鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1538次 | 2021年04月15日
該怎么樣評價(jià)新能源汽車的電池性能和安全性呢
該如何評價(jià)新能源汽車電池的性能和安全性？這個(gè)問題太大，應(yīng)該從兩個(gè)層次進(jìn)行分析：1、單體電池；2、電池系統(tǒng)
一、新能源汽車電池是一個(gè)系統(tǒng)工程
影響電池性能和安全性的不僅僅是電池材料，還與電池組、動力系統(tǒng)、整車等有關(guān)。
特斯拉的電池在新能源車領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先水平，不僅單體容量小，而且成熟、穩(wěn)定、一致性高。
除了電池的優(yōu)異性，特斯拉的電池管理系統(tǒng)（BMS）也相當(dāng)不錯(cuò)。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
據(jù)說ModelS的電池組由7000+節(jié)的電池組成，其BMS可以供應(yīng)精確的電池健康狀態(tài)預(yù)估技術(shù)、診斷預(yù)警技術(shù)、電池平衡管理技術(shù)。
每個(gè)18650電池都有導(dǎo)熱的管路，并且管路多采用絕緣帶進(jìn)行包裹，以防電池與外殼發(fā)生短路
每一組電池組都有獨(dú)立的電池管理系統(tǒng)，在電池板的輸出端同樣有電池板的電池管理系統(tǒng)由于BMS的不同，即使其他純電動汽車電池容量相同，在續(xù)航、電池壽命、充電時(shí)間等方面的表現(xiàn)也不如特斯拉。
二、電池的多維度性能平衡
假如你的電池系統(tǒng)已經(jīng)非常成熟，各個(gè)部門之間協(xié)調(diào)度高，這時(shí)候就要從各大電池供應(yīng)商采購符合整車要求的電池。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
廠家一般會綜合的把各個(gè)參數(shù)繪制成蜘蛛圖，然后根據(jù)實(shí)際的情況來選擇：
考核電池基本性能的蜘蛛圖
大家玩NBA2K的時(shí)候，也會根據(jù)比賽的實(shí)際情況和球員的特點(diǎn)安排上場。
比如場上比分焦灼，球隊(duì)陷入了進(jìn)攻停滯，這時(shí)候要一個(gè)投射能力強(qiáng)，可以帶動全隊(duì)的球員，通過下圖可以分析，斯蒂芬?guī)炖镌趫鼍梅?、助攻和搶斷方面則優(yōu)于小喬丹，所以，假如你是教練，這時(shí)候應(yīng)該換上庫里了。
那上一個(gè)僅僅是得分超強(qiáng)的球員呢，后果可能是防守端敗下陣來。
選電池和選球員時(shí)一個(gè)道理，沒必要為了其中的一個(gè)續(xù)航性能而新增電池?cái)?shù)量或者加大能量密度。
因?yàn)橐皇侵圃斐鰜淼能噧r(jià)格非常貴，老百姓買不起，二是在安全方面也很難把控。只要在特定的場景下選擇合適的電池即可。
對電池的參數(shù)，我們簡單解釋下：
1、能量密度
電池的能量密度，指單位重量或者單位體積內(nèi)包含的能量。這個(gè)指標(biāo)是越大越好，畢竟?jié)饪s的都是精華嘛。當(dāng)然，這是理想狀態(tài)，實(shí)際上，能量密度會受制于各種因素。
比如隨著能量密度的提高，電池的安全性和安全冗余邊界將會受到限制，這時(shí)候關(guān)于車輛而言，要做更多的工作。
能量密度還會直接和補(bǔ)貼掛鉤，2017年新能源汽車補(bǔ)貼政策明確指出：
純電動乘用車動力鋰電池系統(tǒng)的質(zhì)量能量密度不低于90Wh/kg，對高于120Wh/kg的按1.1倍給予補(bǔ)貼。
2、充放電倍率
是指電池以多快的速度儲存電能，又以多快的速度釋放電能。
同樣的一桶水潑在頭上，輕輕地倒和猛烈地倒，爽的程度是不相同的。
充放電倍率指標(biāo)在新能源車的日常使用中，也顯得尤為重要。
假如你開了一輛新能源汽車去約會，半路沒電了，充電倍率又特別低，2小時(shí)充電才能保證到達(dá)目的地，那姑娘早生氣離你而去了。
特斯拉Roadster2，據(jù)說在電機(jī)沒有大幅度性能提升的同時(shí)，用犧牲車內(nèi)空間的方式，塞入了200kwh的電池，打造出了一臺性能怪獸。當(dāng)時(shí)還有人質(zhì)疑，為何會采用這么大的電池？
其實(shí)特斯拉不是為了續(xù)航，而是放電。2.1s破百，10000Nm扭矩，與高放電倍率是分不開的。
3、電池壽命
壽命，是動力鋰電池應(yīng)用在汽車上最為關(guān)鍵性指標(biāo)之一。關(guān)于普通家庭用車來說，目前市面上動力鋰電池的壽命都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了消費(fèi)者實(shí)際的使用習(xí)慣，因此關(guān)于壽命問題，消費(fèi)者可以完全放心。
4、高低溫性能
包括低溫性能和高溫性能，我們一般表征電池的工作溫度，而工作溫度與電池的功率輸出卻有直接關(guān)系。
比如我們要設(shè)計(jì)一輛電動除雪車，這車面向俄羅斯，我國東北，日本北海道市場，那么選擇電池時(shí)就對低溫性能格外關(guān)注，而高溫性能可以適當(dāng)舍棄。
5、安全性
曾經(jīng)某品牌手機(jī)電池起火爆炸事件，將鋰離子電池的安全性問題推到了風(fēng)口浪尖，這個(gè)問題也是消費(fèi)者最直觀，最關(guān)心的。
動力鋰電池的安全性要從電池和系統(tǒng)兩個(gè)層次進(jìn)行分析。電池材料安全，并不代表造出來的車就是安全。
除了電池最基本的電化學(xué)體系以及電極、電芯結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)之外，還與電池管理系統(tǒng)、工作溫度范圍、新能源汽車的合理使用條件等有關(guān)。
三、磷酸鐵鋰離子電池VS三元鋰離子電池
下面針對樓主的提問，結(jié)合以上兩個(gè)層次的分析，看下目前市面上使用率最高的兩款動力鋰電池磷酸鐵鋰和三元鋰離子電池孰優(yōu)孰劣？
1、市場分析
●市場規(guī)模
2017年我國鋰電正極材料產(chǎn)量占比通過起點(diǎn)研究院了解到，2017年，鋰電正極材料產(chǎn)量中，總產(chǎn)量8.6萬噸，同比上升58.38%，而磷酸鐵鋰2017年總產(chǎn)量5.8萬噸，同比上升基本持平，只有1.75%。
三元材料成為上升最快，占比最多的正極材料。
●產(chǎn)量規(guī)劃
我們再來比較下2016年和2017年四家動力鋰電池廠商的產(chǎn)量規(guī)劃
從上圖可以看出，一直鐘愛磷酸鐵鋰離子電池的比亞迪，在2017年保持磷酸鐵鋰產(chǎn)量不變的情況下，加大了三元鋰離子電池的產(chǎn)量。
比亞迪在18年媒體答謝會上也表示，未來旗下的e5、秦EV、宋EV這三款純電動汽車型均會換上全新的三元鋰離子電池組，這說明比亞迪在乘用車領(lǐng)域已經(jīng)放棄了引以為傲的磷酸鐵鋰離子電池了。
2、性能分析
●能量密度
數(shù)據(jù)表明，磷酸鐵鋰離子電池的能量密度遠(yuǎn)不及三元鋰離子電池，但卻比三元鋰離子電池有更好的安全性。
經(jīng)過了解，目前磷酸鐵鋰單體電池的密度在110-120Wh/kg，行業(yè)巨頭比亞迪據(jù)說能做到150Wh/kg。
三元鋰離子電池卻可以輕松破200Wh/kg，比如特斯拉采用的松下18650三元鋰離子電池，能量密度就達(dá)到了233Wh/kg。
因?yàn)槟芰棵芏群蛧倚履茉闯擞密囇a(bǔ)貼直接掛鉤，多數(shù)使用磷酸鐵鋰離子電池的車企想拿到1.1倍補(bǔ)貼（2017年標(biāo)準(zhǔn)，能量密度需達(dá)到120Wh/kg）難度確實(shí)不小。
●充放電倍率
放電性能測試：
當(dāng)充電10C（1C=7.5A）時(shí)，三元材料電池與磷酸鐵鋰材料電池恒流充電容量/總?cè)萘勘壤裏o明顯差距；
當(dāng)充電>10C（1C=7.5A）時(shí)，磷酸鐵鋰離子電池恒流充電容量/總?cè)萘勘壤^小，充電倍率越大，恒流充電容量/總?cè)萘勘壤c三元材料電池差距就越明顯。
由此可見，三元鋰離子電池在充放電倍率方面都要優(yōu)于磷酸鐵鋰離子電池。
●電池壽命
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明（下圖），三元材料電池循3900次剩余容量66%，磷酸鐵鋰離子電池循環(huán)5000次剩余容量84%，由此可見，磷酸鐵鋰離子電池比三元鋰離子電池有更長的循環(huán)使用壽命。
磷酸鐵鋰VS三元鋰離子電池1C常溫循環(huán)
大家也不用擔(dān)心，假如一輛純電動汽車?yán)m(xù)航為250km，你每天上下班里程40km，基本上4-5天充一次。循環(huán)充電1000次，可以用8-10年左右，這也到了大多數(shù)車報(bào)廢的時(shí)間了。
并且，如榮威ERX5，還承諾電池8年20萬公里衰減不超過30%。目前，這項(xiàng)質(zhì)保在國內(nèi)還是唯一的。
●高低溫性能
我們看一組磷酸鐵鋰離子電池與三元鋰離子電池在不同溫度下的比較：
相對25℃容量是指不同溫度條件下放電容量與25℃時(shí)放電容量的比值。該數(shù)值能夠準(zhǔn)確反映出電池在不同溫度條件下續(xù)航的衰減，越接近100%，電池表現(xiàn)越好。
從上圖中能夠看出，以25℃為基準(zhǔn)常溫，兩類電池在高溫55℃與常溫25℃下，放電容量幾乎沒有差別。但在零下20℃時(shí)，三元鋰離子電池的表現(xiàn)就明顯優(yōu)于磷酸鐵鋰離子電池。
3、安全分析
要從兩方面說下電池的安全性，一是電池材料，二是國家標(biāo)準(zhǔn)。
●電池材料。
三元鋰和磷酸鐵鋰材料在達(dá)到一定溫度都會發(fā)生分解，只不過三元鋰材料會在200度左右發(fā)生分解，磷酸鐵鋰材料則要800度。當(dāng)發(fā)生分解時(shí)，三元鋰材料中的化學(xué)反應(yīng)會更加劇烈。由此可見，三元材料相比磷酸鐵鋰確實(shí)存在安全性較差的問題，但我們?nèi)匀豢梢圆扇≡S多技術(shù)來提升三元材料的安全性。
其實(shí)電動商用車的安全絕不是不使用三元材料動力鋰電池就可以提高的，如深圳電動公交車充電時(shí)起火、杭州某公交著火事故用的都是磷酸鐵鋰離子電池。
這說明單體材料安全性并不能代表動力鋰電池系統(tǒng)或整車的安全性。
廠家為了提高電池的安全性能，還通過包括海水浸泡，針刺火燒等嚴(yán)苛考驗(yàn)的硬件測試，軟件方面則以ASIL-D為設(shè)計(jì)目標(biāo)。其中的軟硬件所有內(nèi)容都通過UL2580標(biāo)準(zhǔn)。
●國家標(biāo)準(zhǔn)
俗話說，無規(guī)矩不成方圓，即便電池及電池系統(tǒng)做的再好，也難免不出現(xiàn)安全隱患及事故。
2018年一月二十四日，工信部公布了《有關(guān)征求《電動汽車安全要求》等3項(xiàng)強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）意見的通知》。這就相當(dāng)于把電池安全予以統(tǒng)一強(qiáng)制量化，設(shè)置一個(gè)最基本的安全底線。
1、針對新能源汽車行業(yè)中的動力鋰離子電池結(jié)構(gòu)安全性能進(jìn)行仿真分析，依據(jù)《GB/T31467.3-2015電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng)測試規(guī)程》第3部分的安全性要求與測試方法進(jìn)行電池模組及電池包的極限強(qiáng)度、振動、機(jī)械沖擊、擠壓、模擬碰撞、跌落等各種類型的仿真問題進(jìn)行分析。學(xué)習(xí)并掌握行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)測試內(nèi)容及對應(yīng)的仿真分析方法以及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
2、針對新能源汽車行業(yè)中的動力鋰離子電池?zé)峁芾硇阅苓M(jìn)行仿真分析，學(xué)習(xí)并掌握不同工況下的電池包瞬態(tài)熱仿真，掌握電池包的流場及溫度場仿真，并能夠進(jìn)行電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)匹配分析。
3、針對儲能系統(tǒng)中的鋰離子電池結(jié)構(gòu)安全性能進(jìn)行仿真，依據(jù)UN38.3鋰離子電池貨物運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)和公路運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電池包、電池機(jī)架進(jìn)行振動和機(jī)械沖擊性能等仿真，并對儲能系統(tǒng)集裝箱進(jìn)行吊裝及跌落仿真。學(xué)習(xí)并掌握行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)測試內(nèi)容及對應(yīng)的仿真分析方法以及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
4、針對儲能系統(tǒng)中鋰離子電池?zé)嵝阅苓M(jìn)行仿真，學(xué)習(xí)并掌握不同工況下電池包的流場和溫度場仿真，并掌握儲能系統(tǒng)流場及溫度場仿真。
5、通過豐富的分析案例介紹，掌握新能源汽車行業(yè)以及儲能行業(yè)中的鋰離子電池結(jié)構(gòu)性能仿真和熱性能仿真技術(shù)。能根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和公司標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建新能源系統(tǒng)中鋰離子電池的仿真體系和仿真標(biāo)準(zhǔn)
