快充令电池寿命缩短4倍?

        北京交通大学研究发现,经常使用快充会导致动力电池寿命严重缩短。储能电池在实际应用中也会存在同样问题。

        2018年中国新能源汽车销售量首次突破120万辆,中国也连续多年蝉联世界最大新能源汽车市场这一桂冠。电动汽车安全、环保,是解决日益突出的环境问题的最佳选择,但是目前电动汽车在使用的过程中仍然存在充电速度慢的问题,这也极大的影响了电动汽车的使用体验。

        我们以目前市面上常见的电动汽车为例,一般慢充需要6-8小时充满,普通消费者作为上下班通勤使用或许没有太大的问题,但是对于一些营运车辆,如出租车和物流车等,这么长的充电时间就完全无法接受了。为了解决这一矛盾,电动汽车通常设置了快充功能,简单的说就是通过高电压、大电流在短时间内为车辆充入大部分电量,常规的快充设置一般是45min充电80%以上,这在一定程度上解决了充电速度慢的问题。但是在小编看来这样的快充无异于饮鸩止渴,因为目前的动力电池获得更高的补贴,能量密度都做的很高,往往难以兼顾快充能力,因此采用大电流充电时会导致电池的寿命衰降速度大大加速,使用寿命显著的缩短。

        北京交通大学的Yang Gao等人【1】研究就发现,充电速度对于锂离子电池的循环寿命有着显著的影响,例如在0.5C倍率(2小时充满)充电时,在前150次循环,电池的容量衰降速度为0.02%/次,150-800次循环,衰降速度为0.0156%/次,800次循环以后的衰降速度为0.0214%/次,但是如果我们将充电速度提高至1.5C倍率(40分钟充满)后,则电池的容量衰降会显著的加速,达到0.078%/次,电池的容量衰降速度是0.5C倍率充电的4倍左右。这也就意味着经常使用快充会导致动力电池的寿命严重缩短,可能2到3年就需要对原本寿命长达10年的动力电池进行更换,我们以某品牌的微型电动车为例,补贴后整车售价在5万元左右,但是更换电池包却需要近6万元,因此频繁使用快充会大幅增加电动汽车的使用成本。

        快充导致锂离子电池寿命衰降加速的原因主要来自负极,锂离子电池充电的过程中Li+从正极脱出嵌入到负极,但是Li+在石墨负极内部扩散速度较慢,这就相当于负极有一个门,每分钟只能过20个人,但是我们在使用快充的时候每分钟会有100个人跑到负极,但是只有20个人能够进入到负极内部,其他的人就只能堆积的负极外部,导致负极表面的Li浓度要明显高于负极底部【3】,负极表面Li浓度过高会降低负极表面的电势,从而加剧SEI膜的生长,导致电池内阻的增加。同时快充会在锂离子电池内部产生大量的热量,常规的表面散热技术会导致锂离子电池内部产生较大的温度梯度【4】,过高的温度会破坏负极的粘接性能,从而导致负极活性物质的脱落【2】,从而导致电池可逆容量的损失。因此,快充不仅仅会导致动力电池可逆容量的快速衰降,还会引起电池内阻的增加,从而导致动力电池的性能劣化,严重影响动力电池的使用寿命。

        相比之下,“换电”技术是解决动力电池充电速度慢更好的方式。顾名思义,所谓“换电”技术就是在动力电池储存的电能消耗殆尽时,为电动汽车更换一组已经充满电的电池组,从而实现电动汽车瞬间满血复活。而更换下来的动力电池包,可以通过专用设备进行小电流充电(即慢充),这不仅避免了快充对动力电池性能的损害,最大限度的提升了动力电池的使用寿命,还避免了动力电池寿命衰降后,电动汽车贬值的问题,对于电动汽车的推广应用具有重大的意义,尤其是营运类车辆,如出租车、网约车、物流车等,在有限的营运时间内,效率就是金钱,因为不用充电而省下来的时间,可以创造更大的经济效益,对司机群体也是大大利好。

        冬季电动车能效降低一直是司机们言之不尽的痛点,低温环境导致电池性能衰减,充电效率低,续航里程缩水,暖风加速电池消耗,平时每天充1-2次电的出租车,在冬季则可能需要充3-5次电,如果不考虑电池损耗,每次都选择快充,每天需要3-5小时充电,而如果选择换电,相当于每天增加3-5小时的营运时间,这也就解释了为什么最近出租车争相到换电站排队入网。

        “换电”其实并不新奇,早在10年前,以色列的BetterPlace就已经提出过换电模式,其创始人非常有远见,只是它的商业模式选错了道路,以私家车为市场列入点进行推广。近年来,中国换电领域冒出一颗新星“奥动新能源”,它的理念跟Better Place相仿,但奥动的商业触觉更加敏锐,他们并非从私家车市场入手,而是从营运车辆开始,充分符合国情国策的要求,也能够实实在在的解决营运车辆电动化运营的痛点。

        笔者亲自到站点考察并计时,一辆出租车从进入换电站到更换完电池包的时间仅为2分46s,效率秒杀慢充快充,甚至能够与燃油车的加油时间相媲美,据站点服务人员介绍,奥动新能源预计在19年下半年进行技术迭代,换电效率将会再一步提升。

        笔者从公开数据了解到,奥动换电技术已经在北京、厦门和广州等地的新能源出租车市场成功运营超过2年时间,累计换电次数近150万次,总里程已经超过2亿公里,单车最长运营里程也超50万公里,重点是一直以来安全无事故。在出租车领域的大规模换电应用充分验证了换电技术的安全和可靠。

        或许是看到了出租车领域成功的换电运营经验,新能源网约车、物流车也觉察到换电模式的好处。换电可以最大限度提高新能源车的运营效率,直接提升经济效益,而且换下来的电池可以实时监测效能,慢充也可延长动力电池的使用寿命,降低营运车的维护保养成本,这种模式,无论对于新能源出租车、网约车、还是物流车,都具有极大吸引力。相比之下,快充会对动力电池的使用寿命造成严重的负面影响,造成新能源车辆使用和运营成本的升高,因此,至少在新能源营运车领域,“换电”模式更加具有潜力。

source:http://www.juda.cn/news/60287.html

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