上一篇我們講的是《特斯拉的電池續(xù)航能力到底有多強(qiáng)？》。今天我們談藝術(shù)。不要緊張，你沒(méi)看錯(cuò)，就是藝術(shù)。今天我們談關(guān)于電池性能的平衡的藝術(shù)。

這是在我和張華博士聊完之后，最強(qiáng)烈的感受?！颈疚募钨e是張華博士：復(fù)旦大學(xué)材料物理專業(yè)本科，美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校材料科學(xué)與工程博士，發(fā)射資本董事。】

我問(wèn)張華，目前動(dòng)力電池的續(xù)航究竟還可以提升多少，快速充電可以有多快，有什么辦法可以減少電池的衰減。

張華回了我一句，你要是覺(jué)得有一個(gè)電池，續(xù)航超級(jí)牛逼，對(duì)其他性能又沒(méi)有影響，那你可能就太過(guò)于天真。

電池是一個(gè)很全方位的產(chǎn)品，你要提升某一方面的性能，注定會(huì)犧牲其他方面的性能，你得到一樣?xùn)|西，注定會(huì)失去一樣?xùn)|西，這是電池設(shè)計(jì)研發(fā)的理解基礎(chǔ)。

我楞了一下，沒(méi)想到我濃濃的八卦之魂突然進(jìn)入了禪定時(shí)刻。

張華是誰(shuí)？

在寫完《特斯拉的電池續(xù)航能力到底有多強(qiáng)？》之后，我在微博和朋友圈預(yù)告過(guò)，電池系列會(huì)有續(xù)篇。只是，和之前不同的是，這次我邀請(qǐng)了一位比我更了解電池的朋友，來(lái)幫助我一起完成關(guān)于電池性能的系列內(nèi)容。

張華，就是我提到的這位朋友。他是畢業(yè)于 UCLA 的材料科學(xué)與工程專業(yè)的博士，同時(shí)也是發(fā)射資本的董事，在電池相關(guān)領(lǐng)域深耕多年。在他的幫助下，我們對(duì)電池問(wèn)題的探討可以回到更本質(zhì)的層面上來(lái)。

特斯拉能跑很遠(yuǎn)沒(méi)錯(cuò)，但是它的循環(huán)壽命并不高

目前業(yè)內(nèi)對(duì)電池的主要關(guān)注點(diǎn)是，要降低電池的成本，提高電池的容量，同時(shí)又希望電池的壽命不要降低太多，能夠滿足消費(fèi)者日常的使用。聽上去十分有理想。

張華在此就提醒到，如果你看到電池某一方面的性能特別強(qiáng)，你一定要反思一下，它付出的代價(jià)到底是什么。

在動(dòng)力電池的性能上，我們目前最看重的是能量密度和壽命，其次就是充放電的速度和對(duì)溫度的響應(yīng)。能量密度提高，通常的代價(jià)是電池的循環(huán)壽命會(huì)變差，充放電速度也會(huì)變差。

張華拿特斯拉舉例。比如說(shuō)，和比亞迪的磷酸鐵鋰電池比起來(lái)，特斯拉的電池的確能量密度更高，但是它的循環(huán)壽命和磷酸鐵鋰卻有兩倍左右的差距。

特斯拉 18650 和寶馬 i3 電池的循環(huán)壽命對(duì)比

等等。特斯拉不是續(xù)航里程高，電池能量密度高，可以慢充也可以快充，同時(shí)衰減得也很慢嗎。

特斯拉的這張續(xù)航里程衰減圖被廣為傳播。

來(lái)源: 特斯拉論壇

你看圖中的這條曲線，在行駛 20 萬(wàn)公里之后，特斯拉的續(xù)航里程還能保持在初始續(xù)航里程的 90% 到 95% 之間。這是來(lái)自 286 位 Model S 車主的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。在圖中，車主用他們可計(jì)量的單位「續(xù)航里程」來(lái)評(píng)估電池的衰減情況。

這個(gè)沒(méi)有問(wèn)題。只是，續(xù)航里程代表的是在一次充放電過(guò)程中車輛所能行駛的距離。而循環(huán)壽命代表的是在一個(gè)電池有效的生命周期里，可以充放電多少次。

我們來(lái)做一個(gè)粗略的數(shù)學(xué)題。同樣跑 20 萬(wàn)公里，特斯拉充放電一次跑 500 公里，跑完全程需要充放電 400 次。其他電動(dòng)車充放電一次跑 200 公里，跑完全程需要充放電 1000 次。

簡(jiǎn)單說(shuō)，就是電池生命周期總續(xù)航 = 單次續(xù)航里程 ?? 循環(huán)壽命。也就是說(shuō)，盡管特斯拉電池的循環(huán)壽命并沒(méi)有那么優(yōu)秀，但是它一次充放電可以跑的續(xù)航里程高，則在電池生命周期里，特斯拉能跑的總續(xù)航里程是可以比對(duì)手更高的。

所以，我們看到的結(jié)果是，特斯拉的電池不易于衰減這件事被車主們廣為稱道。但是，這并不代表特斯拉電池的循環(huán)壽命更高。

電池結(jié)構(gòu)是參透循環(huán)壽命的關(guān)鍵問(wèn)題

電池的循環(huán)壽命是怎么被影響的呢？首先，我們來(lái)看電池是怎么充放電的。

鋰離子電池的放電過(guò)程

鋰離子電池的充放電過(guò)程，就是鋰離子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。從學(xué)術(shù)上來(lái)說(shuō)，鋰離子主要做兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，一個(gè)叫嵌入，一個(gè)叫脫出。

鋰離子是嵌在電池結(jié)構(gòu)中的，在每次運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，鋰離子都要從原來(lái)的結(jié)構(gòu)中脫身，跑到另外一邊。張華打了個(gè)比方，這有點(diǎn)像你從一個(gè)房間搬運(yùn)一堆東西到另一個(gè)房間。

不管是放電還是充電，鋰離子都是從電池的一極跑到另外一極。

對(duì)電池壽命的認(rèn)識(shí)，要建立在對(duì)電池結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上。在充放電過(guò)程中，每一次參與運(yùn)動(dòng)的鋰離子越少，對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞越小。每一次參與運(yùn)動(dòng)的鋰離子跑得越慢，對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞也越小。如果鋰離子跑得差不多了，還要持續(xù)從里面抽取鋰離子，對(duì)電池就會(huì)有損傷。

結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定，被破壞得越多，循環(huán)壽命自然就會(huì)變差。所以，我們通常強(qiáng)調(diào)，鋰離子電池的充放電要淺充淺放，不要挑戰(zhàn)電池的「極限」。

其次，我們來(lái)關(guān)心材料。不同的電極材料有不同的電池結(jié)構(gòu)。我們通過(guò)改變電極的材料比例來(lái)提高電池的能量密度的時(shí)候，電池的循環(huán)壽命也在發(fā)生變化。比如，特斯拉的 NCA 電池就比比亞迪的磷酸鐵鋰電池循環(huán)壽命更差。

而特斯拉在 21700 電池上應(yīng)用硅碳負(fù)極，硅加得越多，電池結(jié)構(gòu)越容易被破壞，循環(huán)壽命就越容易受到影響。電極材料對(duì)壽命的影響，也建立在電池結(jié)構(gòu)上。

最后，溫度也是一樣。零度以下的低溫也會(huì)對(duì)電池的結(jié)構(gòu)帶來(lái)負(fù)面影響，甚至是永久損傷。

因此，充放電過(guò)程（深度/速度）、電池材料以及溫度這三個(gè)因素，都可以通過(guò)對(duì)電池結(jié)構(gòu)的影響，影響電池的循環(huán)壽命。

說(shuō)到這里，我們順便可以理解一下電池管理系統(tǒng)的作用。電池管理系統(tǒng)的核心目的就是為了保障電池在性能和壽命上的穩(wěn)定。所以，電池管理系統(tǒng)主要做兩件事，一個(gè)管理內(nèi)部環(huán)境與外界的交互，也就是管理電池的充放電過(guò)程。一個(gè)管理外部環(huán)境與電池的交互，也就是溫度（熱）管理。

有人說(shuō)，車輛上表顯數(shù)據(jù)顯示電池消耗為 0 了，但是車還能再跑一會(huì)兒，這也是防止電池放電深度過(guò)高的一種管理。

大電池在充放電過(guò)程中可以更任性一點(diǎn)

那電池究竟充放電多少比較合適呢？

我們來(lái)認(rèn)識(shí)三個(gè)詞。一個(gè)是 SoC（State of Capacity），表示電池的當(dāng)前容量。一個(gè)是 DoD（Depth of Discharge），表示電池放電的深度。還有一個(gè)是 C（Current），表示電池充放電的倍率。

深度和速度，是充放電過(guò)程中的重要影響因素。

SoC 和 DoD

首先來(lái)看深度。

電池放電的深度是跟整個(gè)電池的容量有關(guān)的。比如說(shuō)特斯拉的電池是 90 度電，其他電動(dòng)車 45 度電。同樣開百公里 5 秒，特斯拉用了 0.1% 的電池容量，其他電動(dòng)車用了 0.2% 的電池容量，對(duì)電池的傷害程度是不同的。

放電深度對(duì)循環(huán)壽命的影響，來(lái)源: Stephen Grinwis ；也就是說(shuō)，深度考察的不是絕對(duì)數(shù)值，而是容量比例。大電池在這里占了一定的優(yōu)勢(shì)。

而在速度上，充放電的倍率越高，所需要的時(shí)間就越短，循環(huán)壽命也會(huì)越短。在同一輛車上，迅速地啟動(dòng)，和緩慢地啟動(dòng)，對(duì)電池的消耗是不一樣的，損傷也是不一樣的。快速加速，相當(dāng)于電池快速地放電。

那我們期待的快速充電對(duì)電池是不是有損耗呢？肯定有，但我們更關(guān)心的問(wèn)題是，這個(gè)損耗有多大。

如果一般充電樁慢充的循環(huán)壽命是 700 次，相匹配的快充的循環(huán)壽命是 500 次，對(duì)正常用車影響不會(huì)特別大。如果慢充的循環(huán)壽命是 700 次，快充的循環(huán)壽命是 100 次，那強(qiáng)推快充就沒(méi)有太大意義了。這也是為什么不建議用充 Macbook 的電源去充 iPhone 的原因。

而談到不同的車型，由于特斯拉電池大，在同樣的加速度下，電流更小，相當(dāng)于是一次慢放過(guò)程。從慢放的角度來(lái)說(shuō)，電池衰減得更慢。

如果在這個(gè)基礎(chǔ)上，把電池的充放電速度提升 25% 。那么特斯拉的 25% 增速是 0.1% 的 25% ，其他電動(dòng)車的 25% 增速是 0.2% 的 25% ，結(jié)果是不同的。

在駕駛過(guò)程中，同樣一次充放電過(guò)程，特斯拉消耗的電池容量比例低，進(jìn)而降低了循環(huán)壽命的負(fù)面影響。所以說(shuō)，特斯拉用大電池，彌補(bǔ)了循環(huán)壽命的缺點(diǎn)。盡管特斯拉電池可用的次數(shù)少，但是它跑得遠(yuǎn)啊。這也是為什么，盡管特斯拉循環(huán)壽命不高，但是用戶在感知上認(rèn)為特斯拉的電池是足夠使用的。

這就是在和張華交流的過(guò)程中，讓我感受最深的一點(diǎn)。

看上去特斯拉所采用的 NCA 電池有很多短板，然而特斯拉通過(guò)電芯數(shù)量的堆積克服了電池性能上的短板。我們以為做的是加法，但這卻不是你以為的那種簡(jiǎn)單的加法。

當(dāng)然，張華并不推崇盲目提高電池續(xù)航，犧牲電池其他性能的做法。畢竟，電池續(xù)航數(shù)字是最容易被評(píng)估的，而對(duì)電池的其他性能則需要車主們付出大量時(shí)間才能體驗(yàn)到。

只是，在目前的充電環(huán)境下，在撬動(dòng)車主對(duì)電動(dòng)車的興趣下，續(xù)航是一個(gè)無(wú)法避開的問(wèn)題。除非，我們要探索其他的新能源，這個(gè)話題下次可以繼續(xù)聊。

最后，張華的建議是，電池的充放電深度通常在 20% 到 80% 之間比較好。

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