DQZHAN技術訊：電量去哪兒了：從電池容量的角度談動力電池
據說再過兩天就是進入21世紀以來，*冷的冬天了。之前，小編從暖風熱源方面給大家分析過，冬天為何開暖風會大大影響續航里程，今天，小編就從電池容量專業的角度來跟大家聊聊的動力電池的那些事兒。
對于電動車而言，電池是非常關鍵的部件。注意，以下所說的電池指的都是作為驅動源的動力電池，不是前艙的電瓶。因為，前艙的電瓶不存在這個問題，在行駛時它基本都處于被充電過程，而且續航里程也跟這個小家伙一點兒關系都沒有。電池的電量是與續航里程直接相關的指標，電量高，續航里程長，電量低，續航里程短。那么，什么是電量?電量等于容量乘以電池包總電壓。在*新的國家標準GB/T31486-2015《電動汽車用動力蓄電池電性能要求及試驗方法》文件中，有個【初始容量】的概念：
新出廠的動力蓄電池，在室溫下，完全充電后，以1I1(A)電流放電至企業規定的放電終止條件時所放出的容量(Ah)。
要求的測試環境規定為：溫度為25℃±2℃，相對濕度為15%~90%，大氣壓力為86kPa~106kPa。據度娘說拉薩冬天氣壓是65kPa，國標就不考慮拉薩人民冬天用電動車的感受了?
測量儀器、儀表準確度要求：
---電壓測量裝置：不低于0.5級
---電流測量裝置：不低于0.5級
---溫度測量裝置：±0.5℃
---時間測量裝置：±0.1%
1I1(A)是個什么鬼?舉個栗子，如果你的電池容量寫著50Ah，1I1(A)就是50A，2I1(A)就是100A，以此類推。
以上的【初始容量】基本就是廠家公告中的標稱容量，這個數值乘以電池包的總電壓，就是標稱電量。
說到電動車，有兩家公司一直是焦點，米國的特斯拉和我國的比亞迪，他們用的電池各不相同，特斯拉用的是松下公司的電池，據網上的信息，是所謂的三元材料，也就是說電池的正極里含有3種金屬材料;比亞迪用的自己生產的電池，他們內部叫鐵電池，材料是磷酸鐵鋰。這兩個材料有什么區別呢?小編給大家找了一些資料，讓大家來了解一下。
當然，電池材料體系的選擇與消費者關系不大，廠家往往根據市場趨勢和自身條件做出他正確的選擇，下圖是兩種材料的電壓-容量曲線。
容量比率
這是磷酸鐵鋰和三元電池在放電過程的電壓變化情況，磷酸鐵鋰的電壓大部分時間內基本不變，雖然工作電壓范圍是2.0V~4.2V，但是電池的容量比率處于20%~90%時，電壓基本上維持在3.2V;三元材料電壓變化較大，工作電壓范圍2.5V~4.2V，電壓一直隨著電池容量比率的變化而變化。
這里為什么要給出這張圖，因為后面說到的很多東西都圍著這張圖在變化，據電池工程師說，他們大部分時間的研究都以這張圖為基礎，怎么才能讓圖中的數據改變一下，改變了之后對動力電池的性能而言又說明了什么。對于消費者而言，這張圖的變化也就是電量的變化。
汽車的**問題是首要問題，燃油車的出事故的危害我們常常見到，電動車的**如何保證?電器工程師們說，我們有很多監控、很多保護電路，很多級別的**防護。電池工程師們說電器工程師不懂電池，我們電池也有很多的防護，都集成在電源管理系統里，也就是大家常常聽到的BMS。所謂電源管理系統，就是專門管理電池的各項指標的系統，電池怎么工作聽它指揮。
下面在說一個概念，【**冗余】：
就是說在前面國標所說的【初始容量】的基礎上，保留一部分容量，這部分容量不能被使用。比如原來100，可能給你用的只有90甚至80。這部分保留容量是出于**的目的，其次是為了保證電池的使用壽命。
電池既不能充的太滿，需要給充電控制系統留出一些調整的空間而防止過充電。過充電可能有些人不理解，但是生活中由于過充電而造成危害的示例很多，比如：由于使用各種雜牌充電器給手機充電，導致電池爆炸。相信這樣的報道大家看過很多了吧?現在應該理解過充電的危害了。
同樣電池也不能放的太空，考慮到車輛在沒電以后還可能長期存放。為保證電池不被過放電而影響**和性能，必須在消費者認為的0%以下還保留少量的電量。
另外，由于電池材料的特性，如果電池一直在使用電壓范圍內滿充滿放，相對于在充放電兩端都保留一些容量的做法，其使用壽命會顯著降低。月滿則虧，水滿則溢就是這個道理。
所以，就算是特斯拉，在動力電池的上端，就是SOC達到100%之后，保留10%的充電空間不能充電;電池底部，就是SOC減少至0%的時候，仍然保留了10%電量無法釋放。國內車企在動力電池**冗余的設置上也是相似的，以比亞迪為例，電芯材料為磷酸鐵鋰的動力電池，由于的**性較高，使用壽命較長，所以在上端只保留了2~3%的冗余，底部保留比特斯拉要少，大約6~8%。
所以這個電量冗余一下就去掉了10%~20%的電量，這個才是車主拿到車后真正可使用的電量，而不是公告里的標稱電量。
在實際的用車過程中，還有很多影響因素影響電池電量的發揮。
這還不算完，比亞迪迪車會里曾經見過一個口訣，是教車主們如何省電的，大概意思是要盡量用經濟模式，少急加速急減速。這個道理在燃油車似乎可以理解，你排量就這么大，非得一腳地板油，也改變不了發動機只能轉那么快的現實。雖然提速是快了一些，但是會提高油耗，說白了就是費油;而且，大量的燃油噴入燃燒室后，會有一部分油燃燒不充分，給霧霾做貢獻了。但是更專業的解釋是什么呢，下面這張圖展示了電池的功率特性。
這個是三元材料的不同電流倍率的放電圖，這個1C就是前面提到的1I1(A)，5C就是5I1(A)，倍率越大，相同容量比率下的電壓越低，在橫軸上也越短，也就是容量越低。圖里面*低的倍率1C和*高倍率25C之間，橫軸上的容量比率差了10%以上。急加速急減速，也就意味著電機要轉更快，需要電池給它更多的電，結果有幾個百分點的電就放不出來。
不過，這部分電也沒有消失不見了，下次用比較平穩的方式開車，它依然還在。下面這張圖給出了大電流放電后，再接著用小電流放電的數據。
所以看來，良好的開車習慣也是很重要的，能讓電池的電量盡量的放出來。
除了大功率使用和小功率使用的區別之外，另外還有一大電池電量的殺手叫溫度。2014年有個論壇，叫“低溫環境純電動汽車發展與應用論壇”，其中有專家提到，低溫是電池殺手，并提到了低溫對電池性能的影響。
表中展示了低溫下放電的電量變化情況，從常溫25度到-20度，放出的電量降低30%。低溫下充電也有類似現象。
所以低溫下，電池能充進去的電量會降低，放出的電量也會降低。同時，廠家為確保低溫下**充電，往往會降低充電電流，從而大大延長了充電時間。
此外，電動車冬季空調供暖有電池提供能源，一般空調功率2kw~3kw，差不多半小時就消耗一度電。
前面提到的電量冗余、不同駕駛習慣導致的電池功率輸出的大小、溫度的影響等，都在使用或者新車的狀態下圍繞電量在說事，那么用車1年后，3年后，又變為多少?這是消費者*為關心的問題，下面展示兩張圖。
上面這張圖是美國電動汽車協會調研特斯拉Roadster的衰減數據。圖表名稱可以譯為：平均*高溫度與行駛里程對電池容量影響的關系;橫軸是行駛里程，單位：英里;縱軸是平均*高溫度，單位：℉(單位：華氏度，為了大家理解方便，小編換算了一下，縱軸表示的溫度范圍為15.6℃-34.7℃，這里的溫度應該是環境溫度);圖例中Capacity Lost的意思是電池容量的損失。顯而易見，此圖標呈現了兩個趨勢，一是行駛里程越長，衰減越大;二是溫度越高，衰減越大。行駛里程和溫度是兩個很重要的影響因素。
**張圖展示了電池或車輛正常存放時的衰減情況。圖表的橫軸為存放時間，單位：年;縱軸為電量保持率;圖例分別為開始存放時，電池內所剩電量的SOC參數值。正說明了即使車輛不運行正常存放時，電池的電量也會逐漸衰減。存放時要注意的是，電池不能在完全放空電時存放，避免可能的過放電。
看到各種關于電量的數據、影響因素，相信各位都很想實際測一下自己愛車電池的電量。有些懂高壓電的車主，甚至已經自己動手實測過了。但是，由于小編之前做過試驗工作，對于數據的**反應是要搞明白背后的測量系統是否可靠，是否測得準。看到國標里各種測試環境的條件，家用電表的精度是達不到了，相差一個數量級呢。
看來準確的電池電量數據還真不是那么容易得到的東西，不知何時有專業相關的企業能開發點便宜而靠譜的電表，電量多少，車主也就可以自己測試。
綜上所述，公告里的標稱電量，只是說明電池剛剛出廠時的電量，但它真實發揮的電量，估計只有標稱電量的80%左右。而且，受駕駛習慣和環境溫度影響也很大，再加上衰減一部分，用于行駛的電量自然越來越低。良好的駕駛習慣和存放方法(比如：在長時間不開電動車的情況下，不要讓電池里存放太多的電量)，都會對電池性能的發揮和使用壽命的延長有所幫助。動力電池說了這么多關于動力電池電量方面的事兒，希望能為大家在電池電量的理解和日常用車上提供一些幫助。
