電動(dòng)研習(xí)社：電動(dòng)車(chē)為何忌諱過(guò)充過(guò)放

鋰離子電池忌諱過(guò)充過(guò)放

過(guò)去，隨著iPhone發(fā)布新品，不支持5G的iPhone 11系列也在發(fā)布會(huì)后掀起熱潮。吃瓜的人對(duì)iPhone 11系列的看法褒貶不一，但我最感興趣的是，9月19日推出的iOS 13.1新版本提供了“優(yōu)化電池充電”功能，通過(guò)管理充電量和時(shí)間，可以延長(zhǎng)電池壽命。在手機(jī)行業(yè)，iPhone打開(kāi)了充電管理的大門(mén)，但在電動(dòng)車(chē)上，這種情況太普遍了。事實(shí)上，你的車(chē)可能根本沒(méi)有充滿電，或者最好不要讓它充滿電。你明白嗎？

最新的iOS 13.1系統(tǒng)增加了“優(yōu)化電池充電”功能，旨在延長(zhǎng)運(yùn)行iOS 13.1的設(shè)備的電池壽命；通過(guò)每天學(xué)習(xí)用戶的充電習(xí)慣，系統(tǒng)會(huì)暫時(shí)將電量充到80%以上，只有在用戶需要時(shí)才會(huì)充到100%。手機(jī)的使用條件可能比較好。在電動(dòng)汽車(chē)中，動(dòng)力電池的使用條件相對(duì)較差。同時(shí)，我們需要一個(gè)長(zhǎng)壽命的動(dòng)力電池。因此，電動(dòng)汽車(chē)的鋰離子電池已經(jīng)配備了充電管理功能。切勿過(guò)度充電或放電是正確的方法。

●什么是鋰離子電池？

2021年10月9日，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了三位對(duì)鋰離子電池發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)的科學(xué)家——約翰·古德托、斯坦利·惠廷翰和阿基拉·吉野。目前，鋰離子電池是二次電池市場(chǎng)，尤其是電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池市場(chǎng)的“香餑餑”，但一開(kāi)始，鋰離子電池其實(shí)是從鋰電池演變而來(lái)的。

在電池中，我們知道電子是負(fù)電荷，應(yīng)該從電池的負(fù)極流（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）向正極，這就要求電池的負(fù)極應(yīng)該是一種容易失去電子的材料，而在化學(xué)元素中，“鋰”是最容易失去電子的元素；因此，鋰電池的初始正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，而負(fù)極材料是金屬鋰。

事實(shí)上，鋰電池的放電反應(yīng)是電極的氧化還原反應(yīng)，所以鋰電池在組裝時(shí)會(huì)被充電，形成閉合電路。但是，如果對(duì)鋰金屬電池進(jìn)行充電，其內(nèi)部很容易形成鋰晶體，造成電池短路，因此禁止對(duì)鋰金屬電池進(jìn)行充電，因此也被稱(chēng)為“一次鋰電池”。

20世紀(jì)（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）80年代，有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)鋰離子具有嵌入石墨的特性，且過(guò)程可逆，于是一種以碳材料為負(fù)極、鋰化合物為正極的“鋰電池”初步誕生。因?yàn)檫@種電池的充放電過(guò)程中沒(méi)有鋰金屬，只有鋰離子參與反應(yīng)。為了區(qū)別于上面提到的“鋰金屬電池”，這種電池被稱(chēng)為鋰離子電池。與鋰金屬電池不同，鋰離子電池可以反復(fù)充放電，充放電反應(yīng)更安全。如今大多數(shù)電動(dòng)汽車(chē)使用的電池都是鋰離子電池。

●為什么鋰離子電池不能過(guò)充過(guò)放？

我們上面提到鋰離子電池可以反復(fù)充放電，但是為什么不能過(guò)充或過(guò)放，與其充放電原理密切相關(guān)。簡(jiǎn)而言之，恐怕鋰離子電池的充放電過(guò)程就是鋰離子在正極和負(fù)極之間嵌入、運(yùn)動(dòng)和脫出的過(guò)程。電池充電時(shí)，鋰離子通過(guò)電解液從正極向負(fù)極移動(dòng)，然后嵌入碳層結(jié)構(gòu)；當(dāng)電池放電時(shí)，鋰離子從負(fù)極碳層脫嵌并返回正極。

看到這一點(diǎn)，我們都知道鋰離子電池的充放電與鋰離子的運(yùn)動(dòng)和電極有關(guān)。過(guò)度充電和過(guò)度放電可能會(huì)對(duì)電極造成不可逆的損壞。如果過(guò)度充電，可能會(huì)導(dǎo)致太多的鋰離子嵌入到負(fù)極碳層中，如果過(guò)度放電，可能會(huì)導(dǎo)致負(fù)極碳層凹陷，使得鋰離子在充電時(shí)無(wú)法嵌入其中。隨著時(shí)間的推移，結(jié)果是電池容量降低，壽命縮短。

看到這，有沒(méi)有車(chē)主朋友擔(dān)心:怎么才能讓電池不被過(guò)度充電？你就不能盯著它充電嗎？事實(shí)上，針對(duì)“過(guò)充過(guò)放”的問(wèn)題，各個(gè)新能源車(chē)企都做出了相應(yīng)的充電策略設(shè)置，比如限制充電容量、預(yù)留充電時(shí)間等。這些功能的目的之一是盡可能避免電池過(guò)度充電。

廠商如何“替用戶”保護(hù)電池

●制造商如何保護(hù)電池？

目前大部分新能源汽車(chē)都可以進(jìn)行限/預(yù)約設(shè)置充電，甚至有些純電動(dòng)汽車(chē)在出廠時(shí)就設(shè)置了一些安全電源冗余，以避免動(dòng)力電池過(guò)充過(guò)放。比如奧迪e-tron（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）的標(biāo)稱(chēng)動(dòng)力電池容量為95kWh，但實(shí)際上其電池已經(jīng)鎖死了12%的電量，可用容量為83.6kWh；這樣，制造商可以通過(guò)硬件中的安全電源冗余來(lái)避免用戶對(duì)電池過(guò)度充電和過(guò)度放電。

除了奧迪e-tron的電池保護(hù)設(shè)計(jì)，用戶還可以在汽車(chē)的充電設(shè)置界面設(shè)置最大充電量。如果短途旅行，系統(tǒng)會(huì)建議用戶不要給電池充電，如果長(zhǎng)途旅行，系統(tǒng)會(huì)建議用戶給電池充電到100%。該設(shè)計(jì)搭載在特斯拉、蔚來(lái)等車(chē)型上。

以特斯拉為例，該品牌車(chē)型在“充電限制”界面也有“日常出行”和“長(zhǎng)途出行”兩種設(shè)置；特斯拉系統(tǒng)建議用戶日常出行將電量充至50%-90%，但沃利不建議。特斯拉建議用戶在長(zhǎng)途出行時(shí)將電量充至90%-100%。同時(shí)，為了方便用戶設(shè)置，特斯拉在手機(jī)App端和車(chē)輛端都有這個(gè)功能入口。

之前蔚來(lái)ES8（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）和ES6在手機(jī)App端提供了設(shè)置充電限制的入口。2021年10月10日起，蔚來(lái)開(kāi)始將2.3.0版系統(tǒng)推送到ES6。在新系統(tǒng)中，蔚來(lái)汽車(chē)還提供了設(shè)置收費(fèi)限額的入口。系統(tǒng)還給出了日常出行和長(zhǎng)途出行的建議充電量，前者建議充電至90%，后者建議充電至100%。

但以比亞迪為例，傳統(tǒng)車(chē)企的新能源車(chē)依然沒(méi)有多少設(shè)置充電上限的功能，但傳統(tǒng)車(chē)企的大部分新能源車(chē)依然提供“定時(shí)充電”的功能，用戶可以根據(jù)自己的需求設(shè)置開(kāi)始充電的時(shí)間。這樣，用戶可以在電網(wǎng)低谷時(shí)段充電，節(jié)約充電成本，減輕電網(wǎng)壓力；其次，這個(gè)功能可以在一定程度上限制充電，通過(guò)延遲充電時(shí)間來(lái)減少充電量。

從鋰離子電池的充放電原理來(lái)看，過(guò)充過(guò)放都有可能對(duì)電池造成不可逆的損害，而車(chē)企的實(shí)踐恰恰印證了這一點(diǎn)。越來(lái)越多的新能源汽車(chē)選擇為用戶提供“充電上限”的選項(xiàng)。在這一點(diǎn)上，我們也可以理解為什么有些車(chē)型的動(dòng)力電池實(shí)際可用容量小于標(biāo)稱(chēng)容量。汽車(chē)公司首先幫助用戶避免過(guò)充過(guò)放，犧牲一些電量來(lái)?yè)Q取盡可能延長(zhǎng)電池壽命。我覺(jué)得這個(gè)“生意”是劃算的。

對(duì)于放電，大多數(shù)用戶傾向于在合適的空空閑時(shí)間給車(chē)輛充電，不會(huì)等車(chē)輛給電后再充電，不會(huì)導(dǎo)致過(guò)放電。然而，在低溫環(huán)境下，電池活性降低，比常溫狀態(tài)下更容易過(guò)度放電。因?yàn)闀r(shí)間的原因，很多車(chē)主不盯著時(shí)間拔槍?zhuān)酝菀锥嗍召M(fèi)。這時(shí)，收費(fèi)限額的設(shè)置就起了作用。對(duì)于擁有快速充電樁的用戶來(lái)說(shuō)，充電到80%也是很多朋友的選擇。一是盡量避免涓流充電，浪費(fèi)時(shí)間，二是避免過(guò)度充電，所以我個(gè)人推薦這種充電方式。

總結(jié):

其實(shí)車(chē)主不用擔(dān)心電池衰減，因?yàn)殡妱?dòng)車(chē)動(dòng)力電池組的性能更好，如果電池組衰減超過(guò)一定指標(biāo)，廠家也會(huì)免費(fèi)為車(chē)主更換電池組；到目前為止，國(guó)內(nèi)很少有更換電池組的電動(dòng)汽車(chē)，這至少證明了電動(dòng)汽車(chē)的電池衰減并沒(méi)有我們想象的那么嚴(yán)重。當(dāng)然，好的電池狀態(tài)離不開(kāi)車(chē)主的正確保養(yǎng)。相信電動(dòng)車(chē)會(huì)給你帶來(lái)很好的用車(chē)體驗(yàn)。