Re: [电车] 特斯拉电池是否是假议题?

楼主: chandler0227 (钱德勒)   2024-01-05 10:10:27
※ 引述《anshley (想念却不想见的人)》之铭言:
: 我是门外汉
: 有些疑问
: 所谓充放电的次数定义是什么
: 是实验室的数据吗
: 包不包括把电池消耗到剩下个位数扒数甚至用光再充电的次数?
: 有3000次充电次数的电池技术怎么都没用在手机或其他电器上
: 为啥我手机电池用个两三年
: 就觉得电池即使充饱了
: 可使用的电量也大不如前
: 这种情况下还能算在可充电次数内吗
分几部分讲
[产品的工作周期、使用情境与负载条件订定、加速试验]
1. 产品的工作周期(Duty Cycle)
电池系统设计时会考虑寿命里程,绝对不是以使用寿命无限为目标
如果实际使用普遍超过设计的使用里程太多,那叫做过度设计(over design)
过度设计代表成本用料有下降的空间
反之实际使用未达到官方宣称的充放电次数
ex: 最近GOGORO炎上的断电事件 (其实近几年一直都有)
相比以前因为过度设计导致车子开不坏
目前大量设计开发流程和软件工具(ex:CAE)导入
车厂能更准确拿捏零件寿命,过保没多久就失效得换
并不是完全因为电子零件变多才不耐用
2. 工作周期的负载条件订定
高C数充放电、高温、SOC用到过低(过度充/放电)都是影响电池寿命的因子
https://i.imgur.com/N0513QE.png
https://i.imgur.com/oLQxjfn.png
电车设定可使用度数约总电量90%左右,SOC不会从100用到0
车用电池系统充放电C-rate可达3C以上 (80kWh电池,输出功率超过240kW)
但实际使用条件不可能这么极端
会在制定电动车产品轮廓与使用情境时
根据整车日常使用的驾驶模式(driving pattern)
ex: 引用WLTP或由各家车厂自己拟合
计算功率需求,再转换成电池系统本身的动态充放电模式
订的使用情境不能对应实际使用条件,就会导致宣称寿命跟实际寿命有落差
3. 加速试验
寿命或耐久这类验证(validation)时
执行完整周期的测试需花费的时间太久
所以会采用加速测试,将负载条件加严并缩短时间的方法
ex: 底盘结构耐久以在SPC实测2万公里、加速比10,来等效20万公里
振动(vibration)、温度循环(thermal cycle)、热冲击(thermal shock)也是同道理
但加严条件缩短测试时间的方法,有可能无法准确对应实际使用状况
进而造成加严测试得到的使用寿命跟实际使用产生落差
[影响电池系统寿命的因素]
电池系统是由电芯(cell)->模组(module)->电池组(pack),加上BMS组成
1. 个别电芯间的差异
受材料配方、混拌等制程影响,不同电芯间或多或少一定存在些微差异
新成立的电芯厂在样品、试量产到跨入大规模量产时需克服的难题
撇开电芯数据规格,如何提供良率高且品质稳定的电芯才是电芯厂最重要的课题
https://i.imgur.com/av8V8f8.png
2. 极片阻抗
两极连接的铜片阻抗因为制程上压力等因素,也会有些微差异
https://i.imgur.com/2niupKS.jpg
3. 电芯位置分布(热传)
https://i.imgur.com/hgcvkpq.png
电池系统内部并非均匀温度分布
靠近冷却流道或外壳位置的电芯,热量容易被带走,因此温度升降较为和缓
而靠近中心处温度则反之,温度升降变动幅度较大
在极端或严苛(大功率充放电)的暂态条件下,这现象会更为明显
高C数充放电下发热量越高,根据量测温度,冷却系统也会进行流量(LPM)调节
将电池系统维持在一定可控的温度范围,对提高电池使用寿命有帮助
基于上述列的几点原因
做到完美的电量平衡几乎不可能
每个电池芯的温度负载曲线也不会一致,老化程度不一
因此失效通常是先从少数电芯导致,并不会所有电芯同时一起失效
以21700电芯估算,一部电动车大约有3000~5000个电芯
当然不可能针对每个电芯量测
因此目前的折衷方案是针对模组失效传感与更换
毕竟不可能让消费者用更换手机相同频率来换车
一定会把动力电池系统使用寿命设计成比手机电池还高许多
再加上远比手机更复杂且更考虑更全面的BMS(软件保护)
ex: 限制电流(功率)输出、调节流量
能达到电池保护和提高循环寿命

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