钜大LARGE | 点击量：1517次 | 2021年04月15日
该怎么样评价新能源汽车的电池性能和安全性呢
该如何评价新能源汽车电池的性能和安全性？这个问题太大，应该从两个层次进行分析：1、单体电池；2、电池系统
一、新能源汽车电池是一个系统工程
影响电池性能和安全性的不仅仅是电池材料，还与电池组、动力系统、整车等有关。
特斯拉的电池在新能源车领域一直处于领先水平，不仅单体容量小，而且成熟、稳定、一致性高。
除了电池的优异性，特斯拉的电池管理系统（BMS）也相当不错。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
据说ModelS的电池组由7000+节的电池组成，其BMS可以供应精确的电池健康状态预估技术、诊断预警技术、电池平衡管理技术。
每个18650电池都有导热的管路，并且管路多采用绝缘带进行包裹，以防电池与外壳发生短路
每一组电池组都有独立的电池管理系统，在电池板的输出端同样有电池板的电池管理系统由于BMS的不同，即使其他纯电动汽车电池容量相同，在续航、电池寿命、充电时间等方面的表现也不如特斯拉。
二、电池的多维度性能平衡
假如你的电池系统已经非常成熟，各个部门之间协调度高，这时候就要从各大电池供应商采购符合整车要求的电池。
厂家一般会综合的把各个参数绘制成蜘蛛图，然后根据实际的情况来选择：
考核电池基本性能的蜘蛛图
大家玩NBA2K的时候，也会根据比赛的实际情况和球员的特点安排上场。
比如场上比分焦灼，球队陷入了进攻停滞，这时候要一个投射能力强，可以带动全队的球员，通过下图可以分析，斯蒂芬库里在场均得分、助攻和抢断方面则优于小乔丹，所以，假如你是教练，这时候应该换上库里了。
那上一个仅仅是得分超强的球员呢，后果可能是防守端败下阵来。
选电池和选球员时一个道理，没必要为了其中的一个续航性能而新增电池数量或者加大能量密度。
因为一是制造出来的车价格非常贵，老百姓买不起，二是在安全方面也很难把控。只要在特定的场景下选择合适的电池即可。
对电池的参数，我们简单解释下：
1、能量密度
电池的能量密度，指单位重量或者单位体积内包含的能量。这个指标是越大越好，毕竟浓缩的都是精华嘛。当然，这是理想状态，实际上，能量密度会受制于各种因素。
比如随着能量密度的提高，电池的安全性和安全冗余边界将会受到限制，这时候关于车辆而言，要做更多的工作。
能量密度还会直接和补贴挂钩，2017年新能源汽车补贴政策明确指出：
纯电动乘用车动力锂电池系统的质量能量密度不低于90Wh/kg，对高于120Wh/kg的按1.1倍给予补贴。
2、充放电倍率
是指电池以多快的速度储存电能，又以多快的速度释放电能。
同样的一桶水泼在头上，轻轻地倒和猛烈地倒，爽的程度是不相同的。
充放电倍率指标在新能源车的日常使用中，也显得尤为重要。
假如你开了一辆新能源汽车去约会，半路没电了，充电倍率又特别低，2小时充电才能保证到达目的地，那姑娘早生气离你而去了。
特斯拉Roadster2，据说在电机没有大幅度性能提升的同时，用牺牲车内空间的方式，塞入了200kwh的电池，打造出了一台性能怪兽。当时还有人质疑，为何会采用这么大的电池？
其实特斯拉不是为了续航，而是放电。2.1s破百，10000Nm扭矩，与高放电倍率是分不开的。
3、电池寿命
寿命，是动力锂电池应用在汽车上最为关键性指标之一。关于普通家庭用车来说，目前市面上动力锂电池的寿命都远远超过了消费者实际的使用习惯，因此关于寿命问题，消费者可以完全放心。
4、高低温性能
包括低温性能和高温性能，我们一般表征电池的工作温度，而工作温度与电池的功率输出却有直接关系。
比如我们要设计一辆电动除雪车，这车面向俄罗斯，我国东北，日本北海道市场，那么选择电池时就对低温性能格外关注，而高温性能可以适当舍弃。
5、安全性
曾经某品牌手机电池起火爆炸事件，将锂离子电池的安全性问题推到了风口浪尖，这个问题也是消费者最直观，最关心的。
动力锂电池的安全性要从电池和系统两个层次进行分析。电池材料安全，并不代表造出来的车就是安全。
除了电池最基本的电化学体系以及电极、电芯结构、设计之外，还与电池管理系统、工作温度范围、新能源汽车的合理使用条件等有关。
三、磷酸铁锂离子电池VS三元锂离子电池
下面针对楼主的提问，结合以上两个层次的分析，看下目前市面上使用率最高的两款动力锂电池磷酸铁锂和三元锂离子电池孰优孰劣？
1、市场分析
●市场规模
2017年我国锂电正极材料产量占比通过起点研究院了解到，2017年，锂电正极材料产量中，总产量8.6万吨，同比上升58.38%，而磷酸铁锂2017年总产量5.8万吨，同比上升基本持平，只有1.75%。
三元材料成为上升最快，占比最多的正极材料。
●产量规划
我们再来比较下2016年和2017年四家动力锂电池厂商的产量规划
从上图可以看出，一直钟爱磷酸铁锂离子电池的比亚迪，在2017年保持磷酸铁锂产量不变的情况下，加大了三元锂离子电池的产量。
比亚迪在18年媒体答谢会上也表示，未来旗下的e5、秦EV、宋EV这三款纯电动汽车型均会换上全新的三元锂离子电池组，这说明比亚迪在乘用车领域已经放弃了引以为傲的磷酸铁锂离子电池了。
2、性能分析
●能量密度
数据表明，磷酸铁锂离子电池的能量密度远不及三元锂离子电池，但却比三元锂离子电池有更好的安全性。
经过了解，目前磷酸铁锂单体电池的密度在110-120Wh/kg，行业巨头比亚迪据说能做到150Wh/kg。
三元锂离子电池却可以轻松破200Wh/kg，比如特斯拉采用的松下18650三元锂离子电池，能量密度就达到了233Wh/kg。
因为能量密度和国家新能源乘用车补贴直接挂钩，多数使用磷酸铁锂离子电池的车企想拿到1.1倍补贴（2017年标准，能量密度需达到120Wh/kg）难度确实不小。
●充放电倍率
放电性能测试：
当充电10C（1C=7.5A）时，三元材料电池与磷酸铁锂材料电池恒流充电容量/总容量比例无明显差距；
当充电>10C（1C=7.5A）时，磷酸铁锂离子电池恒流充电容量/总容量比例较小，充电倍率越大，恒流充电容量/总容量比例与三元材料电池差距就越明显。
由此可见，三元锂离子电池在充放电倍率方面都要优于磷酸铁锂离子电池。
●电池寿命
实验数据表明（下图），三元材料电池循3900次剩余容量66%，磷酸铁锂离子电池循环5000次剩余容量84%，由此可见，磷酸铁锂离子电池比三元锂离子电池有更长的循环使用寿命。
磷酸铁锂VS三元锂离子电池1C常温循环
大家也不用担心，假如一辆纯电动汽车续航为250km，你每天上下班里程40km，基本上4-5天充一次。循环充电1000次，可以用8-10年左右，这也到了大多数车报废的时间了。
并且，如荣威ERX5，还承诺电池8年20万公里衰减不超过30%。目前，这项质保在国内还是唯一的。
●高低温性能
我们看一组磷酸铁锂离子电池与三元锂离子电池在不同温度下的比较：
相对25℃容量是指不同温度条件下放电容量与25℃时放电容量的比值。该数值能够准确反映出电池在不同温度条件下续航的衰减，越接近100%，电池表现越好。
从上图中能够看出，以25℃为基准常温，两类电池在高温55℃与常温25℃下，放电容量几乎没有差别。但在零下20℃时，三元锂离子电池的表现就明显优于磷酸铁锂离子电池。
3、安全分析
要从两方面说下电池的安全性，一是电池材料，二是国家标准。
●电池材料。
三元锂和磷酸铁锂材料在达到一定温度都会发生分解，只不过三元锂材料会在200度左右发生分解，磷酸铁锂材料则要800度。当发生分解时，三元锂材料中的化学反应会更加剧烈。由此可见，三元材料相比磷酸铁锂确实存在安全性较差的问题，但我们仍然可以采取许多技术来提升三元材料的安全性。
其实电动商用车的安全绝不是不使用三元材料动力锂电池就可以提高的，如深圳电动公交车充电时起火、杭州某公交着火事故用的都是磷酸铁锂离子电池。
这说明单体材料安全性并不能代表动力锂电池系统或整车的安全性。
厂家为了提高电池的安全性能，还通过包括海水浸泡，针刺火烧等严苛考验的硬件测试，软件方面则以ASIL-D为设计目标。其中的软硬件所有内容都通过UL2580标准。
●国家标准
俗话说，无规矩不成方圆，即便电池及电池系统做的再好，也难免不出现安全隐患及事故。
2018年一月二十四日，工信部公布了《有关征求《电动汽车安全要求》等3项强制性国家标准（征求意见稿）意见的通知》。这就相当于把电池安全予以统一强制量化，设置一个最基本的安全底线。
1、针对新能源汽车行业中的动力锂离子电池结构安全性能进行仿真分析，依据《GB/T31467.3-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统测试规程》第3部分的安全性要求与测试方法进行电池模组及电池包的极限强度、振动、机械冲击、挤压、模拟碰撞、跌落等各种类型的仿真问题进行分析。学习并掌握行业标准中的相关测试内容及对应的仿真分析方法以及评价标准。
2、针对新能源汽车行业中的动力锂离子电池热管理性能进行仿真分析，学习并掌握不同工况下的电池包瞬态热仿真，掌握电池包的流场及温度场仿真，并能够进行电池热管理系统匹配分析。
3、针对储能系统中的锂离子电池结构安全性能进行仿真，依据UN38.3锂离子电池货物运输标准和公路运输标准进行电池包、电池机架进行振动和机械冲击性能等仿真，并对储能系统集装箱进行吊装及跌落仿真。学习并掌握行业标准中的相关测试内容及对应的仿真分析方法以及评价标准。
4、针对储能系统中锂离子电池热性能进行仿真，学习并掌握不同工况下电池包的流场和温度场仿真，并掌握储能系统流场及温度场仿真。
5、通过丰富的分析案例介绍，掌握新能源汽车行业以及储能行业中的锂离子电池结构性能仿真和热性能仿真技术。能根据行业标准和公司标准构建新能源系统中锂离子电池的仿真体系和仿真标准
