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电动研习社:电动车为何忌讳过充过放

汽车之家 10-20

[ 汽车之家 电动车用车 ] 与以往 iPhone 发布新品一样,不支持 5G 的 iPhone 11 系列同样在发布会后掀起了一阵热潮;吃瓜群众对 iPhone 11 系列褒贬不一,不过我最感兴趣的却是 9 月 19 日推送的 iOS 13.1 新版本系统提供了 " 优化电池充电 " 功能,通过对充电电量、时间的管理来延长电池寿命。在手机界,iPhone 算是打开了充电管理的大门,但在电动车中,这事儿太常见了,其实你的车也许根本充不满电,或者最好不要让它充满电,这你了解吗?

最新推送的 iOS 13.1 系统新增了 " 优化电池充电 " 功能,该功能旨在延长运行 iOS 13.1 设备的电池使用寿命;系统通过学习用户每天的充电习惯,会将电量暂缓充到 80% 以上,在用户需要时才会充至 100%。手机电池的使用条件可能还相对较好,在电动车上,动力电池的使用条件较为恶劣,同时我们又需要一块长寿命的动力电池,所以电动车的锂离子电池早已配备了充电管理功能,切勿过充过放才是正道。

何为锂离子电池

10 月 9 日,2019 年诺贝尔化学奖颁发给了三位为锂离子电池发展做出重要贡献的科学家——约翰 .B. 古迪纳夫(John B. Goodenough)、M. 斯坦利 . 威廷汉(M. Stanley Whittingham )、吉野彰(Akira Yoshino)。如今锂离子电池在二次电池市场,尤其在电动车动力电池市场是 " 香饽饽 ",但在最初,锂离子电池其实是由锂电池演变而来的。

在电池中,我们知道电子是负电荷,应从电池的负极流向正极,这就要求电池负极应是易失去电子的材料,而在化学元素中," 锂 " 正是容易失去电子的元素;所以最初的锂电池正极材料为二氧化锰或亚硫酰氯(金属氧化物或其它氧化剂),而负极材料则为金属锂。

锂电池的放电反应其实是电极发生氧化还原反应,所以锂电池组装完毕、形成闭合回路即带电,不过若对锂金属电池进行充电,其内部容易形成锂结晶,造成电池短路,所以锂金属电池禁止充电,因此也被称为 " 锂一次电池 "。

20 世纪 80 年代,有科学家发现锂离子具有嵌入石墨的特性,并且该过程可逆,所以初步诞生了以碳素材料为负极,以锂化合物为正极的 " 锂电池 "。由于该电池充放电过程并不存在金属锂,只有锂离子参与反应,为了与我们上面所说的 " 锂金属电池 " 区分开,此类电池被称为锂离子电池。与锂金属电池不同,锂离子电池可重复充放电,且充放电反应更安全(由于没有金属锂的存在),我们如今大部分电动车所采用的电池即锂离子电池。

锂离子电池为什么不能过充过放

上面我们说到锂离子电池可重复充放电,但为什么不能过充、过放则与其充放电原理紧密相关。简而言之,锂离子电池的充放电恐怕过程就是锂离子在正负极之间的嵌入、移动、脱嵌的过程;电池充电时,锂离子从正极通过电解液运动到负极,再嵌入到碳层结构;电池放电时,锂离子又从负极碳层脱嵌回到正极。

相信看到这,大家都明白了锂离子电池的充放电与锂离子的运动、电极有关;而过充、过放则有可能对电极造成不可逆的损伤,若过度充电,可能会导致过多锂离子嵌入负极碳层无法脱嵌,若过度放电,可能会导致负极碳层凹陷,使锂离子无法在充电时嵌入其中;久而久之产生的结果就是电池容量降低、寿命缩短。

看到这,是不是有车主朋友担心:我怎么让电池不过充过放呢?总不能盯着它充电吧?其实针对 " 过充过放 " 的问题,各新能源车企已经做出了相应的充电策略设置,比如限制充电电量、预约充电时间等等,尽量避免电池过充就是这些功能的目的之一。

厂商如何保护电池

目前基本绝大部分新能源车型均可进行充电限制 / 预约设置,甚至有一些纯电动车型在出厂时就设置了部分安全电量冗余,目的就是避免动力电池的过充过放。比如奥迪 e-tron 标称的动力电池容量为 95kWh,但实际其电池已锁止了 12% 的电量(不可用),可用容量为 83.6kWh;如此一来,厂商在硬件上通过安全电量冗余就避免了用户对电池过充过放。

奥迪 e-tron 除了电池本身有保护设计外,在车机的充电设置界面,用户也可自行设置最大充电量,若是短途出行,系统将建议用户无需将电量充满,若长途出行,系统才会建议用户将电量充至 100%。如此设计在特斯拉、蔚来等车型上均有配备。

以特斯拉为例,该品牌车型也在 " 充电限制 " 界面划分出了 " 日常出行 "、" 长途出行 " 两项设定;若用户日常出行,特斯拉系统推荐用户将电量充至 50%-90% 之间,并不建议满充,若长途出行,特斯拉则推荐用户将电量充至 90%-100%。同时为了方便用户进行设置,特斯拉在手机 App 端、车机端均设有该功能入口。

蔚来 ES8、ES6 此前可在手机 App 端提供了充电上限设置的入口,2019 年 10 月 10 日起,蔚来开始向 ES6 推送 2.3.0 版本系统(10 月 13 日起向 ES8 推送),在新系统中,蔚来车机中同样提供了充电上限设置入口;该系统同样对日常出行、长途出行给出了建议充电量,前者建议充到 90%,后者建议充到 100%。

不过,以比亚迪为例,传统车企的新能源车型还少有充电上限设置功能,但大部分传统车企的新能源车还是提供了 " 预约充电 " 功能,用户可根据自身需求设置开始充电的时间。如此一来,用户可以在电网谷时充电,节省充电费用、减轻电网压力;其次,该功能可在一定程度上起到充电限制的作用,通过推延充电时间来减少充电量。

从锂离子电池充放电原理上来说,过充过放有可能对电池产生不可逆的损伤,车企们的做法恰好也印证了这一点,越来越多的新能源车型选择为用户提供 " 充电上限 " 选项。至此,我们也可以理解,为什么某些车型的动力电池实际可用容量比标称容量要少,车企先行帮用户避免了过充过放的发生,牺牲部分电量,换来的是尽量延长电池寿命,我觉得这笔 " 生意 " 划算。

对于放电,大部分用户往往在合适、空闲的时间就随手为车辆充电,并不会等到车辆馈电才充电,这不会出现过放现象;但在低温环境下,电池活性降低,相比常温状态更容易出现过放。由于时间关系,很多车主不会盯着时间拔枪,所以往往比较容易出现过充的情况,这时,充电上限设置就起到了作用;对于身边有快充桩的用户来说,只充到 80% 也是很多朋友的选择,一是尽量避免涓流充电,浪费时间,二是避免过充,所以我个人也推荐这种充电方式。

总结:

其实对于电池衰减,车主大可不必担心,因为电动车动力电池组性能较好,同时若电池组衰减超过一定指标(一般为 20%-30%),厂商还将为车主免费更换电池组;截止目前为止,国内还鲜有更换电池组的电动车,这至少可以在一定程度上证明电动车的电池衰减没有我们想象的那么严重。当然,好的电池状态离不开车主的正确维护,相信电动车会给各位朋友带来好的用车体验。(文 / 图 汽车之家 尤冬青)

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