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快充會(huì)讓鋰離子電池壽命縮短4倍嗎?

我們以目前市面上常見的電動(dòng)汽車為例,一般慢充要6-8小時(shí)充滿,普通消費(fèi)者作為上下班通勤使用或許沒有太大的問題,但是關(guān)于一些營運(yùn)車輛,如出租車和物流車等,這么長的充電時(shí)間就完全無法接受了。為了解決這一矛盾,電動(dòng)汽車通常設(shè)置了快充功能,簡單的說就是通過高電壓、大電流在短時(shí)間內(nèi)為車輛充入大部分電量,常規(guī)的快充設(shè)置一般是45min充電80%以上,這在一定程度上解決了充電速度慢的問題。但是在小編看來這樣的快充無異于飲鴆止渴,因?yàn)槟壳暗膭?dòng)力鋰電池獲得更高的補(bǔ)貼,能量密度都做的很高,往往難以兼顧快充能力,因此采用大電流充電時(shí)會(huì)導(dǎo)致電池的壽命衰降速度大大加速,使用壽命顯著的縮短。

北京交通大學(xué)的YangGao等人【1】研究就發(fā)現(xiàn),充電速度關(guān)于鋰離子電池的循環(huán)壽命有著顯著的影響,例如在0.5C倍率(2小時(shí)充滿)充電時(shí),在前150次循環(huán),電池的容量衰降速度為0.02%/次,150-800次循環(huán),衰降速度為0.0156%/次,800次循環(huán)以后的衰降速度為0.0214%/次,但是假如我們將充電速度提高至1.5C倍率(40分鐘充滿)后,則電池的容量衰降會(huì)顯著的加速,達(dá)到0.078%/次,電池的容量衰降速度是0.5C倍率充電的4倍左右。這也就意味著經(jīng)常使用快充會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力鋰電池的壽命嚴(yán)重縮短,可能2到3年就要對原本壽命長達(dá)10年的動(dòng)力鋰電池進(jìn)行更換,我們以某品牌的微型電動(dòng)汽車為例,補(bǔ)貼后整車售價(jià)在5萬元左右,但是更換電池包卻要近6萬元,因此頻繁使用快充會(huì)大幅新增電動(dòng)汽車的使用成本。

快充導(dǎo)致鋰離子電池壽命衰降加速的原因重要來自負(fù)極,鋰離子電池充電的過程中Li+從正極脫出嵌入到負(fù)極,但是Li+在石墨負(fù)極內(nèi)部擴(kuò)散速度較慢,這就相當(dāng)于負(fù)極有一個(gè)門,每分鐘只能過20個(gè)人,但是我們在使用快充的時(shí)候每分鐘會(huì)有100個(gè)人跑到負(fù)極,但是只有20個(gè)人能夠進(jìn)入到負(fù)極內(nèi)部,其他的人就只能堆積的負(fù)極外部,導(dǎo)致負(fù)極表面的Li濃度要明顯高于負(fù)極底部【3】,負(fù)極表面Li濃度過高會(huì)降低負(fù)極表面的電勢,從而加劇SEI膜的生長,導(dǎo)致電池內(nèi)阻的新增。同時(shí)快充會(huì)在鋰離子電池內(nèi)部出現(xiàn)大量的熱量,常規(guī)的表面散熱技術(shù)會(huì)導(dǎo)致鋰離子電池內(nèi)部出現(xiàn)較大的溫度梯度【4】,過高的溫度會(huì)破壞負(fù)極的粘接性能,從而導(dǎo)致負(fù)極活性物質(zhì)的脫落【2】,從而導(dǎo)致電池可逆容量的損失。因此,快充不僅僅會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力鋰電池可逆容量的快速衰降,還會(huì)引起電池內(nèi)阻的新增,從而導(dǎo)致動(dòng)力鋰電池的性能劣化,嚴(yán)重影響動(dòng)力鋰電池的使用壽命。

相比之下,換電技術(shù)是解決動(dòng)力鋰電池充電速度慢更好的方式。顧名思義,所謂換電技術(shù)就是在動(dòng)力鋰電池儲(chǔ)存的電能消耗殆盡時(shí),為電動(dòng)汽車更換一組已經(jīng)充滿電的電池組,從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車瞬間滿血復(fù)活。而更換下來的動(dòng)力鋰電池包,可以通過專用設(shè)備進(jìn)行小電流充電(即慢充),這不僅防止了快充對動(dòng)力鋰電池性能的損害,最大限度的提升了動(dòng)力鋰電池的使用壽命,還防止了動(dòng)力鋰電池壽命衰降后,電動(dòng)汽車貶值的問題,關(guān)于電動(dòng)汽車的推廣應(yīng)用具有重大的意義,尤其是營運(yùn)類車輛,如出租車、網(wǎng)約車、物流車等,在有限的營運(yùn)時(shí)間內(nèi),效率就是金錢,因?yàn)椴挥贸潆姸∠聛淼臅r(shí)間,可以創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益,對司機(jī)群體也是大大利好。

冬季電動(dòng)汽車能效降低一直是司機(jī)們言之不盡的痛點(diǎn),低溫環(huán)境導(dǎo)致電池性能衰減,充電效率低,續(xù)航里程縮水,暖風(fēng)加速電池消耗,平時(shí)每天充1-2次電的出租車,在冬季則可能要充3-5次電,假如不考慮電池?fù)p耗,每次都選擇快充,每天要3-5小時(shí)充電,而假如選擇換電,相當(dāng)于每天新增3-5小時(shí)的營運(yùn)時(shí)間,這也就解釋了為何最近出租車爭相到換電站排隊(duì)入網(wǎng)。

換電其實(shí)并不新奇,早在10年前,以色列的BetterPlace就已經(jīng)提出過換電模式,其創(chuàng)始人非常有遠(yuǎn)見,只是它的商業(yè)模式選錯(cuò)了道路,以私家車為市場列入點(diǎn)進(jìn)行推廣。近年來,我國換電領(lǐng)域冒出一顆新星奧動(dòng)新能源,它的理念跟BetterPlace相仿,但奧動(dòng)的商業(yè)觸覺更加敏銳,他們并非從私家車市場入手,而是從營運(yùn)車輛開始,充分符合國情國策的要求,也能夠?qū)崒?shí)在在的解決營運(yùn)車輛電動(dòng)化運(yùn)營的痛點(diǎn)。

筆者親自到站點(diǎn)考察并計(jì)時(shí),一輛出租車從進(jìn)入換電站到更換完電池包的時(shí)間僅為2分46s,效率秒殺慢充快充,甚至能夠與燃油車的加油時(shí)間相媲美,據(jù)站點(diǎn)服務(wù)人員介紹,奧動(dòng)新能源預(yù)計(jì)在19年下半年進(jìn)行技術(shù)迭代,換電效率將會(huì)再一步提升。

筆者從公開數(shù)據(jù)了解到,奧動(dòng)換電技術(shù)已經(jīng)在北京、廈門和廣州等地的新能源出租車市場成功運(yùn)營超過2年時(shí)間,累計(jì)換電次數(shù)近150萬次,總里程已經(jīng)超過2億公里,單車最長運(yùn)營里程也超50萬公里,重點(diǎn)是一直以來安全無事故。在出租車領(lǐng)域的大規(guī)模換電應(yīng)用充分驗(yàn)證了換電技術(shù)的安全和可靠。

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