是電池殺手，并提到了低溫對(duì)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(xiàn)象。
所以低溫下，電池能充進(jìn)去的電量會(huì)降低，放出的電量也會(huì)降低。同時(shí)，廠家為確保低溫下**充電，往往會(huì)降低充電電流，從而大大延長(zhǎng)了充電時(shí)間。
此外，電動(dòng)車冬季空調(diào)供暖有電池提供能源，一般空調(diào)功率2kw~3kw，差不多半小時(shí)就消耗一度電。
前面提到的電量冗余、不同駕駛習(xí)慣導(dǎo)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(tài)下圍繞電量在說(shuō)事，那么用車1年后，3年后，又變?yōu)槎嗌?這是消費(fèi)者*為關(guān)心的問(wèn)題，下面展示兩張圖。
上面這張圖是美國(guó)電動(dòng)汽車協(xié)會(huì)調(diào)研特斯拉Roadster的衰減數(shù)據(jù)。圖表名稱可以譯為：平均*高溫度與行駛里程對(duì)電池容量影響的關(guān)系;橫軸是行駛里程，單位：英里;縱軸是平均*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(yīng)該是環(huán)境溫度);圖例中Capacity Lost的意思是電池容量的損失。顯而易見(jiàn)，此圖標(biāo)呈現(xiàn)了兩個(gè)趨勢(shì)，一是行駛里程越長(zhǎng)，衰減越大;二是溫度越高，衰減越大。行駛里程和溫度是兩個(gè)很重要的影響因素。
**張圖展示了電池或車輛正常存放時(shí)的衰減情況。圖表的橫軸為存放時(shí)間，單位：年;縱軸為電量保持率;圖例分別為開(kāi)始存放時(shí)，電池內(nèi)所剩電量的SOC參數(shù)值。正說(shuō)明了即使車輛不運(yùn)行正常存放時(shí)，電池的電量也會(huì)逐漸衰減。存放時(shí)要注意的是，電池不能在完全放空電時(shí)存放，避免可能的過(guò)放電。
看到各種關(guān)于電量的數(shù)據(jù)、影響因素，相信各位都很想實(shí)際測(cè)一下自己愛(ài)車電池的電量。有些懂高壓電的車主，甚至已經(jīng)自己動(dòng)手實(shí)測(cè)過(guò)了。但是，由于小編之前做過(guò)試驗(yàn)工作，對(duì)于數(shù)據(jù)的**反應(yīng)是要搞明白背后的測(cè)量系統(tǒng)是否可靠，是否測(cè)得準(zhǔn)?？吹絿?guó)標(biāo)里各種測(cè)試環(huán)境的條件，家用電表的精度是達(dá)不到了，相差一個(gè)數(shù)量級(jí)呢。
看來(lái)準(zhǔn)確的電池電量數(shù)據(jù)還真不是那么容易得到的東西，不知何時(shí)有專業(yè)相關(guān)的企業(yè)能開(kāi)發(fā)點(diǎn)便宜而靠譜的電表，電量多少，車主也就可以自己測(cè)試。
綜上所述，公告里的標(biāo)稱電量，只是說(shuō)明電池剛剛出廠時(shí)的電量，但它真實(shí)發(fā)揮的電量，估計(jì)只有標(biāo)稱電量的80%左右。而且，受駕駛習(xí)慣和環(huán)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(lái)越低。良好的駕駛習(xí)慣和存放方法(比如：在長(zhǎng)時(shí)間不開(kāi)電動(dòng)車的情況下，不要讓電池里存放太多的電量)，都會(huì)對(duì)電池性能的發(fā)揮和使用壽命的延長(zhǎng)有所幫助。動(dòng)力電池說(shuō)了這么多關(guān)于動(dòng)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。
