如何評價新能源汽車的電池效能和安全性?

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導讀

最近關注新能源汽車的人是越來越多。據悉,德國到2030年就停售燃油車,全部改新能源電動汽車;而中國到2030年,新能源汽車也將佔比40%以上,新能源汽車絕對是大勢所趨。基於此,本文針對“如何評價新能源汽車的電池效能和安全性”給出了詳細答案。

Part 1

先看一個統計表,目前市面上主流純電動車型所選用的電池類型。

不難發現,就目前電動汽車的電池市場來看,基本上就是三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池“分庭抗禮”。

簡單解釋下這兩種電池。

磷酸鐵鋰電池:

用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池,特點就是不含鈷等貴重元素,原料價格低,而且磷、鐵在地球上的含量豐富,不會有供料問題。它的理論工作電壓適中(3.2V)、單位重量下電容量大(170mAh/g)、高放電功率、可快速充電且迴圈壽命長,在高溫與高熱環境下的穩定性高。

優點:具有更高的安全性、更長的使用壽命、不含任何重金屬和稀有金屬(原材料成本低)、支援快速充電、工作溫度範圍廣。

缺點:存在一些效能上的缺陷,比如振實密度與壓實密度很低,導致電池的能量密度較低,材料的製備成本與電池的製造成本較高,電池成品率低,一致性差,智慧財產權等問題。

三元聚合物鋰電池:

指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰(Li(NiCoMn)O2)三元正極材料的鋰電池。

優點:能量密度高,迴圈效能好,目前,電池的標稱電壓已達到3.7V,在容量上已經達到或超過鈷酸鋰電池水平。

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缺點:高溫結構不穩定,導致高溫安全性差,且pH 值過高易使單體脹氣,進而引發危險,目前造價較高。

簡而言之,磷酸鐵鋰電池效能略低於三元鋰電池,但勝在使用壽命和安全性上。當然了,單純的對比電池可能不夠直觀,我們不妨將範圍擴大一下,擴大到整個新能源汽車的對比,應該更能說明問題。

那分別裝載了這兩種電池的純電動汽車表現如何?先來看一下《2016中國新能源汽車消費者調研報告》給出的幾組資料:

排在榜首的特斯拉,我就不多說了,大家都有瞭解。榜單中的第二位,代表我們國家在新能源汽車領域領軍者。

騰勢作為深圳比亞迪和德國戴勒姆公司推出的一款合資車,用的是比亞迪自主生產的磷酸鐵鋰電池。

作為全球最大動力電池生產基地,比亞迪在進入汽車製造領域之前,專門就是做電池產品研發生產,這為它現在研發新能源汽車提供了得天獨厚的優勢。戴姆勒和比亞迪合作開發新能源汽車,看中的也正是這點,畢竟比亞迪自身的實力擺在那裡:

提醒一下,這個表沒有把比亞迪在電動大巴上電池的銷量統計在內,如果加上這部分銷量,比亞迪無疑可以與鬆下一爭高下。所以,相較於其他品牌的電動汽車,這款合資車的優勢很明顯。

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再說回電池。電池對於電動車來說無疑是心臟一樣的存在。怎麼選擇動力電池?我給出兩個最主要的衡量標準,一個是續航裡程,另一個就是安全效能。

先說續航裡程:

如圖所示,目前國內自主品牌純電動汽車續航裡程最大的是400kM,而300kM~400kM之間都被比亞迪佔據。

調查發現,中國消費者每天的平均駕駛裡程在40至70公裡之間。那麼以300kM計算,大概每週隻需要充一到二次電,300kM的續航裡程完全可以滿足日常使用。

再來說安全效能:

效能安全比續航裡程更值得關注,也是需要首要考慮的因素。怎麼評判電池的安全效能,可以從三個方面考量。

1. 是否會自燃、爆炸?

磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池,這兩種材料都會在到達一定溫度時發生分解,不同的是,三元鋰材料會在更低的200℃左右發生分解,而磷酸鐵鋰材料是在800℃左右。

並且三元鋰材料的化學反映更加劇烈,會釋放氧分子,在高溫作用下電解液迅速燃燒,發生連鎖反應,所以三元鋰材料比磷酸鐵鋰材料更容易著火。因此,有人說磷酸鐵鋰電池是目前最安全的電動車電池。

2. 電池的高壓電流是否安全?

關於這點,需要結合到車的設計一起看,並因車而異。騰勢曾在釋出會上表明,該款電動汽車的高壓設計完全按照戴姆勒高壓安全要求設計。據悉,戴勒姆的高壓安全設計要求是梅賽德斯-賓士、保時捷、寶馬、奧迪、大眾5家汽車企業一致認可的。

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3.電池的輻射大不大?

值得強調的是,我國在電磁標準方面的要求非常嚴格,甚至部分要求高於國際標準。

根據聯合國國際衛生組織關於電磁輻射電磁場的安全標準,磁場輻射安全標準為 100μT。手機、充電器、電腦等電子產品均帶有磁場,數值是在4μT左右。通俗來說,手機看微信時的電磁輻射為0.20μT,發微信時的電磁輻射為0.45μT,而播放視訊時的電磁輻射高達19.00μT。而電動汽車的電磁輻射,我找到了幾組實測資料:比亞迪e6約為2.95μT;江淮iEV4純電動車約為0.597μT;騰勢車內磁場水平最高處約為0.39μT。所以,對於電動汽車的電磁輻射安全性大可放心。

電動車電池到底哪個好?目前業記憶體在很多的分歧,但有一點是一致的,就是至今尚未有任何一種電池技術能真正滿足新能源汽車動力電池的所有技術要求。

動力電池要求幾個效能的均衡,比如:質量能量密度、體積能量密度、質量功率密度、能量功率密度、電池成本、安全性、壽命等。

值得注意的是,有能量密度(關係到能裝多少的電量,對應跑多遠)和功率密度(關係到瞬時能發多大的力,能有多快的加速能力)。而對應這兩個密度,分別有除以質量的參數,以及除以體積的參數。其中,質量的相對比較直觀和常見。以下,主要解釋體積相關的參數。

實際上,電動汽車裡面的電池儲存空間肯定是有限的,對於小型乘用車猶甚。如果倆電池效能一致,但是一個體積小,那它在小型乘用車中就更佔優勢。體積相關的參數在車身結構設計、承重,以及相關的熱管理系統優化、配合,與體積都有千絲萬縷的聯絡。而對於大巴車而言,體積方面的要求就要低一些。

在綜合因素影響下,普通小型乘用車為了追求續航(能量密度)、緊湊(體積相關參數)更多的轉向了三元鋰電池。

當然,安全性也很重要。大巴車對電池的體積、質量比效能要求低於乘用車。因此,目前磷酸鐵鋰在大巴車的應用比較多;而對於乘用車,在追求續航(使用者需求加政策指引)、緊湊(設計等需要)等首要要求下,考慮到安全、壽命等特性可通過綜合優化(比如陶瓷隔膜,比如熱管理等)來做提升。在乘用車領域三元鋰電池佔優勢。

消費者買選電動汽車該注意和評價哪些效能?

簡單地說:

1、電量與續航裡程。如果工作情況都是理想狀態,而且廠商不虛標容量,那麼對於我們買到的電動汽車,大概是一度電5~6公裡。此時,選擇磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池都差不多。

2、續航裡程在冬季的縮水。鋰電池都是在低溫下效能會變差,三元鋰電池在低溫下效能發揮好於磷酸鐵鋰,其縮水幅度更低。如果你特別介意在冬季續航不要掉的太厲害,三元鋰電池可能比磷酸鐵鋰更符合你的要求。

3、安全性。磷酸鐵鋰電池安全性強於三元鋰電池,如果特別在乎安全效能,選磷酸鐵鋰電池。

4、壽命。總體而言磷酸鐵鋰電池壽命稍高一些,但是現在三元鋰電池技術進步較大,像鬆下三元鋰電池壽命也很長,可能要看品牌。

5、電池是誰做的。電池是一個資本、技術、人才密集的行業,沒有大投入,豐富的人員經驗積累,以及一流的生產條件是做不出好電池的。消費者需要追/查根問底:這個車的電池是誰家產的。可能A廠的鐵鋰電池組最後也就一千次迴圈,但是B廠技術好,三元鋰電池也能做到三千次,不同的體系在不同的廠家手裡達成的效果可能截然不同。總體來說,大電池企業的技術要更為領先。

(本文由作者授權,未經允許,嚴禁轉載;作者:xinhe sun、弗雷劉)

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