电动汽车的电量去哪了?三分钟教你看懂什么是电池电量

许博

据说再过两天就是进入21世纪以来,最冷的冬天了。之前,小编从暖风热源方面给大家分析过,冬天为何开暖风会大大影响续航里程(详情请看《涨姿势:电动汽车开暖风那么费电,为什么?怎么办?》);去年12月的时候,我们也做过百人冬季用车调查(调查结果请看《百名电动车主冬季调查:暖风平均续航降三成》),公布了目前大家冬季用车的情况。今天,小编就从电池容量专业的角度来跟大家聊聊的动力电池的那些事儿。

对于电动车而言,电池是非常关键的部件。注意,以下所说的电池指的都是作为驱动源的动力电池,不是前舱的电瓶。因为,前舱的电瓶不存在这个问题,在行驶时它基本都处于被充电过程,而且续航里程也跟这个小家伙一点儿关系都没有。电池的电量是与续航里程直接相关的指标,电量高,续航里程长,电量低,续航里程短。那么,什么是电量?电量等于容量乘以电池包总电压。在最新的国家标准GB/T31486-2015《电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法》文件中,有个【初始容量】的概念:

新出厂的动力蓄电池,在室温下,完全充电后,以1I1(A)电流放电至企业规定的放电终止条件时所放出的容量(Ah)。

要求的测试环境规定为:温度为25℃±2℃,相对湿度为15%~90%,大气压力为86kPa~106kPa。据度娘说拉萨冬天气压是65kPa,国标就不考虑拉萨人民冬天用电动车的感受了?

测量仪器、仪表准确度要求:

---电压测量装置:不低于0.5级

---电流测量装置:不低于0.5级

---温度测量装置:±0.5℃

---时间测量装置:±0.1%

1I1(A)是个什么鬼?举个栗子,如果你的电池容量写着50Ah,1I1(A)就是50A,2I1(A)就是100A,以此类推。

以上的【初始容量】基本就是厂家公告中的标称容量,这个数值乘以电池包的总电压,就是标称电量。

说到电动车,有两家公司一直是焦点,米国的特斯拉和我国的比亚迪,他们用的电池各不相同,特斯拉用的是松下公司的电池,据网上的信息,是所谓的三元材料,也就是说电池的正极里含有3种金属材料;比亚迪用的自己生产的电池,他们内部叫铁电池,材料是磷酸铁锂。这两个材料有什么区别呢?小编给大家找了一些资料,让大家来了解一下。

当然,电池材料体系的选择与消费者关系不大,厂家往往根据市场趋势和自身条件做出他正确的选择,下图是两种材料的电压-容量曲线。

干货|三分钟让你看懂什么是电池电量

这是磷酸铁锂和三元电池在放电过程的电压变化情况,磷酸铁锂的电压大部分时间内基本不变,虽然工作电压范围是2.0V~4.2V,但是电池的容量比率处于20%~90%时,电压基本上维持在3.2V;三元材料电压变化较大,工作电压范围2.5V~4.2V,电压一直随着电池容量比率的变化而变化。

这里为什么要给出这张图,因为后面说到的很多东西都围着这张图在变化,据电池工程师说,他们大部分时间的研究都以这张图为基础,怎么才能让图中的数据改变一下,改变了之后对动力电池的性能而言又说明了什么。对于消费者而言,这张图的变化也就是电量的变化。

汽车的安全问题是首要问题,燃油车的出事故的危害我们常常见到,电动车的安全如何保证?电器工程师们说,我们有很多监控、很多保护电路,很多级别的安全防护。电池工程师们说电器工程师不懂电池,我们电池也有很多的防护,都集成在电源管理系统里,也就是大家常常听到的BMS。所谓电源管理系统,就是专门管理电池的各项指标的系统,电池怎么工作听它指挥。

下面在说一个概念,【安全冗余】:

就是说在前面国标所说的【初始容量】的基础上,保留一部分容量,这部分容量不能被使用。比如原来100,可能给你用的只有90甚至80。这部分保留容量是出于安全的目的,其次是为了保证电池的使用寿命。

电池既不能充的太满,需要给充电控制系统留出一些调整的空间而防止过充电。过充电可能有些人不理解,但是生活中由于过充电而造成危害的示例很多,比如:由于使用各种杂牌充电器给手机充电,导致电池爆炸。相信这样的报道大家看过很多了吧?现在应该理解过充电的危害了。

同样电池也不能放的太空,考虑到车辆在没电以后还可能长期存放。为保证电池不被过放电而影响安全和性能,必须在消费者认为的0%以下还保留少量的电量。

另外,由于电池材料的特性,如果电池一直在使用电压范围内满充满放,相对于在充放电两端都保留一些容量的做法,其使用寿命会显著降低。月满则亏,水满则溢就是这个道理。

所以,就算是特斯拉,在动力电池的上端,就是SOC达到100%之后,保留10%的充电空间不能充电;电池底部,就是SOC减少至0%的时候,仍然保留了10%电量无法释放。国内车企在动力电池安全冗余的设置上也是相似的,以比亚迪为例,电芯材料为磷酸铁锂的动力电池,由于的安全性较高,使用寿命较长,所以在上端只保留了2~3%的冗余,底部保留比特斯拉要少,大约6~8%。

所以这个电量冗余一下就去掉了10%~20%的电量,这个才是车主拿到车后真正可使用的电量,而不是公告里的标称电量。

在实际的用车过程中,还有很多影响因素影响电池电量的发挥。

这还不算完,比亚迪迪车会里曾经见过一个口诀,是教车主们如何省电的,大概意思是要尽量用经济模式,少急加速急减速。这个道理在燃油车似乎可以理解,你排量就这么大,非得一脚地板油,也改变不了发动机只能转那么快的现实。虽然提速是快了一些,但是会提高油耗,说白了就是费油;而且,大量的燃油喷入燃烧室后,会有一部分油燃烧不充分,给雾霾做贡献了。但是更专业的解释是什么呢?下面这张图展示了电池的功率特性。

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这个是三元材料的不同电流倍率的放电图,这个1C就是前面提到的1I1(A),5C就是5I1(A),倍率越大,相同容量比率下的电压越低,在横轴上也越短,也就是容量越低。图里面最低的倍率1C和最高倍率25C之间,横轴上的容量比率差了10%以上。急加速急减速,也就意味着电机要转更快,需要电池给它更多的电,结果有几个百分点的电就放不出来。

不过,这部分电也没有消失不见了,下次用比较平稳的方式开车,它依然还在。下面这张图给出了大电流放电后,再接着用小电流放电的数据。

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所以看来,良好的开车习惯也是很重要的,能让电池的电量尽量的放出来。

除了大功率使用和小功率使用的区别之外,另外还有一大电池电量的杀手叫温度。2014年有个论坛,叫“低温环境纯电动汽车发展与应用论坛”,其中有专家提到,低温是电池杀手,并提到了低温对电池性能的影响。

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表中展示了低温下放电的电量变化情况,从常温25度到-20度,放出的电量降低30%。低温下充电也有类似现象。

干货|三分钟让你看懂什么是电池电量

所以低温下,电池能充进去的电量会降低,放出的电量也会降低。同时,厂家为确保低温下安全充电,往往会降低充电电流,从而大大延长了充电时间。

此外,电动车冬季空调供暖有电池提供能源,一般空调功率2kw~3kw,差不多半小时就消耗一度电。

前面提到的电量冗余、不同驾驶习惯导致的电池功率输出的大小、温度的影响等,都在使用或者新车的状态下围绕电量在说事,那么用车1年后,3年后,又变为多少?这是消费者最为关心的问题,下面展示两张图。

干货|三分钟让你看懂什么是电池电量

上面这张图是美国电动汽车协会调研特斯拉Roadster的衰减数据。图表名称可以译为:平均最高温度与行驶里程对电池容量影响的关系;横轴是行驶里程,单位:英里;纵轴是平均最高温度,单位:℉(单位:华氏度,为了大家理解方便,小编换算了一下,纵轴表示的温度范围为15.6℃-34.7℃,这里的温度应该是环境温度);图例中Capacity Lost的意思是电池容量的损失。显而易见,此图标呈现了两个趋势,一是行驶里程越长,衰减越大;二是温度越高,衰减越大。行驶里程和温度是两个很重要的影响因素。

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第二张图展示了电池或车辆正常存放时的衰减情况。图表的横轴为存放时间,单位:年;纵轴为电量保持率;图例分别为开始存放时,电池内所剩电量的SOC参数值。正说明了即使车辆不运行正常存放时,电池的电量也会逐渐衰减。存放时要注意的是,电池不能在完全放空电时存放,避免可能的过放电。

看到各种关于电量的数据、影响因素,相信各位都很想实际测一下自己爱车电池的电量。有些懂高压电的车主,甚至已经自己动手实测过了。但是,由于小编之前做过试验工作,对于数据的第一反应是要搞明白背后的测量系统是否可靠,是否测得准。看到国标里各种测试环境的条件,家用电表的精度是达不到了,相差一个数量级呢。

干货|三分钟让你看懂什么是电池电量

看来准确的电池电量数据还真不是那么容易得到的东西,不知何时有专业相关的企业能开发点便宜而靠谱的电表,电量多少,车主也就可以自己测试。

综上所述,公告里的标称电量,只是说明电池刚刚出厂时的电量,但它真实发挥的电量,估计只有标称电量的80%左右。而且,受驾驶习惯和环境温度影响也很大,再加上衰减一部分,用于行驶的电量自然越来越低。良好的驾驶习惯和存放方法(比如:在长时间不开电动车的情况下,不要让电池里存放太多的电量),都会对电池性能的发挥和使用寿命的延长有所帮助。动力电池说了这么多关于动力电池电量方面的事儿,希望能为大家在电池电量的理解和日常用车上提供一些帮助。

作者:许博

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第一电动网汽车频道编辑许博,从前干过维修、玩儿过漂移、造过电车,现在只想把知道的统统告诉你,新能源汽车到底应该怎么玩儿。微信号:Orang721


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