为什么科技发达的现在电动汽车电池寿命依然得不到解决？

本期我们邀请了

高级BMS工程师 木村

为各位讲解：

电动汽车的磷酸铁锂电池寿命

一般受到温度、充放电电流、soc的影响，

具体是怎么影响的？

此外还有哪些重要的影响因素？

电池寿命是电动车的一个痛点，先说结论，寿命是不可能延长的，理想的寿命就那么多，比如主机厂要求供应商的5年15万公里，或者18万公里之类的，能够将锂电池维护理想的寿命就已经挺困难了，延长就更不太可能了，那些主机厂说通过xx技术，将续航延长了xx公里就虚头，续航本来就该这么多，哪门子延长呢。三元电池属于锂电池一类，其实锂电池，镍氢电池，铅酸电池基本化学比较相似，这里重点掰扯一下锂电池。

锂离子电池的寿命参考量主要有循环寿命和日历寿命：

循环寿命一般以次数为单位，表征电池可以循环充放电的次数。对锂电池而言，500-1200个循环是比较常见的， 电池的老化会导致电芯的容量减少，就算电芯达到了所定义的寿命EOL，电芯也不会突然罢工不工作，电芯老化的速度通常是差不多的，当电芯1000个cycle后，达到EOL所定义的80%的容量，可能需要另外1000个cycle才能达到60%。打个比方，新车能行驶400公里，电芯EOL阶段还是能继续行驶，320公里的。

日历寿命是指从生产出来后到电池不能再继续使用的时间，包括电池使用和静止时间。

正极材料对电池寿命的影响

不同的化学体系的锂电池有不同的寿命。下图是不同正极材料的性能的的对比（表格中的数据都偏保守）。从图中可以看到磷酸铁锂（LFP）的寿命是最长的，NCM次之，但是磷酸铁锂的能量密度低于NCM，但是安全性强于NCM，能量密度和安全性就目前的技术能力来讲，一对矛盾的关系。

温度对日历寿命的影响

时间和温度两个对电池日历寿命影响最大的因素，一定程度上温度越高，电池的内部化学反应会快，如果对电芯测试比较熟悉的，你会发现，电芯的温度从0°上升到45°左右的过程中，电池的性能也在提升。我们也知道，电池在化学变化中，有可逆部分和不可逆部分，温度越高，不可逆部分也越快。根据Arrhenius Law，温度上升10°，电池化学反应速度基本翻一倍，电芯的化学活性也衰减更快。下面这张图展示了温度对电芯日历寿命的影响，电芯在温度越高的地方存储，内阻增加越快，内阻增大的外在表现就是，电池输出的功率减小，性能降低。

温度对循环寿命的影响

通常在实验室里面电芯的循环测试，充电1.5C，放电2.5C，充电45分钟，放电24钟，中间静止时间非常短，一个500次的循环有可能几个星期就能完成，但是实际上，车辆在使用中，一个循环需要一天，甚至几周，500次循环需要几年的时间。实际使用中，还需要考虑日历寿命的影响，如果上面提到的在不同的温度下面，电芯的日历寿命是不一样的。

可以再极端一点，将充电和放电速度设置为c/100和c/200，一个循环下来需要200多个小时，电池的寿命还是下降很多，尤其再高温的时候，这个时候主要需要考虑日历环寿命了。

电流对电池寿命的影响

充电放电的过程其实就是锂离子从正极到负极，负极到正极的过程，当电流过大时，锂离子移动的速度就跟不上电流的速度，这时候就会有一些不可逆的化学和物理反应，造成电池的容量不可恢复性的减少。这也是为什么有些OEM在用户手册中强调，快充次数不能超过多少回，否则不保证电池寿命。BMS是能够记录快充的次数的，Tesla为了保证电池包的使用寿命在BMS中设置了超级快充次数，超过这个次数，BMS会限制电池包的充电电流或者功率。

放电深度（DOD）对电池寿命的影响

电池的寿命取决了正负极活性物质所能承受总共的转换能量，能够转换的总能量时固定，如果以100%DOD循环500次，那么以50%的DOD就能循环1000次，这个时简单的计算，实际情况还有其他因素的影响，比如温度。这个就很容易解释EV电池包的寿命要比PHEV/HEV的电池包寿命要短很多的原因，EV的SOC窗口在10-90%左右，PHEV SOC窗口在40%-80%，HEV SOC窗口就更窄了，50%上下，EV的DOD要大于PHEV和HEV。

上面是从温度，电流，DOD三个维度解释这个三个参数对电芯寿命的影响。其实从电芯级别的数据看，EV电池正常使用，五年左右的寿命应该是可以保证的。为何经常会用电动车主，抱怨电池不经用，用了不到两年，续航就尿崩了。

在这里跟大家扫盲下，电池包的组成。电池包（大家眼里的电池），是由模组组成的，而模组是由电芯组成的。我们假设现在电池包有96个电芯串联起来，在这个电池包中，每个电芯都是单独的个体，而且还不100%完全一样，这个非常重要。

在电池包这层，还需要考虑电池管理系统（BMS）和热管理系统两个非常重要的管理系统对电池包寿命的影响。

热管理系统对电池寿命的影响

热管理部分，热管理系统应该和BMS一起讨论，BMS采集数据，输出命令，热管理系统执行命令。目前热管理系统主要的作用是电池包温度过高的话，给电池包降温；电池包温度过低时，给电池包加热；电池包温差过大时，热均衡。前面我们谈到温度对点芯寿命的影响，如果热管理系统没有做好，对电池的寿命是非常不利的，甚至引起热失控。好的热管理系统，散热性好，保温性好，电池包里面温度均衡，温差小。如果电池包温差过大，电池包里面电芯老化速度不一样，寿命也不样。

电池管理系统对寿命的影响

一般来讲，只要电池起火，电池包出现问题，BMS肯定第一个背锅。BMS对电池的寿命的影响都是基于前面的温度，电流，DOD，热管理的。BMS如果采样精度不高，容易造成过充，过放，过温，过流，这些对电池的寿命是不利的，甚至是致命的。

如前面提到电池包是由电芯串并联组成的，每个电芯由于先期制造过程差异，后期工作环境差异，长时间的差异导致每个电芯的老化程度不一样。如下面这张图， 放电一段时间后，强壮的电芯还有不少电量，而体弱的那个电芯，已经到截止电压了，这个就是电池系统的木桶原理，电池包的性能是由最弱的那个电芯决定的，寿命也是由最弱的那个电芯决定的。

对BMS来讲，最要的是分析出每个电芯的状态，争取让个每个电芯健康度处于同一水平，可以通过控制热管理系统，让电芯的工作环境大致一样，老化程度差异不要太大；精确计算每个电芯的SOC/SOH等参数，通过被动或者主动均衡，确保每个电芯能够发挥最大性能。