上一篇我們講的是《特斯拉的電池續(xù)航能力到底有多強？》。今天我們談藝術(shù)。不要緊張，你沒看錯，就是藝術(shù)。今天我們談關(guān)于電池性能的平衡的藝術(shù)。

這是在我和張華博士聊完之后，最強烈的感受。【本文嘉賓是張華博士：復(fù)旦大學(xué)材料物理專業(yè)本科，美國加州大學(xué)洛杉磯分校材料科學(xué)與工程博士，發(fā)射資本董事?！?/p>

我問張華，目前動力電池的續(xù)航究竟還可以提升多少，快速充電可以有多快，有什么辦法可以減少電池的衰減。

張華回了我一句，你要是覺得有一個電池，續(xù)航超級牛逼，對其他性能又沒有影響，那你可能就太過于天真。

電池是一個很全方位的產(chǎn)品，你要提升某一方面的性能，注定會犧牲其他方面的性能，你得到一樣?xùn)|西，注定會失去一樣?xùn)|西，這是電池設(shè)計研發(fā)的理解基礎(chǔ)。

我楞了一下，沒想到我濃濃的八卦之魂突然進入了禪定時刻。

張華是誰？

在寫完《特斯拉的電池續(xù)航能力到底有多強？》之后，我在微博和朋友圈預(yù)告過，電池系列會有續(xù)篇。只是，和之前不同的是，這次我邀請了一位比我更了解電池的朋友，來幫助我一起完成關(guān)于電池性能的系列內(nèi)容。

張華，就是我提到的這位朋友。他是畢業(yè)于 UCLA 的材料科學(xué)與工程專業(yè)的博士，同時也是發(fā)射資本的董事，在電池相關(guān)領(lǐng)域深耕多年。在他的幫助下，我們對電池問題的探討可以回到更本質(zhì)的層面上來。

特斯拉能跑很遠沒錯，但是它的循環(huán)壽命并不高

目前業(yè)內(nèi)對電池的主要關(guān)注點是，要降低電池的成本，提高電池的容量，同時又希望電池的壽命不要降低太多，能夠滿足消費者日常的使用。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，你一定要反思一下，它付出的代價到底是什么。

在動力電池的性能上，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溫度的響應(yīng)。能量密度提高，通常的代價是電池的循環(huán)壽命會變差，充放電速度也會變差。

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)計數(shù)據(jù)。在圖中，車主用他們可計量的單位「續(xù)航里程」來評估電池的衰減情況。

這個沒有問題。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電池有效的生命周期里，可以充放電多少次。

我們來做一個粗略的數(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。

電池結(jié)構(gòu)是參透循環(huán)壽命的關(guān)鍵問題

電池的循環(huán)壽命是怎么被影響的呢？首先，我們來看電池是怎么充放電的。

鋰離子電池的放電過程

鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的運動過程。從學(xué)術(shù)上來說，鋰離子主要做兩個運動，一個叫嵌入，一個叫脫出。

鋰離子是嵌在電池結(jié)構(gòu)中的，在每次運動過程中，鋰離子都要從原來的結(jié)構(gòu)中脫身，跑到另外一邊。張華打了個比方，這有點像你從一個房間搬運一堆東西到另一個房間。

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。

對電池壽命的認識，要建立在對電池結(jié)構(gòu)認識的基礎(chǔ)上。在充放電過程中，每一次參與運動的鋰離子越少，對結(jié)構(gòu)的破壞越小。每一次參與運動的鋰離子跑得越慢，對結(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，對電池就會有損傷。

結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定，被破壞得越多，循環(huán)壽命自然就會變差。所以，我們通常強調(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對電池的結(jié)構(gòu)帶來負面影響，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因素，都可以通過對電池結(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

那電池究竟充放電多少比較合適呢？

我們來認識三個詞。一個是 SoC（State of Capacity），表示電池的當(dāng)前容量。一個是 DoD（Depth of Discharge），表示電池放電的深度。還有一個是 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，其他電動車用了 0.2% 的電池容量，對電池的傷害程度是不同的。

放電深度對循環(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，所需要的時間就越短，循環(huán)壽命也會越短。在同一輛車上，迅速地啟動，和緩慢地啟動，對電池的消耗是不一樣的，損傷也是不一樣的。快速加速，相當(dāng)于電池快速地放電。

那我們期待的快速充電對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，對正常用車影響不會特別大。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，進而降低了循環(huán)壽命的負面影響。所以說，特斯拉用大電池，彌補了循環(huán)壽命的缺點。盡管特斯拉電池可用的次數(shù)少，但是它跑得遠啊。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。

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)字是最容易被評估的，而對電池的其他性能則需要車主們付出大量時間才能體驗到。

只是，在目前的充電環(huán)境下，在撬動車主對電動車的興趣下，續(xù)航是一個無法避開的問題。除非，我們要探索其他的新能源，這個話題下次可以繼續(xù)聊。

最后，張華的建議是，電池的充放電深度通常在 20% 到 80% 之間比較好。

返回第一電動網(wǎng)首頁 >