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低溫鋰電池

動力電池容量衰減嚴重影響續航能力

鉅大LARGE  |  點擊量:1247次  |  2018年07月23日  

摘要
大到純電動汽車,小到電腦、手機等電子產品,電池的續航能力始終受到消費者的高度關注,就連最近三星note7爆炸事件,也被一些專家歸咎為開發商過多追求續航能力而忽略了電池的安全隱患。受電池困擾的企業不止三星一家,最近微軟Surface Pro3的電池也出現了問題,部分用戶反映,內部搭載LGC電池的Surface Pro3在升級之后續航時間嚴重縮水。

大到純電動汽車,小到電腦、手機等電子產品,電池的續航能力始終受到消費者的高度關注,就連最近三星note7爆炸事件,也被一些專家歸咎為開發商過多追求續航能力而忽略了電池的安全隱患。受電池困擾的企業不止三星一家,最近微軟SurfacePro3的電池也出現了問題,部分用戶反映,內部搭載LGC電池的SurfacePro3在升級之后續航時間嚴重縮水。


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鋰離子電池容量為什么會衰減?


鋰離子電池是繼鎘鎳電池、氫鎳電池之后發展最快的二次電池。鋰離子電池的應用很大程度取決于其充放電循環的穩定性,和其它二次電池一樣,鋰離子電池在循環過程中容量衰減是不可避免的。


鋰離子電池在兩個電極間發生嵌入反應時具有不同的嵌入能量,而為了得到電池的最佳性能,兩個宿主電極的容量比應該保持一個平衡值。如果容量比過大或者過小,就會導致負極材料被過充電而存在安全隱患,或者負極不能被完全利用。


對于理想的鋰離子電池系統,在其循環周期內容量平衡不發生改變,每次循環中的初始容量為一定值,然而實際上情況卻復雜得多。任何能夠產生或消耗鋰離子或電子的副反應都可能導致電池容量平衡的改變,一旦電池的容量平衡狀態發生改變,這種改變就是不可逆的,并且可以通過多次循環進行累積,對電池性能產生嚴重影響。


在鋰離子電池中,除了鋰離子脫嵌時發生的氧化還原反應外,還存在著大量的副反應,如正負極過充反應、電解液分解、自放電、活性物質溶解、金屬鋰沉積等,這些都會造成電池內容量平衡被破壞,導致鋰電池發生永久性容量損失。此外,極溫環境等外在因素也會造成鋰電池容量暫時下降。


動力電池衰減嚴重影響續航能力


近兩年來,我國大力推廣新能源汽車產業發展,然而在新興產業發展的初級階段,總會暴露一些問題,動力電池衰減問題也正在成為阻礙新能源汽車發展的瓶頸。


低溫是電池殺手。在冬季嚴寒天氣下,純電動汽車的鋰電池由于活性降低、需要長時間為空調供電等原因,續航里程出現一定程度縮減是正常的。尤其是空調的使用更是極大縮短了電動汽車的續航里程,這是因為汽油車是依靠發動機散熱來提供暖風,不會增加油耗,而電動汽車由于沒有發動機散熱一說,需要消耗更多的電量來制熱。這也是消費者抱怨電動汽車續航里程普遍虛高的原因之一,即便是特斯拉的用戶也不能幸免。在特斯拉的全球第二大市場挪威,有不少關于ModelS用戶抱怨氣溫降至0度以下時汽車續航里程驟降以及充電困難的案例。特斯拉公司也承認,當氣溫低于0度時,ModelS會遭遇充電難問題。


單體電池差異和BMS系統水平低導致電池衰減。動力電池組是由大量單體電芯組合而成,根據電池廠家制造水平的不同,電池組中單體電池之間的差異性的大小也不盡相同。鋰電池經過多次反復充、放電循環之后,各串電池電量之間的差異會越來越大。


由于BMS電池管理系統的過充和過放保護,充電時電量最高的那串電池充滿即停止充電,其他各串則無法充滿;放電時電量最低的那串電池放完即停止放電,其他各串無法放完電;鋰電池包的“虛電”(無法使用的電量)逐步增多,鋰電池包實際有效電量大大下降,電動汽車續航里程持續下降。如果不能及時進行均衡,電量低的電池串放電深度越深,壽命就越容易縮短,甚至出現個別電池損壞的情況。但不少廠家對BMS均衡功能的重要性認識不足,并且基于成本上的考慮,當前很多電動汽車鋰電池包BMS都沒有配置均衡功能,或者只是配置了簡單的被動均衡功能,導致電池包各串電池之間出現差異后無法及時修復。


車主使用過程中操作不當引起續航里程衰減。上文提到,過充和過放都會導致電池容量減損,車主充電時間過長,或者駕駛時不考慮電池余量直到愛車趴窩,這些都會影響動力電池的續航里程和使用壽命。此外,由于鋰電池長久不用會出現自放電現象,這也會對動力電池造成損害。因此,當電動汽車一段時間內不使用時,需要每隔一段時間啟動一次汽車,給電池充下電。


動力電池質保條款正逐步完善


目前,國內絕大多數在售的新能源車產品,在電池質保條件上,卻有很多模糊地帶和問題。這些問題,隨著國產新能源車產品保有量和保有時間的增加,也逐漸浮出水面。雖然國產新能源汽車對整車和關鍵零部件都提出了質保的時間和里程條款,但是沒有說明電池質保的條件,導致消費者購買新能源汽車后,發現電池衰減問題,與經銷商發生了很多糾紛。


近期,北京新能源汽車產業協會發布了《北京市示范應用新能源小客車售后服務規范(征求意見稿)》?!兑幏丁分刑岢鲂履茉葱】蛙噭恿﹄姵丶肮芾硐到y、驅動電機及其控制器、整車控制器等關鍵零部件保修期不低于8年或12萬公里,以先到者為準;新能源小客車自銷售者開具購車發票之日起60日內或者行駛里程在3000公里之內(以先到者為準),動力電池、驅動電機的主要零件出現產品質量問題的,消費者可以選擇免費更換動力電池、驅動電機。


電池中國網認為,我國新能源汽車在發展之初,出現一些問題在所難免。隨著動力電池廠家及整車企業技術水平的提高,這些問題將會逐步得到緩解或解決。目前我國動力電池相關質保條款還在構建中,整個體系有待完善,必要時可以借鑒日德等國家的相關條例。

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