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文｜张超 人们为什么不愿意买电动汽车？ 除了担心家里没地方充电，出门跑不了长途，另一大顾虑就是电池衰减问题。 
传统印象中，“电动车跑个十万八万公里，电池就报废了”，“换个电池又要十万八万，比买台新车还贵”。外加电池在车辆成本中占了大头，电动汽车的二手保值率也令人堪忧。 
可是电动汽车发展到今天，动力电池真的还像手机电池那样短命吗？ 最近，美国特斯拉Model 3车主卡齐·伊玛晒出一份里程清单，他的Model 3在2年中跑了10万英里（约16.1万公里），目前100%电量可以续航491公里，比新车时仅衰减了5%。  卡齐·伊玛的Model 3
特斯拉的电池衰减特别慢特斯拉的槽点很多，但鲜有人吐槽特斯拉的电池寿命。 在美国特斯拉车主社区Teslanomics上，一份针对2636辆特斯拉（多车型）电池健康状况的车主调查显示，大部分特斯拉在行驶10万英里（约16.1万公里）后，电池组仍保持了90%以上的有效容量。  Teslanomics针对特斯拉车主的调查
来自荷兰和比利时的1462位特斯拉车主，也贡献过一份调查报告：在前5万英里（8.1万公里），电池组普遍保持了95%有效容量，直到10万英里（16.06万公里），大部分电池组有效容量仍保持在92%以上。 
特斯拉的电池寿命，不仅获得车主普遍认可，也经受过极端工况考验。 美国加州班车服务公司Tesloop，一直用特斯拉营运。 2016年，Tesloop第一辆Model S 90D投入营运，到2018年就跑到了40万英里（约64.4万公里），期间两次更换电池组。  2018年，Tesloop第一辆Model S 90D跑到了40万英里
原装电池组坚持到19.4万英里（约31.2万公里）才被更换，而且当时电池容量只衰减了6%。 新换的电池组寿命略短，在32.4万英里（约52.1万公里）就被换下，而且衰退幅度达到了22%，算是开报废了，但这组电池其实也跑了20.9万公里，而且特斯拉官方认为，这套电池组存在组装缺陷。  Tesloop的特斯拉
Tesloop还有一辆Model X，开到16万英里（约25.8万公里）时，电池只衰减了不到10%，直到32.5万英里（52.3万公里）首次更换电池组时，也才衰减了13%。 以这种衰减速度看，特斯拉车主几乎无需为电池寿命担心。 
当然，不是所有的电动汽车都叫特斯拉。 2019年，加拿大远程信息处理公司Geotab，通过收集全球6000辆纯电动车的使用数据，得出纯电动汽车平均每年衰减2.3%电量的结论。 调查涵盖2012年至2019年发布的64款电动汽车，作为全球最畅销纯电动车型之一，日产聆风表现却非常糟糕。 
同为搭载24kWh电池组的车型，2013款聆风的电池在第7年衰减了20%，2014款的电池更短命，第5年就衰减了20%；2016款聆风更换了采用新技术的电池组，电池容量在第4年才下降了8%。 
搭载24kWh电池组的聆风，2014年时曾以启辰晨风之名国产，这款车的车主论坛里，近年来最热门的帖子就是怎么换电池。 其中一位车主说，自己在2016年12月提了最后一批晨风，今年6月初跑到10万公里，电池容量还剩79.1%。 
也就是说，10万公里电池报废的说法，在老款聆风上完全成立。 影响电池寿命的关键因素都是锂电池，为什么特斯拉的电池寿命远胜聆风？ 答案似乎很简单——电池寿命，主要取决于完全充放电循环次数。  电池放电过程，红色的为锂离子
特斯拉Model S 90D实际续航超过400公里，每年跑2万公里，也就50次循环；24kWh电池组聆风的官方续航才175公里，同样跑2万公里，每年需要114次循环。  电池充电过程，红色的为锂离子
5年跑完10万公里，Model S 90D才经历过250次循环，电池还很“年轻”，聆风却多经历了320次循环，电池自然短命。 续航里程碾压聆风，是因为特斯拉采用了能量密度更高的三元锂电池，聆风却选择了更保守的方案——锰酸锂电池。  特斯拉的三元锂电池
保守，也可以说是信心不足，而特斯拉敢于使用更激进的电池方案，信心基于他们的BMS系统（电池管理系统），这是电控技术的最核心功能，也是电动汽车除电池系统、电机系统外的一大关键系统。 BMS系统，主要是为了降低电芯不一致性，对电池组安全和寿命的危害。  特斯拉的电池管理系统
无论电动汽车用哪种锂电池，构成动力电池单元的电池组，都是由一颗颗电芯（电池单体）串、并联而成。 正如世界上没有两片完全相同的树叶，电池厂商也永远造不出两颗容量、内阻、开路电压完全一致的电芯。 
这种个体差异在出厂初始状态非常细微，却会随着电池组连续充放电循环而累计，导致各电芯SOC(荷电状态，SOC=0表示电池完全放电，SOC=1表示电池完全充满)、电压等状态越来越不一致。 这种电芯间的不一致性，会从两方面影响电池寿命： 一，电池组所有电芯同步充放电，因此电池组容量遵循木桶原理，取决于容量最差的那颗电芯。 
二，不同电芯内阻不同，电流通过，内阻大的电芯发热更多，温度过高又会加速电芯劣化，劣化进一步升高内阻，恶性循环反复作用，一旦高内阻电芯寿命终结，整个电池组就跟着寿终正寝。 电芯不一致性危害太大，所以电动汽车就需要用BMS系统（电池管理系统）做电池均衡，消除不同电芯的SOC差异，最大化整个电池组的可利用容量。  不同电池内部有不同的情况
具体来说，BMS会通过传感器收集每个电芯和电池组的温度、电压、电流数据，再根据每个电芯的实际情况，来分配如何充电，比如哪个电芯已经充满可以停止充电等，防止电芯不一致性随着时间推移扩大。 特斯拉的电池长寿“秘方”对于特斯拉来说，三元锂电池的高温安全性较差，电芯不一致性带来的危害更大。 为了将电芯初始不一致性降到极致，特斯拉直接采用了制造工艺最成熟的18650锂电池（简称圆柱形锂电池），而不是锂聚合物软包电池。  Model 3用的松下三元锂电池
这又带来了新的挑战。 18650锂电池单体容量很低，要为Model S提供充沛动力，整个电池包需要7104节锂电池，每444节18650锂电池组成一个电池组，16个电池组密密麻麻阵列排布在底盘上。  特斯拉电池包
为了同时管理好7104个电芯，特斯拉研发出了性能极为强悍的BMS系统，还使用了液冷温控——冷却液通过铝管进入电池组内部，为电池做降温保护。 此外，特斯拉每一组电池都有独立的BMS系统、独立的泄爆路径和独立的防爆阀，甚至每一节电池都由单独的保险丝连接，一旦其中一节温度过高，保险丝会自动熔断，保护整个电池组。  三元锂电池充电示意图
反观日产聆风，方案却很纠结，一方面选择了成本低、稳定性强但能量密度偏低的锰酸锂电池，一方面为了集聚更高能量密度，使用了锂聚合物软包电池，每4个电池片叠成一个单元，总共48个锂电池单元。  日产聆风和特斯拉model S电池对比
锂聚合物软包电池的一致性不如18650锂电池，但胜在厚度薄、表面大，均热、散热能力不错，因此聆风出于成本考虑，自信地采用了空气冷却系统，结果却是经常发生电池过热，不但电池寿命大打折扣，而且在美国等地，还引发过高温天续航普遍大幅缩减的投诉。 
由此可见，特斯拉电池寿命的超长待机，主要在于采用了续航更长的三元锂电池，技术更先进的BMS系统和温控更有效的液冷系统。 反过来说，以聆风为代表的早期电动汽车，10万公里电池报废，也是因为这三块做得不好。 为什么现在不用担心电池衰减如今，特斯拉的三元锂电池、BMS系统+液冷系统方案，早已成为市场主流，近两年推出的新车型，实际续航里程都能超过400公里。 
根据国家最新质量认证标准，500次循环荷电量不低于90%，1000次循环荷电量不低于80%计，也就是说，一辆续航400公里的电动汽车，理论上讲电池行驶40万公里之后才会报废。 马斯克也公开表示，Model 3电池最低使用寿命为1500次充电循环，可以保证它行驶48-80万公里。 
不过，40万公里终究只是个理论值，因为电池衰减还会受到车主使用习惯的影响。 洛杉矶人亚瑟·德里森，是全球第一个将Model 3开到10万英里（16.06万公里）的车主，当时他的Model 3电池只衰减了2.5%，比卡齐·伊玛的车更低，而且他在全美自驾游期间，基本依赖特斯拉超级充电站网络充电。  亚瑟·德里森和他的特斯拉
德里森透露，他一直坚持浅充浅放，10万英里内只有两次将电量跑至10%以下，使用超充时也从不会一次充超过60%的电。 浅充浅放的习惯，确实有益于电池健康。 因为锂电池的充放电过程，就是锂离子嵌入脱出的过程，每次参与运动的锂离子越少，跑得越慢，对结构破坏就越小。  放电深度（DOD）越大电池寿命越短
特斯拉也建议用户，不要经常用超级充电站充电，不要经常将电量充到100%，在低电荷状态下完成行驶之后，建议等3小时再充电。 也有试验显示：40%的DOD（放电深度）对延长电池寿命最佳，比如从100%SOC放电到60%左右。  40%的DOD可延长电池寿命
现在你也许懂了，为什么手机电池衰减这么厉害——不仅放电循环次数多，而且放电深度也高。 国家工信部规定，从2016年起，车企对电池、电机等核心部件必须提供8年或12万公里质保(以先到者为准)，很多企业也据此出台了保修政策。 通常，质保期内电池衰减超过20%，更换和维修费用均由车企承担，消费者无需担心。 
此外，还有一些中国车企通过“换/租电”模式，减轻消费者对电池衰减问题的顾虑。 除了一直走换电模式的蔚来，上汽、吉利等车企也陆续推出了可换电车型。 最后，电池技术仍在进步。  宁德时代电池制造工厂
宁德时代已研发出零衰减电池，可实现1500次循环内的零衰减，总循环寿命可达1.2万次，目前这项技术已用于福建晋江的储能电站试点项目，未来也可能用于车辆动力电池。 总而言之，如果你买的是大厂生产的主流电动汽车，而且不是用它来跑滴滴，如今几乎无需为电池衰减担心。 参考资料： Electrek：Tesla Model 3 with 100,000 miles shows extreme low cost and minimal battery degradation Geotab：What can 6,000 electric vehicles tell us about EV battery health? Fleet Europe：The truth about battery degradation Clean Technica: New Data Shows Heat & Fast-Charging Responsible For More Battery Degradation Than Age Or Mileage Forbes :The Clock Is Ticking On Electric Car Batteries - And How Long They Will Last A review on the key issues of the lithium ion battery degradation among the whole life cycle
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狗仔卡
发表于 2020-11-29 12:16
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