Re: [電車] 特斯拉電池是否是假議題？

※ 引述《anshley (想念卻不想見的人)》之銘言：
: 我是門外漢
: 有些疑問
: 所謂充放電的次數定義是什麼
: 是實驗室的數據嗎
: 包不包括把電池消耗到剩下個位數扒數甚至用光再充電的次數？
: 有3000次充電次數的電池技術怎麼都沒用在手機或其他電器上
: 為啥我手機電池用個兩三年
: 就覺得電池即使充飽了
: 可使用的電量也大不如前
: 這種情況下還能算在可充電次數內嗎

分幾部分講

[產品的工作週期、使用情境與負載條件訂定、加速試驗]

1. 產品的工作週期(Duty Cycle)

電池系統設計時會考慮壽命里程，絕對不是以使用壽命無限為目標

如果實際使用普遍超過設計的使用里程太多，那叫做過度設計(over design)

過度設計代表成本用料有下降的空間

反之實際使用未達到官方宣稱的充放電次數

ex: 最近GOGORO炎上的斷電事件 (其實近幾年一直都有)

相比以前因為過度設計導致車子開不壞

目前大量設計開發流程和軟體工具(ex:CAE)導入

車廠能更準確拿捏零件壽命，過保沒多久就失效得換

並不是完全因為電子零件變多才不耐用

2. 工作週期的負載條件訂定

高C數充放電、高溫、SOC用到過低(過度充/放電)都是影響電池壽命的因子
https://i.imgur.com/N0513QE.png

車用電池系統充放電C-rate可達3C以上 (80kWh電池，輸出功率超過240kW)

但實際使用條件不可能這麼極端

會在制定電動車產品輪廓與使用情境時

根據整車日常使用的駕駛模式(driving pattern)

ex: 引用WLTP或由各家車廠自己擬合

計算功率需求，再轉換成電池系統本身的動態充放電模式

訂的使用情境不能對應實際使用條件，就會導致宣稱壽命跟實際壽命有落差

3. 加速試驗

壽命或耐久這類驗證(validation)時

執行完整週期的測試需花費的時間太久

所以會採用加速測試，將負載條件加嚴並縮短時間的方法

ex: 底盤結構耐久以在SPC實測2萬公里、加速比10，來等效20萬公里

振動(vibration)、溫度循環(thermal cycle)、熱衝擊(thermal shock)也是同道理

但加嚴條件縮短測試時間的方法，有可能無法準確對應實際使用狀況

進而造成加嚴測試得到的使用壽命跟實際使用產生落差

[影響電池系統壽命的因素]

電池系統是由電芯(cell)->模組(module)->電池組(pack)，加上BMS組成

1. 個別電芯間的差異

受材料配方、混拌等製程影響，不同電芯間或多或少一定存在些微差異

新成立的電芯廠在樣品、試量產到跨入大規模量產時需克服的難題

撇開電芯數據規格，如何提供良率高且品質穩定的電芯才是電芯廠最重要的課題

https://i.imgur.com/av8V8f8.png

2. 極片阻抗

兩極連接的銅片阻抗因為製程上壓力等因素，也會有些微差異
https://i.imgur.com/2niupKS.jpg

3. 電芯位置分布(熱傳)

https://i.imgur.com/hgcvkpq.png

靠近冷卻流道或外殼位置的電芯，熱量容易被帶走，因此溫度升降較為和緩

而靠近中心處溫度則反之，溫度升降變動幅度較大

在極端或嚴苛(大功率充放電)的暫態條件下，這現象會更為明顯

高C數充放電下發熱量越高，根據量測溫度，冷卻系統也會進行流量(LPM)調節

將電池系統維持在一定可控的溫度範圍，對提高電池使用壽命有幫助

基於上述列的幾點原因

做到完美的電量平衡幾乎不可能

每個電池芯的溫度負載曲線也不會一致，老化程度不一

因此失效通常是先從少數電芯導致，並不會所有電芯同時一起失效

以21700電芯估算，一部電動車大約有3000~5000個電芯

當然不可能針對每個電芯量測

因此目前的折衷方案是針對模組失效感測與更換

畢竟不可能讓消費者用更換手機相同頻率來換車

一定會把動力電池系統使用壽命設計成比手機電池還高許多

再加上遠比手機更複雜且更考慮更全面的BMS(軟體保護)

ex: 限制電流(功率)輸出、調節流量

能達到電池保護和提高循環壽命

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這雖然跟車板無關，但我可以回答 換電站建置的環境和使用條件，造成電池實際壽命遠低於宣稱次數 這點2~3年前(動力部門大量RD離職)時不少人都有清楚 要解決就是換電系統汰換速度更頻繁 但目前情況是睿能已經好幾輪募資，虧損卻仍持續增加(近兩年每年各虧30億) 只能說換電系統本身就是個錢坑

IEC 62660有針對電芯的儲存壽命測試 即便都不使用，因為環境並不能達到完美條件(無塵、無溫度變動) 也不能保證無任何化學反應(電池儲存的其實是化學能) 衰退老化還是會有的 只是跟實際使用充放電條件的影響比起來可能微乎其微

以殘餘電容量(capacity retention) 90%為基準 SOC 100%-25% 1000cycles SOC 85%-25% 2000cycles 後者每次循環只用了60% 比前者用75%少 因此預期的壽命(使用里程)不會是2倍，約1.6倍

不懂不要黑白講 從80%開始使用，單次循環用到的電量更少 代表同理成下會需要更多循環數 根本原因是可使用的循環數大幅增加，故電池系統壽命較佳