為什么特斯拉跑得久 電池的循環(huán)壽命卻不高？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-03 12:29
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目前業(yè)內(nèi)對(duì)電池的主要關(guān)注點(diǎn)是，要降低電池的成本，提高電池的容量，同時(shí)又希望電池的壽命不要降低太多，能夠滿足消費(fèi)者日常的使用。
聽上去十分有理想。
張華在此就提醒到，如果你看到電池某一方面的性能特別強(qiáng)，你一定要反思一下，它付出的代價(jià)到底是什么。
在動(dòng)力電池的性能上，我們目前最看重的是能量密度和壽命，其次就是充放電的速度和對(duì)溫度的響應(yīng)。
能量密度提高，通常的代價(jià)是電池的循環(huán)壽命會(huì)變差，充放電速度也會(huì)變差。
張華拿特斯拉舉例。比如說，和比亞迪的磷酸鐵鋰電池比起來，特斯拉的電池的確能量密度更高，但是它的循環(huán)壽命和磷酸鐵鋰卻有兩倍左右的差距。
特斯拉 18650 和寶馬 i3 電池的循環(huán)壽命對(duì)比
等等。
特斯拉不是續(xù)航里程高，電池能量密度高，可以慢充也可以快充，同時(shí)衰減得也很慢嗎。
特斯拉的這張續(xù)航里程衰減圖被廣為傳播。
來源: 特斯拉論壇
你看圖中的這條曲線，在行駛 20 萬公里之后，特斯拉的續(xù)航里程還能保持在初始續(xù)航里程的 90% 到 95% 之間。
這是來自 286 位 Model S 車主的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
在圖中，車主用他們可計(jì)量的單位「續(xù)航里程」來評(píng)估電池的衰減情況。
這個(gè)沒有問題。
只是，續(xù)航里程代表的是在一次充放電過程中車輛所能行駛的距離。而循環(huán)壽命代表的是在一個(gè)電池有效的生命周期里，可以充放電多少次。
我們來做一個(gè)粗略的數(shù)學(xué)題。
同樣跑 20 萬公里，特斯拉充放電一次跑 500 公里，跑完全程需要充放電 400 次。其他電動(dòng)車充放電一次跑 200 公里，跑完全程需要充放電 1000 次。
簡單說，就是電池生命周期總續(xù)航 = 單次續(xù)航里程 ?? 循環(huán)壽命。
也就是說，盡管特斯拉電池的循環(huán)壽命并沒有那么優(yōu)秀，但是它一次充放電可以跑的續(xù)航里程高，則在電池生命周期里，特斯拉能跑的總續(xù)航里程是可以比對(duì)手更高的。
所以，我們看到的結(jié)果是，特斯拉的電池不易于衰減這件事被車主們廣為稱道。
但是，這并不代表特斯拉電池的循環(huán)壽命更高。
鋰離子電池的放電過程
鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的運(yùn)動(dòng)過程。
從學(xué)術(shù)上來說，鋰離子主要做兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，一個(gè)叫嵌入，一個(gè)叫脫出。
鋰離子是嵌在電池結(jié)構(gòu)中的，在每次運(yùn)動(dòng)過程中，鋰離子都要從原來的結(jié)構(gòu)中脫身，跑到另外一邊。張華打了個(gè)比方，這有點(diǎn)像你從一個(gè)房間搬運(yùn)一堆東西到另一個(gè)房間。
不管是放電還是充電，鋰離子都是從電池的一極跑到另外一極。
對(duì)電池壽命的認(rèn)識(shí)，要建立在對(duì)電池結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上。
在充放電過程中，每一次參與運(yùn)動(dòng)的鋰離子越少，對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞越小。每一次參與運(yùn)動(dòng)的鋰離子跑得越慢，對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞也越小。如果鋰離子跑得差不多了，還要持續(xù)從里面抽取鋰離子，對(duì)電池就會(huì)有損傷。
結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定，被破壞得越多，循環(huán)壽命自然就會(huì)變差。所以，我們通常強(qiáng)調(diào)，鋰離子電池的充放電要淺充淺放，不要挑戰(zhàn)電池的「極限」。
其次，我們來關(guān)心材料。
不同的電極材料有不同的電池結(jié)構(gòu)。
我們通過改變電極的材料比例來提高電池的能量密度的時(shí)候，電池的循環(huán)壽命也在發(fā)生變化。比如，特斯拉的 NCA 電池就比比亞迪的磷酸鐵鋰電池循環(huán)壽命更差。
而特斯拉在 21700 電池上應(yīng)用硅碳負(fù)極，硅加得越多，電池結(jié)構(gòu)越容易被破壞，循環(huán)壽命就越容易受到影響。
電極材料對(duì)壽命的影響，也建立在電池結(jié)構(gòu)上。
最后，溫度也是一樣。
零度以下的低溫也會(huì)對(duì)電池的結(jié)構(gòu)帶來負(fù)面影響，甚至是永久損傷。
因此，充放電過程（深度/速度）、電池材料以及溫度這三個(gè)因素，都可以通過對(duì)電池結(jié)構(gòu)的影響，影響電池的循環(huán)壽命。
說到這里，我們順便可以理解一下電池管理系統(tǒng)的作用。
電池管理系統(tǒng)的核心目的就是為了保障電池在性能和壽命上的穩(wěn)定。所以，電池管理系統(tǒng)主要做兩件事，一個(gè)管理內(nèi)部環(huán)境與外界的交互，也就是管理電池的充放電過程。一個(gè)管理外部環(huán)境與電池的交互，也就是溫度（熱）管理。
有人說，車輛上表顯數(shù)據(jù)顯示電池消耗為 0 了，但是車還能再跑一會(huì)兒，這也是防止電池放電深度過高的一種管理。
大電池在充放電過程中可以更任性一點(diǎn)
那電池究竟充放電多少比較合適呢？
我們來認(rèn)識(shí)三個(gè)詞。一個(gè)是 SoC（State of Capacity），表示電池的當(dāng)前容量。一個(gè)是 DoD（Depth of Discharge），表示電池放電的深度。還有一個(gè)是 C（Current），表示電池充放電的倍率。
深度和速度，是充放電過程中的重要影響因素。
SoC 和 DoD
首先來看深度。
電池放電的深度是跟整個(gè)電池的容量有關(guān)的。
比如說特斯拉的電池是 90 度電，其他電動(dòng)車 45 度電。同樣開百公里 5 秒，特斯拉用了 0.1% 的電池容量，其他電動(dòng)車用了 0.2% 的電池容量，對(duì)電池的傷害程度是不同的。
放電深度對(duì)循環(huán)壽命的影響，來源: Stephen Grinwis ；
也就是說，深度考察的不是絕對(duì)數(shù)值，而是容量比例。大電池在這里占了一定的優(yōu)勢。
而在速度上，充放電的倍率越高，所需要的時(shí)間就越短，循環(huán)壽命也會(huì)越短。
在同一輛車上，迅速地啟動(dòng)，和緩慢地啟動(dòng)，對(duì)電池的消耗是不一樣的，損傷也是不一樣的?？焖偌铀伲喈?dāng)于電池快速地放電。
那我們期待的快速充電對(duì)電池是不是有損耗呢？
肯定有，但我們更關(guān)心的問題是，這個(gè)損耗有多大。
如果一般充電樁慢充的循環(huán)壽命是 700 次，相匹配的快充的循環(huán)壽命是 500 次，對(duì)正常用車影響不會(huì)特別大。如果慢充的循環(huán)壽命是 700 次，快充的循環(huán)壽命是 100 次，那強(qiáng)推快充就沒有太大意義了。這也是為什么不建議用充 Macbook 的電源去充 iPhone 的原因。
而談到不同的車型，由于特斯拉電池大，在同樣的加速度下，電流更小，相當(dāng)于是一次慢放過程。從慢放的角度來說，電池衰減得更慢。
如果在這個(gè)基礎(chǔ)上，把電池的充放電速度提升 25% 。那么特斯拉的 25% 增速是 0.1% 的 25% ，其他電動(dòng)車的 25% 增速是 0.2% 的 25% ，結(jié)果是不同的。
在駕駛過程中，同樣一次充放電過程，特斯拉消耗的電池容量比例低，進(jìn)而降低了循環(huán)壽命的負(fù)面影響。
所以說，特斯拉用大電池，彌補(bǔ)了循環(huán)壽命的缺點(diǎn)。盡管特斯拉電池可用的次數(shù)少，但是它跑得遠(yuǎn)啊。
這也是為什么，盡管特斯拉循環(huán)壽命不高，但是用戶在感知上認(rèn)為特斯拉的電池是足夠使用的。
這就是在和張華交流的過程中，讓我感受最深的一點(diǎn)。
看上去特斯拉所采用的 NCA 電池有很多短板，然而特斯拉通過電芯數(shù)量的堆積克服了電池性能上的短板。
我們以為做的是加法，但這卻不是你以為的那種簡單的加法。
當(dāng)然，張華并不推崇盲目提高電池續(xù)航，犧牲電池其他性能的做法。畢竟，電池續(xù)航數(shù)字是最容易被評(píng)估的，而對(duì)電池的其他性能則需要車主們付出大量時(shí)間才能體驗(yàn)到。
