鉅大LARGE | 點擊量：433次 | 2022年03月29日
為什么TSLA電池循環(huán)壽命不好但能跑很遠呢？
鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的運動過程。從學術上來說，鋰離子重要做兩個運動，一個叫嵌入，一個叫脫出。
鋰離子是嵌在電池結(jié)構中的，在每次運動過程中，鋰離子都要從原來的結(jié)構中脫身，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)構認識的基礎上。在充放電過程中，每一次參與運動的鋰離子越少，對結(jié)構的破壞越小。每一次參與運動的鋰離子跑得越慢，對結(jié)構的破壞也越小。假如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」。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
其次，我們來關心材料。不同的電極材料有不同的電池結(jié)構。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離子電池循環(huán)壽命更差。
而特斯拉在21700電池上應用硅碳負極，硅加得越多，電池結(jié)構越容易被破壞，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)構上。
最后，溫度也是相同。零度以下的低溫也會對電池的結(jié)構帶來負面影響，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)的用途。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)重要做兩件事，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（StateofCapacity），表示電池的當前容量。一個是DoD（DepthofDischarge），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的。比如說特斯拉的電池是90度電，其他電動汽車45度電。同樣開百公里5秒，特斯拉用了0.1%的電池容量，其他電動汽車用了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:StephenGrinwis
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，對電池的消耗是不相同的，損傷也是不相同的?？焖偌铀?，相當于電池快速地放電。
那我們期待的快速充電對電池是不是有損耗呢？肯定有，但我們更關心的問題是，這個損耗有多大。
假如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。假如慢充的循環(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。這也是為何不建議用充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，相當于是一次慢放過程。從慢放的角度來說，電池衰減得更慢。
假如在這個基礎上，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%，其他電動汽車的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。這也是為何，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，在撬動車主對電動汽車的興趣下，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。
特斯拉的電池續(xù)航能力到底有多強？
42號車庫，特斯拉的粉絲一直堅定地認為，特斯拉的技術水平是遙遙領先的（不對，這個詞現(xiàn)在已經(jīng)不能隨便用了）。
傳統(tǒng)公司的工程師出來反駁，特斯拉并沒有你們以為的那么牛。粉絲不服，那你們的續(xù)航怎么沒有超過特斯拉？工程師不想解釋，卻在私下嘀咕，我們的能量密度也很高，只是成本太高沒人用而已。
工程師覺得粉絲啥也不懂，粉絲覺得工程師都是老頑固。兩個群體就這么互相標簽化，離多維度地還原事情的本質(zhì)這件事越來越遠。兩邊的對立常常讓我困惑，為何不能好好交流呢。
越來越多的人問我這個問題，特斯拉的電池續(xù)航能力到底有多強。三言兩語說不清，不如嘗試著寫一寫吧。當然，我并不是專業(yè)工程師，有不對的地方歡迎指正。
在試著探討這個問題之前，我們先界定一下這個問題的前提條件，梳理幾個基礎概念。
1、車輛續(xù)航除了跟電池有關以外，還跟不同工況下的運行有關。由于后者的問題比較復雜，今天重要來談電池。
2、電池最重要的性能參數(shù)是能量密度，能量密度有體積能量密度（Wh/L），也有質(zhì)量能量密度（Wh/kg）。我們在電池上更多談論的是質(zhì)量能量密度（Wh/kg），它決定了單位重量的電池所儲存能量的大小。
3、電池的能量密度常常指向兩個不同的數(shù)據(jù)，一個是電池系統(tǒng)的能量密度，一個是電芯的能量密度。
電芯（Cell）是一個電池系統(tǒng)的最小單元，也有人描述為單體電池。你理解為單節(jié)電池就行，比如說，一節(jié)五號電池。M個電芯組成一個模組（Module），N個模組組成一個電池包（Pack），這就是車用動力鋰電池的基本結(jié)構。也有人直接把電池包叫做電池組。
NissanLeaf使用的是軟包電池，從上到下依次為電芯，電池模組和電池包。
其實就是一個很簡單的公式，電池包=N模組=N（M電芯）。
4、由于電池包關系到電池最終的形狀和車輛布置，大部分廠家會選擇采購電芯，自己來做電池系統(tǒng)。電池系統(tǒng)的能量密度和電芯選型有關，比如圓柱電池因為單個電芯容量小，電池系統(tǒng)結(jié)構復雜，在單個電芯能量密度占優(yōu)勢的前提下，電池系統(tǒng)的能量密度相對會低一些。（結(jié)論參考來自麥肯錫的報告）
電動汽車制造商的電池供應鏈策略，原圖來自麥肯錫，42號車庫翻譯。
5、從結(jié)構上劃分，電芯重要有三種類型，方殼電池（Prismatic），軟包電池（Pouch）和圓柱電池（Cylindrical）。
從左到右分別為圓柱電池、方殼電池和軟包電池。
從原材料劃分，電芯有磷酸鐵鋰、鎳鈷錳（NCM）和鎳鈷鋁（NCA）等不同類型，這里的材料重要指的是正極材料。在原材料的影響中，正極材料對電芯的能量密度影響較大。
負極材料普遍以石墨為主，目前主流研究方向在探索硅碳負極的商業(yè)化。電芯的結(jié)構和原材料組成的不同，對電芯的能量密度均有影響。
以上這些內(nèi)容，我再把要點總結(jié)一下。
在我們討論電池對車輛續(xù)航里程的影響時，重要討論的是電池系統(tǒng)的能量密度和總體重量的結(jié)構布置。而電池系統(tǒng)的能量密度重要由電芯正負極材料和結(jié)構選型決定。
建立了框架上的基礎認識之后，我們現(xiàn)在可以針對具體的車型來談細節(jié)了。
我們由大到小來看。首先，是電池包的整體結(jié)構。
在麥肯錫的報告中，提出一個很重要的結(jié)論，那就是不同車輛結(jié)構上布置的電池系統(tǒng)樣式，對電池系統(tǒng)的能量密度大小有重要影響。
關于這一點，我們直接看圖感受。
先來看一看在第二次電動汽車浪潮里，生產(chǎn)了第一款量產(chǎn)電動汽車EV1的老牌廠商通用。
從左到右分別為第一代Volt，第二代Volt，SparkEV和最新款的雪佛蘭Bolt的電池系統(tǒng)。其中，Volt為插電混動車型，SparkEV和Bolt是純電動汽車型，SparkEV是自EV1停產(chǎn)之后通用推出的第一款量產(chǎn)電動汽車型。
