電動車鋰電知多少?電池到底能用多久?

Yahoo奇摩汽車 2020-07-12 00:06:48

作者:SanjiNoir 黑侍樂讀

在交通工具中,電動車是一種架構相對簡單的汽車類型,擁有相對內燃機較少的運轉部件,也不需要複雜的變速機構,而在電動車動力系統中,「電池」扮演了極為重要的角色,也是電動車之中最昂貴的零件之一,與此同時,這也是多數消費者會觀望、持有疑慮的地方,究竟電動車的電池壽命多長?我們又能如何維護呢?本文會試著理清一些思路。

👉圖片摘自:https://img.futurecar.com/201811/19/l_5bf30f90bb255.jpg

首先先來檢視電池的基本概念,當今主流的電動汽車都採用鋰離子電池組,這與一般車輛使用的鉛酸電池有很大的不同,我們能在手機和筆記型電腦中看到相同類型的電池組,只不過電動車使用的電池組規模大得多,一台電動車會配備由上百顆電池組合成巨大的電池組,鋰離子電池擁有較一般電池為高的能量密度,就算未使用的時候,也不太會流失保存的電量,考慮到車重的減輕與性能的發揮,鋰離子電池確實很適合電動車使用。

👉圖片摘自:https://insideevs.com/photo/3960925/deep-dive-chevrolet-bolt-battery-pack-motor-and-more/

電池的容量主導了電動車能行駛的距離範圍,愈大的電池組能讓車輛在不充電的前提下行駛愈長的距離,就像是買了油箱較大的汽車一樣,一般會使用千瓦-小時(kWh)來描述電池組的容量。

那麼電池的使用壽命到底有多少呢?或許可以先從車廠提供的保固服務窺見之,在美國市場,Kia替旗下電動車電池組提供的保固服務是10年或100,000英里(約16萬公里),另一間韓國車廠Hyundai甚至提供了終身保固,而其他像是BMW、Tesla、Volkswagen、和Nissan等等則可在電池組容量降低到原本的60-70%時提供保固服務,雖然還有出保條款的一些條件限制,但看來還是能讓一般人盡情駕駛一段不短的時間。

👉圖片摘自:https://ev-database.org/img/auto/Kia_e-Niro-2020/Kia_e-Niro-2020-01.jpg

雖然車廠認定了標準的使用壽命,但不代表所有的電池都有著相同的壽命,實務上電池的壽命還會受到幾個因素的影響,其中一項是「溫度」,一般來說,位於熱帶氣候的電動車,電池消耗的速度會比寒冷地帶更快,不論是使用壽命或電量的消耗都是如此,另一方面,若氣溫過於寒冷,電動車的行駛里程與性能也會有一定程度的衰減,不同的是寒冷氣溫並不影響到電池的壽命,電池與人類相同,在21°C左右的氣溫能非常良好的運作。

👉圖片摘自:https://www.qats.com/cms/wp-content/uploads/Fig-5-5.jpg

為了讓電動車在廣泛的氣溫範圍內都能發揮良好的性能,車廠設計了熱量管理系統,以便監測電池的溫度,並在必要時採取措施來降低其溫度,像是啟動液冷冷卻系統、降低耗電量以減少電池的負荷等等,藉以維持住電池性能與壽命。

👉圖片摘自:https://www.teslarati.com/wp-content/uploads/2019/12/tesla-v3-supercharger-shanghai-china.jpg

另一項影響電池壽命的因素則是「充電速度」,眾所皆知電動車在充電的速度不如燃油車加油來得迅速,若要增加消費者購車的意願,車廠必須盡快解決此問題,因此他們紛紛推出了不同的快速充電功能,拿Tesla架設的V3超級充電樁來說,最高充電功率可達250 KW,替Model 3長續航版本充電時,只需5分鐘的時間就能讓車輛增加120公里的行駛里程範圍,官方更聲稱這能替車主節省平均50%的充電時間,不過快速充電會讓電池面臨較易過熱的狀態,進而影響到電池未來的性能發揮與壽命,若想兼顧速度與壽命,還有賴未來的科技發展來解決。

👉圖片摘自:https://www.eetasia.com/wp-content/uploads/sites/2/2020/04/Xing.jpg?w=900

最後還有一項影響因素則是「電量管理」,電動車的電池和燃油車的油箱在使用有個很大的差異點,在於電池必須盡量避免「過度充電」和「過度放電」,這兩種狀態都會嚴重損害到電池的使用壽命,但是一般情況下駕駛不需要擔心,因為「位居一線」的電動車車廠會安裝專門的能源管理系統來避免電池過充與過放,能有效避免譬如充過頭導致火燒車等意外......。

👉圖片摘自:https://16iwyl195vvfgoqu3136p2ly-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2018/09/09021-Innogy_Daimler_Ladestationen_2018-1200x600.jpg

加拿大電池大廠Cadex Electronics就針對電池壽命做了一項研究,他們將鋰離子電池組用到不剩任何電力,然後再充電至100%,重複進行這種嚴苛的測試循環,結果發現這些電池組在嚴重衰退之前,僅能承受約500次的充電。

👉圖片摘自:https://idtxs3.imgix.net/si/00/47/10.jpg?w=800

也就是說,難道約500次的充電後電動車的鋰電池走到壽命的盡頭了?這在手機上或許不成問題,因為廠商希望消費者每1-2年就換一次新手機,但車子可不同,市場一般預期車輛至少要有10年以上的壽命,消費模式有不小的差異,不過這是相當極端的測試方式,一般電動車並不會碰到如此嚴苛的使用循環,消費者使用模式上不會出現、且車廠也會設計許多保護功能來避免這類情況發生。

👉圖片摘自:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4f/2013_in_Bonn._BYD_ebus_%28electrical_bus%29._Bus_facing_left_1._Spielvogel.JPG

就算採取了完整的對應措施,電動車的電池到了最後仍會面臨衰退的問題,但由於電動車在車壇仍屬於較新的產品,因此目前為止很少有電動車的電池衰退到真的不得不更換的程度,而另一方面,車廠和零配件廠也會持續地開發更長壽、性能更強的電池組與相關技術,相信未來可期待看到更多更符合市場需求的電動車款。


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