非业内人士也来聊聊新能源汽车和电池技术

        2010年买了奇瑞A3，在某某之家上混了几年。现在车也老了，原来的论坛车友也基本已经散了，换车后也在那里发了告别贴，然后转战XC40版块，可是没有当年那种车友众多、发帖回帖数量噌噌的盛况了。究其原因，我想一是XC40的销量还不够高，二是奇瑞A3的车主更喜欢折腾吧。

        时隔十年再次选车时，发现懂车帝这个平台似乎更方便、车友更多，抖音上也到处是懂车帝的视频。时移世易，在迅猛发展的互联网世界，字节跳动这个大鳄横空出世，抖音、今日头条、懂车帝、西瓜视频、火山小视频、图虫等等覆盖甚广。而某某之家创始人却跑去造车了，他的增程式汽车，我个人是非常不认同的，主要是认为技术太落后，30多万的汽车，一个长安自己都不用的3缸发动机，发电给电池，电池再驱动电机，我给我爸改的电瓶三轮车就是这样的，原厂配的铅酸电池，总是用个年把就跑不远了，我先是给他换了一组60V40Ah的锂电池，结果他还想开去省城，于是又给他装了个5kW的变频增程发电机，这下续航是没有问题了，就是噪音和震动巨大，震耳发聩的大……增程式汽车由于发动机不直接参与驱动，就没有了混动车的优势。虽然挂着个绿牌，但和其他绿牌车比，你说油耗吧，人家混动四五个油他要八九个，你说纯电续航吧，人家五六百公里他只一百多公里，真是两头没捞到好处，最后只是解决了像我爸三轮车那样的痛点：村里跑跑用电池，偶尔跑一下远路多花点油钱吧。

（👆🏻我爸的增程式电动三轮车，嫌大灯不够亮我还把客厅30W的LED射灯给他装上了^_^）

        蔚来汽车的换电技术我也不太看好，除非他能统一所有车型的电池规格，由行业牵头，各车企共同投入，这样才能铺设达到加油站数量规模的换电站。但这显然是不现实的，年纪大点的圈友想想，手机充电口这个小东西统一都花了多少年？直到现在都还存在micro USB、typec、lightning几种接口，出门想带个充电宝吧，充电宝是能给iPhone充电了，可是给充电宝充电怎么办呢，是不是还得带两种线？十几年前望着一堆不同的手机充电器，我就在想什么时候能够统一充电接口啊，看看十几年后的现状，知足吧。展望未来，typec接口才是移动设备的天下，苹果笔记本电脑已经采用了typec接口，iphone在有些国家也已经被投诉采用私有的lightning接口。不过也很难说，万一下一代iphone直接取消充电接口呢~~~~

（👆🏻手机的micro USB接口，被人叫做安卓口）

（👆🏻手机的type-C接口，乐视手机最先使用）

（👆🏻iphone手机的lightning接口）

        氢燃料电池怎么样？前景据我所知也不太美好，首先是加氢站安全性是个问题；其次，制备氢气的能耗太高；第三是技术门槛高。那黑科技石墨烯电池呢？据说石墨烯最先是英国某个教授带着几个学生在实验室用煤炭人肉撕出来的极薄的单层二维蜂窝状晶格结构，为此他们还获得了2010年的诺贝尔奖。

（👆🏻石墨烯结构）

        你不要以为煤炭便宜还能随便撕出来，这东西就很便宜哈，它的价格可比黄金贵多了。所以目前市面上凡是和石墨烯字眼有关的电池，特别是两轮电动车电池，那都是骗死你不偿命的。上个月还是什么时候，中科院院士欧阳明高就在演讲上说过：“如果有人告诉你，他搞出了石墨烯电池，能跑 1000 公里，几分钟能充满电，还很安全，成本又很低。以目前的技术来讲，他一定是骗子。”他这段话是回应广汽集团“石墨烯电池车已走向实车量产测试”的。石墨烯电池就算商用，我觉得也是会先出现在手机上，一是手机电池容量小，成本低；二是手机用户数量庞大，而用户渴求长续航快充电的声音很大，厂家谁不想抢占先机呀。

（👆🏻某品牌“石墨烯”电瓶车铅酸电池）

        新能源车目前我还是看好丰田双擎、比亚迪超级混动DM-i这种技术，比燃油车油耗低、加速快，比纯电车续航长、没有里程焦虑、不怕充电难。具体到我的实际情况，跑得少、充电难，还是买便宜的燃油车划算。

（👆🏻比亚迪超级混动系统DM-i）

        锂电池电动汽车有一个可能大多数人容易忽略的问题，那就是充电功率。8分钟充满、续航1000公里，这得需要多大充电功率呢？目前电动汽车跑100公里大概需要15度电，续航1000公里则是150度电。8分钟充满的话充电功率是150×60/8=1125kW（就是一小时耗电1125度），电池组电压按400V计算，充电电流为1125/400=2812A，承担这么大电流的电线肯定不会细。查询规格，都找不到能承受这么大电流的单芯电缆，只能定制，既然没有这么大的单芯电缆规格，也就查不到对应的载流量，于是我根据可以查到的线缆规格与载流量数据绘制曲线，按照曲线规律预计，最起码也要2000mm^2吧。

（👆🏻电缆线径与载流量的关系）

        截面积2000mm^2就是直径50mm，充电至少需要2根线，按3米长算，充电线至少100多斤，女士拖都拖不动，哈哈。目前特斯拉的超级充电桩充电功率才250kW：

（👆🏻特斯拉的超级250kW充电桩）

        电动汽车的电池衰减也是一个问题，包括循环容量衰减和低温容量衰减。低温容量衰减，这点稍微了解电动汽车的都知道，东北那嘎达一到冬天续航可能只有一半了，这种容量损失在气温升高后是能够恢复的，我就不赘述了。

（👆🏻不同温度下锂电池能放出的容量百分比）

        再就是循环容量衰减，首先，国标里对于电池循环寿命的定义是：在标准充放电条件下，电池剩余容量降低至初始容量80%时的循环次数，即DOD循环次数。但你不能理解为你手机一天插拔了几次充电线就是循环了几次哈，这里一个循环指的是电量从100%-0%-100%的完整充放过程。你从100%用到50%就充满，两次这种操作才能算一个DOD循环。锂电池的容量衰减曲线大概如下图，刚开始衰减得较快，然后进入一个相对稳定的缓慢衰减期，到了后期则是急速衰减。

（👆🏻锂电池容量随循环次数的衰减曲线）

        目前常见的二次电池有镍氢电池、三元锂电池、磷酸铁锂电池、钛酸锂电池等。镍氢电池主要用于AA电池上，AA是电池规格的一种命名，也叫5号电池，还有AAA，也叫7号电池，甚至有2/3AA电池，就是5号电池的三分之二长，常见于剃须刀里面使用。电池的另一种命名规则是尺寸和形状，比如刚说的AA电池对应于14500，就是直径14mm、长度50mm，最后一个0表示圆柱形状。比较常见的还有18650、21700，老款的特斯拉汽车用的就是松下的18650电芯，共7000多颗；新款的采用21700，也是松下定制的。现在又开发了4860，直径48mm高度60mm，取名有点不按套路了哈，谁叫特斯拉牛偪呢。方块块二次电池的命名通常就是直接用长宽高尺寸命名了，比如403040，就是4mm厚30mm宽40mm长的意思。

（👆🏻14500锂电池，单颗容量800mAh）

（👆🏻松下18650电池，就是特斯拉上用的那种规格，单颗容量3400mAh）

（👆🏻21700电池，单颗容量约5000mAh）

（👆🏻403040电池）

（👆🏻特斯拉model S电池包由7104颗松下18650电芯组成）

        镍氢电池有记忆效应，就是你不充满就用、不用完就充，容量总是不用光，久而久之，它就认为自己只有你经常用掉的那么多容量了，你说它傻不傻呀，哈哈。三元锂电池是目前电动汽车最常用的电池，手机电池也都是用的这种电池。三元锂电池记忆效应轻微，能量密度大，缺点是安全性不够好，手机电池爆炸汽车电池起火的新闻时有耳闻，在我印象里，三星手机退出大陆市场前留下的遗作就是note7大爆炸事件。三元锂单体循环寿命约1000次，一天一充大约可以用三年。能量密度的话，以18650为例，三元锂电池容量目前的科技水平能做到3000~4000mAh左右，再大就是火星科技了，某宝上那些标称9800mAh的你就不要相信啦，可是他偏偏月销量过万，我连续观察了10年都是如此，你说人没文化有多可怕。近两年他们没那么明目张胆了，把9800mAh改成了9800mWh，9800mWh换算过来大概是2722mAh。专坑那些不懂容量单位的消费者，其实坑的还是同一拨人，因为单位分不清的人才会相信他们的火星科技。

（👆🏻标称5200mAh的18650电池，实测容量343mAh，囧）

        磷酸铁锂最大的优势是安全性高，即使穿刺也不会产生明火和爆炸，其次是制造成本比三元锂低，听说特斯拉正准备采用磷酸铁锂以实现更大范围的韭菜收割。磷酸铁锂的缺点是能量密度低，存储相同电量的话，要比三元锂电池组大得多重得多。比亚迪是做电池起家的，拿手好戏就是磷酸铁锂，所以他很多汽车用的都是磷酸铁锂电池，著名的刀片电池就是。

（👆🏻比亚迪的刀片电池）

        磷酸铁锂单体循环寿命可达3000次左右，但是一致性比较差。电池组是由很多个电芯串联起来的，一串中任意一个报废，整串电池就得报废，一致性差会导致各个电芯性能参差不齐，整串电池的性能决定于性能最差的那一颗电芯，绝对的木桶效应。当然，好的BMS（电池管理系统）可以均衡各电芯的性能。均衡的做法有两种，一种是被动均衡一种是主动均衡，被动均衡主要用在两轮车电动车锂电池组这种较低端的应用中；主动均衡就是在电池静置不用的时候，也能把电量多的电芯上的电量搬移到电量少的电芯上去，时时刻刻保证各电芯尽量一致。即使不能搬移，最次的主动均衡也要能把电量较多电芯上的电量消耗掉以保持均衡。我听一位做电池的老板和我说过，比亚迪就曾出过一批没有主动均衡功能的汽车，具体车型我不记得了，后来电池问题频发厂家不得不召回。所以说电池组除了电芯外，牛偪的BMS也很重要，我有个表弟985毕业就去了惠州德赛，就是供应iphone电池的那个德赛，具体是电动汽车电池BMS的开发部门，结果没去到一年就被裁了，他们班一起去了3个人，有两个人是情侣，都已经买好房子准备在那扎根生崽了的，最后还是被裁了，不知道是那个部门解散了还是规模缩小了，看来德赛也对电动汽车插了一脚。

（👆🏻电动汽车的BMS单元）

        还有一种奇葩电池，那就是钛酸锂电池，据说全球就董明珠在用这种电池造车，还得到了王健林和刘强东的投资。之所以说这种电池奇葩，是因为它比磷酸铁锂更磷酸铁锂：安全性更高、循环寿命更长可达20000次、能量密度更低。据说董明珠是要用来造客车的，客车倒是不怕能量密度低。最近还造了一台MPV出来，品牌叫“银隆-艾菲”，logo比奥迪的4环多一环，售价43W，大家鉴赏一下吧：

（👆🏻董明珠制造的钛酸锂汽车）

        锂电池的主要参数除了容量和循环寿命以外，还有内阻、充电倍率和放电倍率等，充电倍率和放电倍率用C表示，举个例子，一个容量5Ah的电池支持10*5A=50A放电和2*5A=10A充电，就叫作支持10C放电和2C充电，倍率大的电池叫动力电池，一般航模上用的倍率很大，30C放电属于洒洒水。而特斯拉车上用的18650是松下NCR18650B，最大放电倍率3C，最大充电倍率1C，内阻约22mΩ。我们以2019款model S标准续航版来计算一下：75kWh的电池，最大功率487kW，电压400V，由此可以计算出电池组容量=75kWh/400V=188Ah，最大放电电流=487kW/400V=1218A，188Ah电池1218A放电，即放电倍率为1218/188=6.5C！远超电芯能支持的最大3C的放电倍率，不过实际使用中没有太大问题，因为谁敢长时间跑极限功率呢？不过就是测零百加速时用一下。正因为如此，大多数电动车连续多次测零百加速时，一次比一次慢，就是因为BMS为了电池寿命及安全考虑，限制了功率输出。接下来再来算一下充电倍率：前面提到过特斯拉超级充电桩是250kW的功率，250kW/400V=625A，625/188=3.3C充电倍率，也远大于电芯的标称充电倍率。放电倍率和充电倍率都远大于标称参数，电池寿命恐怕很难达到1000个循环！下图是某三元锂电池在不同倍率使用时容量衰减与循环次数的对应关系，0.5C使用衰减到80%将近用了1000个循环，1.5C使用衰减到80%只有200多个循环了。

（👆🏻三元锂不同倍率与容量衰减的关系）

        就按500个循环计算吧，续航490公里，500*490=24.5万公里，一般家用车能开到这个里程也是足够了，所以很多电动车厂都敢叫嚣电池终身质保。从保护电池的角度出发，还是建议不要频繁使用超级充电桩，不然电池死得快啊。我有个想法：标称100kWh电池的电动车，实际做120kWh电池，平时限制那多出来的20kWh参与放电，在使用的过程中，容量会逐渐衰减，BMS视衰减量大小再从这20kWh里释放对应的量出来补充进去。这样做的好处太多了：首先，用户在汽车的生命周期里根本不会感受到一丁点的容量衰减。第二，三元锂电动汽车绝大部分燃烧起火事故都是发生在充电的时候，电量越高危险越大，容量做多了，充电就不用充那么满了，安全性得到极大提高。第三，锂电池充电速度再牛偪，电量达到80%~90%以后都得降低充电电流，不管你是恒压充电还是脉冲充电，无一例外。所以大家平时可以看到，手机充电前80%速度呼呼的，快要充满时就慢得一比。君不见充电器或快充线的宣传都是写半小时充到80%，或者充到80%只需30分钟，从来没有写充满只需1小时的。标称100kWh电池组暗地里做到120kWh，在它的标称电量范围内可以全程最大电流充电，充电速度杠杠的！第四，锂电池保持20~80%电量使用，循环寿命可以极大地提升，以三星29E电池的测试为例，见下图，充满使用的循环寿命为500次左右，而只充到单体4.0V（约80%电量）使用，循环寿命接近2500次！

（👆🏻锂电池恒流/恒压充电方式下，末期充电电流快速降低）

（👆🏻不同充电水平下三星18650电池29E的循环寿命区别）

        说到这，你应该也知道了为什么iphone手机电池设置里有个“优化电池充电”功能，该功能开启后充到80%就会自动停充，这样既能延长电池寿命，又能极大降低电池充电起火的几率。

（👆🏻iphone电池设置里的“优化电池充电”功能）

        电动汽车如果采用上面我说的方法的话，好处基本只是对用户而言的，而厂家则要多花很大的成本，不知道实际有不有车企采用了这样的方法呢？