干貨滿滿：寒冬下如何從電池容量的角度談動力電池

　　據(jù)說很快就要進入21世紀以來，最冷的冬天了。各位親愛的車主們，自從入冬之后，普遍感覺電池嚴重不經(jīng)用、續(xù)航里程越來越短。也常常聽到很多車主各種抱怨，神馬里程短、電池容量達不到標稱容量之類的聲音。

　　之前，小編從暖風(fēng)熱源方面給大家分析過，冬天為何開暖風(fēng)會大大影響續(xù)航里程，公布了目前大家冬季用車的情況。今天，小編就從電池容量專業(yè)的角度來跟大家聊聊的動力電池的那些事兒。

　　對于電動車而言，電池是非常關(guān)鍵的部件。注意，一下所說的電池指的都是作為驅(qū)動源的動力電池，不是前艙的電瓶。因為，前艙的電瓶不存在這個問題，在行駛時它基本都處于被充電過程，而且續(xù)航里程也跟這個小家伙一點兒關(guān)系都沒有。電池的容量是與續(xù)航里程直接相關(guān)的指標，容量高，續(xù)航里程長，容量低，續(xù)航里程短。那么，什么是容量，根據(jù)國家標準GB/T31486-2015《電動汽車用動力蓄電池電性能要求及試驗方法》文件中的定義，有個【初始容量】的概念：

　　新出廠的動力蓄電池，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所放出的容量（Ah）。

　　要求的測試環(huán)境規(guī)定為：溫度為25℃±2℃，相對濕度為15%~90%，大氣壓力為86kPa~106kPa。據(jù)度娘說拉薩冬天氣壓是65kPa，國標就不考慮拉薩人民冬天用電動車的感受了？

　　測量儀器、儀表準確度要求：

　　---電壓測量裝置：不低于0.5級

　　---電流測量裝置：不低于0.5級

　　---溫度測量裝置：±0.5℃

　　---時間測量裝置：±0.1%

　　1I1（A）是個什么鬼？舉個栗子，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稱容量，這個數(shù)值乘以電池包的總電壓，就是標稱電量。

　　說到電動車，有兩家公司一直是焦點，米國的特斯拉和我國的比亞迪，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，當時傳出來各種鐵電池的解釋版本，現(xiàn)在眾所周知，材料是磷酸鐵鋰。這兩個材料有什么區(qū)別呢？小編給大家找了一些資料，讓大家來了解一下。

　　當然，電池材料體系的選擇與消費者關(guān)系不大，廠家往往根據(jù)市場趨勢和自身條件做出他正確的選擇，下圖是兩種材料的電壓-容量曲線。

　　這是磷酸鐵鋰和三元電池在放電過程的電壓變化情況，磷酸鐵鋰的電壓大部分時間內(nèi)基本不變，三元材料電壓變化較大。使用的電壓范圍也不一樣，磷酸鐵鋰大概3.3V~2.0V，三元材料4.2V~2.5V。

　　這里為什么要給出這張圖，因為后面說到的很多東西都圍著這張圖在變化，據(jù)電池工程師說，他們大部分時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，改變了之后對動力電池的性能而言又說明了什么。對于消費者而言，這張圖的變化也就是容量的變化。

　　汽車的安全問題是首要問題，燃油車的出事故的危害我們常常見到，電動車的安全如何保證？電器工程師們說，我們有很多監(jiān)控、很多保護電路，很多級別的安全防護。電池工程師們說電器工程師不懂電池，我們電池也有很多的防護，都集成在電源管理系統(tǒng)里，也就是大家常常聽到的BMS。所謂電源管理系統(tǒng)，就是專門管理電池的各項指標的系統(tǒng)，電池怎么工作聽它指揮。

　　下面說一個概念，【安全冗余】：

　　就是說在前面國標所說的【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100，可能給你用的只有90甚至80。這部分保留容量是出于安全的目的，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)整的空間而防止過充電。過充電可能有些人不理解，但是生活中由于過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充電，導(dǎo)致電池爆炸。相信這樣的報道大家看過很多了吧？現(xiàn)在應(yīng)該理解過充電的危害了。

　　同樣電池也不能放的太空，考慮到車輛在沒電以后還可能長期存放。為保證電池不被過放電而影響安全和性能，必須在消費者認為的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，相對于在充放電兩端都保留一些容量的做法，其使用壽命會顯著降低。月滿則虧，水滿則溢就是這個道理。

　　所以，就算是特斯拉，在動力電池的上端，就是SOC達到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%的時候，仍然保留了10%電量無法釋放。國內(nèi)車企在動力電池安全冗余的設(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力電池，由于的安全性較高，使用壽命較長，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%。

　　所以這個電量冗余一下就去掉了10%~20%的電量，這個才是車主拿到車后真正可使用的電量，而不是公告里的標稱電量。

　　在實際的用車過程中，還有很多影響因素影響電池電量的發(fā)揮。

　　這還不算完，比亞迪迪車會里曾經(jīng)見過一個口訣，是教車主們?nèi)绾问‰姷?，大概意思是要盡量用經(jīng)濟模式，少急加速急減速。這個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)動機只能轉(zhuǎn)那么快的現(xiàn)實。雖然提速是快了一些，但是會提高油耗，說白了就是費油；而且，大量的燃油噴入燃燒室后，會有一部分油燃燒不充分，給霧霾做貢獻了。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。

　　這個是三元材料的不同電流倍率的放電圖，這個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。圖里面最低的倍率1C和最高倍率25C之間，橫軸上的容量比率差了10%以上。急加速急減速，也就意味著電機要轉(zhuǎn)更快，需要電池給它更多的電，結(jié)果有幾個百分點的電就放不出來。

　　不過，這部分電也沒有消失不見了，下次用比較平穩(wěn)的方式開車，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，良好的開車習(xí)慣也是很重要的，能讓電池的電量盡量的放出來。

　　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年有個論壇，叫“低溫環(huán)境純電動汽車發(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，電池能充進去的電量會降低，放出的電量也會降低。同時，廠家為確保低溫下安全充電，往往會降低充電電流，從而大大延長了充電時間。

　　此外，電動車冬季空調(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)下圍繞電量在說事，那么用車1年后，3年后，又變?yōu)槎嗌?？這是消費者最為關(guān)心的問題，下面展示兩張圖。

　　上面這張圖是美國電動汽車協(xié)會調(diào)研特斯拉Roadster 的衰減數(shù)據(jù)。圖表名稱可以譯為：平均最高溫度與行駛里程對電池容量影響的關(guān)系；橫軸是行駛里程，單位：英里；縱軸是平均最高溫度，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，此圖標呈現(xiàn)了兩個趨勢，一是行駛里程越長，衰減越大；二是溫度越高，衰減越大。行駛里程和溫度是兩個很重要的影響因素。

　　第二張圖展示了電池或車輛正常存放時的衰減情況。圖表的橫軸為存放時間，單位：年；縱軸為電量保持率；圖例分別為開始存放時，電池內(nèi)所剩電量的SOC參數(shù)值。也說明了兩個方面的信息，一是即使車輛不運行正常存放時，電池的電量也會逐漸衰減；二是正常存放時電池的電態(tài)越高，衰減的越快。存放時要注意的是，電池不能在完全放空電時存放，避免可能的過放電。

　　看到各種關(guān)于電量的數(shù)據(jù)、影響因素，相信各位都很想實際測一下自己愛車電池的電量。有些懂高壓電的車主，甚至已經(jīng)自己動手實測過了。但是，由于小編之前做過試驗工作，對于數(shù)據(jù)的第一反應(yīng)是要搞明白背后的測量系統(tǒng)是否可靠，是否測得準。看到國標里各種測試環(huán)境的條件，家用電表的精度是達不到了，相差一個數(shù)量級呢。

　　看來準確的電池電量數(shù)據(jù)還真不是那么容易得到的東西，不知何時有專業(yè)相關(guān)的企業(yè)能開發(fā)點便宜而靠譜的電表，電量多少，車主也就可以自己測試。

　　綜上所述，公告里的標稱電量，只是說明電池剛剛出廠時的電量，但它真實發(fā)揮的電量，估計只有標稱電量的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越低。良好的駕駛習(xí)慣和存放方法（比如：在長時間不開電動車的情況下，不要讓電池里存放太多的電量），都會對電池性能的發(fā)揮和使用壽命的延長有所幫助。動力電池說了這么多關(guān)于動力電池電量方面的事兒，希望能為大家在電池容量的理解和日常用車上提供一些幫助。