现在购买电动车到底划不划算?电池价格如此昂贵,用上几年万一出现明显衰减,岂不是要花一大笔钱更换电池?我们手里的这台电动车究竟能开多久,才算真正回本?
围绕这些困扰无数消费者的核心疑问,有必要把电池寿命这件事从头到尾捋清楚一次。它不是一个可以用"八年十二万公里"一句话打发掉的问题,而是牵涉到电化学原理、测试标准、使用工况和真实世界数据的系统性话题。
此前流传过一种颇为流行的说法:电动车的电池能用多久,就看厂家给出的质保是多久,比如八年或者十二万公里。
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要判断电池的实际使用寿命,必须先了解一个专业术语——循环寿命。它指的是一种理论概念,即电池经过多少次充放电循环之后,能够达到某一个特定的容量数值。
这个数值一般设定为剩余容量的百分之九十、百分之八十或百分之七十等。举例来说,如果某种三元锂电池在经过八百次循环之后,电量衰减到了百分之八十,那么就可以说它的循环寿命是八百次。
循环寿命本身还分为两个层面。第一个是严格意义上的循环,也就是电池从零充到百分之百,再从百分之百放到零,此时电池内部完成了一次完整的充放电过程,活性物质完全从一种形态转变为另一种形态,然后再转变回来。
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第二个层面叫做等效循环。如果从百分之五十充到百分之百,再从百分之百放到百分之五十,就可以看作是半次循环,连续操作两次即视为完成一次等效循环。
由于实际使用中锂电池不可能完全把电放空,总会留下一部分电量,因此我们通常讨论的都是等效循环。
正因为如此,业内经常用循环寿命来评价电动车电池的使用寿命。而所谓八年十二万公里,其实只是国家给出的强制性要求,所有车企必须达到或超过这个条件。
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实际上,评价一台电动车电池寿命时,并不能简单地用时间和里程来衡量。虽然存在"日历寿命"这样的名词,但它的参考性相对较弱,因为它也会受到循环寿命的影响。
真正能够评价电池寿命的指标,还是循环寿命本身。
我们常听到三元锂八百次、磷酸铁锂两千四百次这类数值,但这些数据只是参考性质,仅代表某一类电池大概能够实现的循环次数量级。事实上,任何一种锂离子电池的循环寿命都是不确定的,因为它与很多因素相关。
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测试条件不同,得出的结果就会不一样,多个结果之间甚至可能存在数倍的差值。对于同一种类型的锂离子电池,即便在相同的测试条件下,不同厂家的电芯也会因为工艺差别而带来不同的寿命表现;在电池包层面,还会因为电池管理系统技术的差异而有所区别。
这里重点要说的是电芯层面的情况。根据国标GB/T 31484-2015的要求,纯电动乘用车的动力电池要达到五百次循环后剩余容量不低于百分之九十,一千次循环后剩余容量不低于百分之八十。
也就是说,即便是循环寿命相对较短的三元锂电池,也至少要达到一千次循环、剩余容量百分之八十的标准。要特别注意的是,这个标准中的寿命指标不仅针对单体电芯,也针对整个电池包,所以消费者不必担心电芯不一致带来的"木桶效应"。
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那么,一千次循环是不是意味着电池只能充一千次电就要报废?当然不是。前面已经说过,一个循环指的是电池内部的活性物质完成一次正向和逆向反应的完整过程。
在国标测试中,测试条件是这样的:在二十五摄氏度下,以1C的电流恒流充电至截止电压,然后再恒压充电到电流小于0.05C为止停止充电,此时电池可以认为充到了百分之百。
接着以1C的电流恒流放电至百分之二十,如此反复操作,也就是在百分之二十到百分之百之间来回充放电。这个过程算作0.8次循环,累计要达到一千次循环之后,看电池的剩余容量是否仍然大于等于百分之八十。
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累计一千次循环,实际上意味着刚才的过程要重复一千二百五十次。这里说的1C是什么意思?举例来说,如果某台电动车电池的额定容量是二百五十安时,那么就要以二百五十安培的电流进行恒定的充放电。
从测试标准可以看出,它模拟了一种恒流恒压充电的模式,也就是最开始以1C大电流充电,大概到百分之七十左右时可能会触发厂家设计的截止电压,然后再转变为小电流充电。
这就跟我们往水杯里倒水是同一个道理,一开始倒得快一些多一些,到后面快满的时候就要一点点慢慢来,防止溢出。日常充电时,电池管理系统也会刻意控制电流大小,先快后慢,到后面就变成所谓的涓流充电。
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马斯克此前的一个比喻就相当形象:充电就像是在停车场找车位。充电时锂离子从正极跑向负极,嵌入石墨的层间结构中,一开始石墨这一头很空,"车"来了就能"停"下;到后来快停满了,新来的"车"就不好找位置了。
此时如果继续以大电流充电,就可能造成一部分锂离子直接停在了"路边",也就是在负极表面析出成为金属锂,从而形成电池的"杀手"——锂枝晶。所以后面必须慢慢来,一个一个进入。
由此可见,国标这种充电测试方式,实际上是在二十五摄氏度的理想温度下模拟了现实充电工况。但它有一点比较苛刻,那就是无论充电还是放电,都是以1C的大电流恒流进行到厂家的截止条件为止,这相比实际工况其实更加"虐待"电池。
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而且放电深度维持在百分之八十左右,也是比较大的。既然在这样的条件下都要求达到一千次循环,那么在实际使用工况中,在电池管理系统的精细化管理下,实际可用循环次数远不止一千次。
不妨就按一千次来计算。假设每周充入一次完整的电量,每次充电都相当于一次完整的循环,那么一年大概会充四十八次,就按五十次来算,一千次的循环寿命就可以使用二十年左右。
也就是说,大约二十年之后,电池才会衰减到剩余百分之八十。那么此时是不是就要拆车报废,或者回收拆解呢?当然不是。这个时候只是续航里程更短了、电池性能有所下降,并不代表不能继续使用。
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来自远程信息处理领域的一项大规模真实世界数据分析也印证了类似结论:基于对大量在营电动车电池状态的追踪,最新报告显示当前电动车动力电池的平均年衰减率约为百分之二点三,按照通常将剩余容量百分之七十视为"寿命终点"的行业惯例来估算,主流电动车电池的实际使用寿命普遍可以达到十三年左右。
这个数字与前面基于国标推演出的结论大体吻合,甚至比很多消费者的心理预期还要乐观。同一机构在此前一年的研究中给出的年均衰减率数据其实更低,仅为百分之一点八。
数字之所以微幅回升至百分之二点三,一方面是因为新一轮统计采用了更大规模的数据样本,覆盖车型和使用场景更广;另一方面则是因为受访车辆中使用快充技术的比例明显上升,而高频次的大功率快充确实会在一定程度上加速电池老化。
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即便如此,年衰减百分之二点三的水平,仍然处在一个非常温和的区间。
也许还有人会觉得二十年时间太短,而且上述测算是基于比较理想的工况。很多人每年跑的里程数很长,充电也很频繁,那么是不是就用不到二十年?这确实有可能。但可以参考一下汽油车的使用年限,一般也就是十五年或三十万公里。
现在马路上,车龄超过十五年的车只是一小部分;能跑到三十万公里的车,除了营运车辆以外,也是少之又少。从全球范围来看,欧美国家的平均车龄大约在十二年左右,相比之下中国的平均车龄要更短一些,很多老车虽然还在路上跑,但整体平均车龄并不高。
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这一点其实不需要引用什么权威数据,看看路上的车、感受一下最近二十年来中国汽车市场的火爆程度就能明白。而从里程角度来说,按平均每年两万公里计算,二十年就是四十万公里。假设一次充电循环平均能够提供四百公里续航,那么二十年一千次循环就可以提供四十万公里的续航里程。
所以即便按照国标最低要求的一千次循环来看,也是完全可以满足绝大多数家庭日常使用需求的。真实世界数据得出的十三年寿命结论,正是在这样的技术底盘之上自然产生的结果。
把理论测算、国标要求和大规模真实数据这三条线索放在一起对照,可以得出一个相对清晰的结论:电动车电池的实际寿命,远比"八年十二万公里"这个质保数字宽裕得多。
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国标一千次循环对应约二十年的理论上限,真实世界统计给出约十三年的平均寿命,以及百分之二点三的年均衰减率,三者共同勾勒出这块"心脏部件"的真实耐用度。
对普通家庭用户而言,只要日常充电习惯不过分极端,一辆电动车用满一个完整的家用车生命周期,基本不会因电池寿命而被迫提前退役。剩下的问题,就是我们究竟该如何"伺候"这块电池,才能让它跑得更久、衰减得更慢。
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