撰文 / 赵试
前两天,有网友跟我说现在的电车,电池技术不靠谱。因为他有亲戚开的电动车出现了一个“奇怪”的现象:原本显示剩余电量为40%,放在地库停一晚上,发现剩余电量“跳”到20%多。
这种现象被称为“跳电”,尤其是搭载磷酸铁锂电池的电车,特别容易出现“跳电”。本期就来聊聊这个虽然枯燥,但极为重要的话题。
磷酸铁锂为什么容易“跳电”?
笔者从磷酸铁锂电池的充电特性说起。
磷酸铁锂电池的电量-开路电压曲线(SOC-OCV)有它独特的“平台区”,即在24%-98%电量范围内,电压变化极小。
有必要解释下什么叫SOC与OCV?SOC(Stage of Charg)为电池的荷电状态,相当于油车的油表,告诉你剩多少电能跑多远。不仅如此,SOC还帮助电池管理系统(Battery Management System,以下简称为BMS)决定如何充电、放电。懂手机的人都知道,电池过充、过放都会影响电池的寿命。
OCV(Open Circuit Voltage)则是指开路电压,即电池处于静置状态下的两端电压,这时电池内部没有流动电压,所以,OCV反映了电池重要的特征物理量。
从上面给出的数值跨度可以看出,磷酸铁锂电池的“平台区”很广,从而导致同一电压可能对应多个电量值。比如,某型号电池在SOC荷电状态为30%和60%时,其开路电压都为3.3V。
由此带来一个问题:SOC显示充了10%的电,但电压变化可能只有微乎其微的几毫伏。
磷酸铁锂电池这种固有的特性,使得BMS系统很难仅凭电压精确估算SOC电量。
SOC估算相当复杂,不像直接测量油箱液位的油表那么精准,电压、电流以及温度都会直接影响BMS系统的估算结果。我曾经问过这方面的专家,他很肯定地告诉我,SOC算法在本质上就是看哪家车企通过统计电量的方法来估算,尽可能让误差更小、“猜”得更准。
也就是说,再好的算法都不可能完全消除磷酸铁锂电池充电时因电压的“惰性”表现而带来的误差。误差就像滚雪球,当BMS系统发现误差太大时,就会“强行校正”,这时候电量就开始玩“蹦极”。
所以说,“跳电”并非属于电池故障,而是磷酸铁锂电池的“平台区”特性引出的难题。
“电量跳跃”为什么有高有低?
您或许会提出疑问,既然“平台区”电压变化较小是磷酸铁锂电池的普遍特性,那么为什么不同品牌的电动汽车在“跳电”现象上表现出不同程度?有的车辆掉电均匀,而有的车辆掉电则如同“下陡坡”一般。难道制造商不对电池进行校准吗?
实际上,在车辆出厂前,制造商都会对电池进行严格的校准,以确保电池在初始状态下的电量显示准确无误。然而,由于磷酸铁锂电池具有独特的特性,不同制造商采用了不同的电池管理系统(BMS)策略和显示逻辑,主要可以分为两大类:
多数汽车制造商倾向于采用渐进式修正策略,例如,当电池管理系统(BMS)检测到荷电状态(SOC)从50%降至45%时,仪表盘上的显示却以1%的幅度逐步减少,使用户感受到电量变化的线性过程。这种“平滑”显示电量变化的方法无疑提升了用户在充满电后的初期和中期体验,但同时也掩盖了电量变化的真实情况。长此以往,可能会导致后期续航里程出现较大的偏差。正所谓“失之毫厘,谬以千里”。
一些汽车制造商主张透明化,例如大众汽车,在ID.3车型上直接显示估算的电池状态(SOC)值。这种策略可能会让车主感觉电量变化如同跳华尔兹,体验不佳。然而,从长远来看,这种策略使SOC更加精确,对后续续航表现更为有利。个人认为,大众的这一策略更加谨慎,体现了典型的“德系”风格。
解决“跳电”问题的终极指南
如果您留意过磷酸铁锂电池车型的电池使用说明,会发现厂家普遍建议定期将电池充满电。例如,特斯拉推荐Model 3等搭载磷酸铁锂电池的车型每周充电至100%。同时,特斯拉还告知用户,如果长时间不将电池充满,BMS(电池管理系统)将无法有效校准,误差累积可能会导致“跳电”现象加剧。
▲特斯拉官方提供的磷酸铁锂电池充电建议
不仅特斯拉,比亚迪、小鹏、小米汽车等多家厂商也建议通过定期满充来修正磷酸铁锂电池的电量偏差。建议使用慢充方式,充满电后,保持连接充电桩静置10分钟再拔枪。此外,充满电后不要立即使用车辆,建议再静置1-2小时,以便电池管理系统(BMS)有足够的时间读取、分析数据并进行深度“复盘”。
为什么各大厂商不约而同地建议定期将电池电量充至100%?这一方法对于解决“跳电”现象有着显著效果,原因有三:
首先,充满电为SOC(荷电状态)估算提供了一个绝对可靠的参考值,有助于校正平台区累积的误差。以航海为例,SOC估算过程中的充满电状态犹如指明方向的“灯塔”,为整个系统提供精准的校准。
其次,充满电可以使电池进入高SOC(State of Charge)区域(>98%)。在这个区域内,开路电压的变化更为显著,有助于BMS(电池管理系统)更准确地校准SOC,从而减少后续的电量跳变现象。
第三,充电过程中会产生丰富的电压、电流和温度数据,BMS系统利用这些数据更新电池模型参数,如内阻、容量和电池循环寿命等。这相当于为电池进行一次全面的“体检”,确保BMS系统的算法能够及时适应电池的变化。
这进一步说明,“跳电”并非由电池故障引起,只要定期充满电,此问题即可迎刃而解。
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