怕自燃也怕衰減?技術(shù)解讀OTA“鎖電”
近年來,中國電動汽車市場日新月異,續(xù)航里程高、加速極快、充電快的電動汽車層出不窮。然而與此同時(shí),聳人聽聞的電池自燃視頻也經(jīng)常引爆網(wǎng)絡(luò)。在這種背景下,一些無良車企趁進(jìn)店維修的機(jī)會,悄悄“升級”汽車的電池管理軟件,改變汽車的電池工作特性。細(xì)心的車主會發(fā)現(xiàn),之后續(xù)航里程大幅縮水。這包含了什么樣的邏輯?介紹了鋰電池的特點(diǎn),為大家梳理了技術(shù)邏輯。
昂貴鋰離子電池的四個(gè)“受不了”
①每次用都受不了。
在“末代”很多人的印象中,使用手機(jī)的時(shí)候,應(yīng)該是完全沒有電的。然后填滿它。否則電池會有“記憶效應(yīng)”,用的越多越少。其實(shí)這是一個(gè)錯(cuò)誤的概念。因?yàn)樵缙诘逆囨k電池或者鎳氫電池都有這個(gè)問題。目前電動汽車中常見的鋰離子電池不存在這個(gè)問題。
鋰離子電池的壽命,也就是充電次數(shù),不是一個(gè)定量的,而是和放電深度有關(guān)。充電次數(shù)x放電深度=總充電周期完成時(shí)間。總充電周期完成時(shí)間越長,電池壽命越長。因此,如果有機(jī)會收費(fèi),車企鼓勵(lì)消費(fèi)者盡量多收費(fèi)。但是如果不能控制車主的充電,只能限制汽車的用電量。因此,“肆無忌憚”的車企直接將功率下限“鎖定”到一個(gè)相對較高的值,比如10%,通過簡單粗暴地降低放電深度來延長電池壽命。
②充電太多或太快都受不了。
就像人們不能挨餓或養(yǎng)活自己一樣,鋰離子電池的過度充電也會帶來問題。它會導(dǎo)致正極活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆的變化和電解液的分解。同時(shí),過度充電也會產(chǎn)生大量氣體,散發(fā)大量熱量,極易發(fā)生爆炸,存在安全隱患。因此,有必要避免電池過度充電。因此,從確保安全的角度來看,車企會通過軟件升級“鎖定”一次電池充電的上限,比如90%,降低可用容量。
此外,鋰離子電池?zé)o法承受吞噬——大的充放電電流會導(dǎo)致鋰離子快速運(yùn)動,過大的充電電流會使鋰離子快速脫離晶格,影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。要想快速嵌入陽極,擴(kuò)散速度跟不上,那么簡單的鋰就會沉積在陽極表面。過大的放電電流會讓大量的鋰離子在短時(shí)間內(nèi)通過SEI膜,可能造成膜結(jié)構(gòu)的大規(guī)模破壞。因此,過大的電流會導(dǎo)致電池迅速老化。
③太熱或太冷的環(huán)境都受不了。
我們生活的地球并不總是像春天一樣。冬季嚴(yán)寒和夏季熱浪的威脅也會影響鋰電池。在低溫下,電解液移動非常緩慢,影響鋰離子在正負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移活性,導(dǎo)致電池充放電性能下降。在充電過程中,負(fù)極的電化學(xué)極化明顯加劇,析出的金屬鋰容易形成鋰枝晶,突破隔膜,導(dǎo)致正負(fù)極短路。
過熱的環(huán)境會分解正極材料,無論是磷酸亞鐵鋰還是三元鋰,磷酸亞鐵鋰略好于錳酸鋰,但分解現(xiàn)象依然存在。溶解現(xiàn)象會引起材料結(jié)構(gòu)的改變和晶格的破壞。一方面會導(dǎo)致高壓區(qū)充電容量下降,另一方面會導(dǎo)致活性物質(zhì)之間的接觸電阻增大,鋰離子遷移率降低,最終導(dǎo)致電池失效。這里提到的高溫通常在60℃以上??紤]到電池在運(yùn)行過程中會釋放熱量,這個(gè)溫度在夏天比較容易出現(xiàn)。
④我無法忍受長時(shí)間充滿電或沒電。
不是每個(gè)電動車車主每天都開自己的車,出差、旅游或者疫情的時(shí)候可能都不會開車。這時(shí),長期維持過高或過低充電狀態(tài)的鋰電池也會“丟命”。當(dāng)鋰電池長期處于無電或低電狀態(tài)時(shí),對鋰電池內(nèi)部電子運(yùn)動的阻力會增加,導(dǎo)致電池容量下降。然而,當(dāng)電池始終處于充滿電的狀態(tài)時(shí),大量的鋰離子被插入到負(fù)極石墨中,負(fù)極石墨處于不穩(wěn)定的載體上,鋰離子更容易脫落并游離在電解液中,從而降低電池容量。
鋰電池在電量中間狀態(tài)最好,電池壽命最長。正常情況下,保持10%-90%的電量有利于保護(hù)電池。
“作弊”電顯示
就像車速表總是會顯示一個(gè)比車速快的數(shù)值一樣,我們在車內(nèi)看到的SOC并不是實(shí)際的SOC,而是已經(jīng)被計(jì)入了可用功率。換句話說,即使是0%,電池仍然在充電。
近年來,特斯拉等車企通過OTA更新,培養(yǎng)了大量消費(fèi)者習(xí)慣于“升級”汽車。因此,車企正習(xí)慣于以這種方式“悄悄”改進(jìn)電動車電池的管理策略。汽車已經(jīng)從一個(gè)被銷售和完成的硬件產(chǎn)品變成了一個(gè)需要在整個(gè)使用壽命中不斷維護(hù)和改進(jìn)的動態(tài)軟件產(chǎn)品。因此,無論是否被接受,OTA升級改變了已售汽車的特性,這是當(dāng)前汽車行業(yè)的大勢所趨。
然而,這并不意味著用戶應(yīng)該讓汽車公司操縱他們的汽車,讓它們被改變。OTA升級的規(guī)則需要規(guī)范,特斯拉在少電這件事上有先例,今年贏得了敗訴的判決。通過這個(gè)案例,我們大致可以看到這一領(lǐng)域法律尊重的邊界在哪里,這也給我國類似的新案例一些啟示。
輸了:特斯拉Model S(查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策)和Model X(查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策),OTA升級后續(xù)航里程直線下降
2021年,特斯拉通過OTA對軟件進(jìn)行了升級,并為當(dāng)時(shí)服役的Model S和Model X提供了“可以延長電池壽命”的軟件補(bǔ)丁。用戶發(fā)現(xiàn)續(xù)航里程縮小了。原告大衛(wèi)·拉斯穆森發(fā)現(xiàn),他的2014款S 85在OTA后損失了8千瓦時(shí)的可用電量,特斯拉稱這是正常損失。
在這次軟件升級之前,一輛特斯拉Model S在香港起火。特斯拉認(rèn)為有必要改善Model S和X的充電和熱管理設(shè)置,以保護(hù)電池,延長壽命。
2021年7月29日,特斯拉在美國集體訴訟中初步達(dá)成和解,將賠償1743輛特斯拉Model S車主每人625美元的罰款,并被要求提供電池診斷和提示,并在保修期內(nèi)根據(jù)需要提供電池維修服務(wù)。特斯拉在本案中的賠償總額為150萬美元,其中包括41萬原告律師費(fèi)用。
高鎳鋰電池的流行與隱憂:鎳鈷錳811和鎳鈷鋁
本次動力鎖定事件的主角廣汽豐田iA5(查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策)、廣汽AION LX(查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策)、威馬EX5(查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策)均采用了當(dāng)代安普瑞斯科技有限公司生產(chǎn)的811電芯。所謂811是指正極材料配方為鎳-鈷-錳三元材料的鋰離子電池,其中鎳、鈷、錳的比例為8:1:1。這個(gè)公式在近年來的電動汽車電池技術(shù)中相當(dāng)流行。另一個(gè)流行的公式是特斯拉-松下使用的鎳鈷鋁。中國的電動汽車補(bǔ)貼鼓勵(lì)高里程電動汽車,兩者都具有能量密度相對較高的特點(diǎn),正因如此,近年來在中國電動汽車市場獲得了較大的市場份額。
然而,以下兩種配方的缺點(diǎn)也很明顯——它們更容易熱失控。
從上圖可以看出,隨著鎳的增加,發(fā)熱量激增的溫度越來越低,換句話說,熱失控的風(fēng)險(xiǎn)越來越早。
上圖中,鎳鈷鋁的NCA也包括在比較中,顯示出比鎳鈷錳811更高的功率和更差的穩(wěn)定性。你看不到小偷吃肉,但你看不到小偷被打。這兩種電池獲得的補(bǔ)貼越多,起火越多。為了保證電池壽命,降低安全風(fēng)險(xiǎn),車企更傾向于對這些電池的SOC范圍做出更多限制,即“功率鎖定”。從這個(gè)角度來看,不難理解廣汽Ean這樣的公司的這種行為。
結(jié)論:合理用車,合理維權(quán)。
在這個(gè)中國的時(shí)代,擁有一輛電動車是幸福的。作為最大的電動汽車消費(fèi)國和生產(chǎn)國,中國激活了市場。憑借眾多的產(chǎn)品、低廉的價(jià)格和領(lǐng)先的技術(shù),消費(fèi)者享受到了世界級的先進(jìn)電動車產(chǎn)品。但顯然,現(xiàn)有產(chǎn)品仍未完全成熟。因此,基于科學(xué)理性的態(tài)度,在了解鋰電池的局限性后,我們以更合理的方式使用汽車,以降低事故風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí),如果出了問題也不用擔(dān)心。先有特斯拉的先例,用合理的手段維權(quán)也是車主的權(quán)利。
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