关于电池的一些知识

到目前为止，大多数人都知道 Tesla Roadster 由锂离子 (Li-ion) 电池供电。但以下是您可能没有听说过的有关我们电池的一些信息。我们的电池系统 - 或能量存储系统我们喜欢这样称呼它——由 6,831 个锂离子电池组成。它的大小与储物箱差不多，重约 900 磅。电池系统牢固地坐落在 Tesla Roadster 的后部，是我们四秒 0-60 英里/小时加速和惊人行驶里程背后的秘密。为了实现这种性能，我们对电池技术的选择非常谨慎。毫无疑问，电池并不完美。尽管市场力量继续推动电池的改进，但 Tesla Roadster 中的锂离子电池系统代表了当今商用电池技术中最好的。这些锂离子电池比镍氢 (NiMH) 电池和铅酸电池要好得多以前的电动汽车中就有这种技术，但它们也有其局限性。电池设计中最困难的挑战之一是提高能量密度，同时最大限度地延长电池寿命。锂离子化学技术比以前的任何技术都实现了这些参数的更好组合。然而，即使在锂离子电池家族中，能源和生命之间仍然存在权衡。

最重要的是，所有电池都会老化，并且容量也会随之丧失。这反过来又缩短了行驶里程。电池会随着使用而老化，即使不使用，也会随着时间而老化。我们倾向于关注两种老化：使用引起的老化，称为“循环寿命”，以及随着时间的推移而老化，称为“日历寿命”。这两种不同的老化机制可以被认为是独立的、重叠的力量。实际上，它们总是一起运行，并且根据应用程序的类型和使用模式，其中一个可能比另一个更重要。另一个考虑因素是温度和湿度等环境条件以自己的方式影响每种老化机制。当然，不同类型的电池在循环寿命和日历寿命方面的老化程度也有很大差异。通过开发 Tesla Roadster 的过程以及之前的投资，我们已经真正成为电池技术（尤其是锂离子电池）方面的专家。本周，我们将与您分享我们对电池技术的了解以及您对锂离子动力特斯拉 Roadster 的期望。循环寿命对于锂离子电池，制造商将循环寿命定义为将电池容量降低至其原始状态的一部分所需的完整放电-充电循环次数。（笔记本电脑行业使用的常见阈值是 80%。）请注意，在这些周期结束时，电池通常不会完全失效。它还剩下大量有用的循环，只是容量较低。有几个因素会影响锂离子电池的循环寿命。有些是物理的，在制造时就内置在电池中，因此无法更改。并非所有电池都是一样的，我们非常努力地从日本顶级制造商那里寻找市场上最好的电池，这些电池提供了循环寿命和能量密度的卓越组合。影响循环寿命的其他因素与电池的使用方式有关。

1. 避免非常高和非常低的充电状态。电压超过 4.15V/电池（约 95% 的充电状态 [SOC]）和电压低于 3.00V/电池（约 2% SOC）会对电池内部（物理和电气）造成更大的压力。
   
    
2. 避免非常高的收费率。充电速度超过大约 C/2（充电两小时）会缩短电池的使用寿命。
   
    
3. 避免在低于 0° C 的温度下充电。（我们的设计是在低温下充电之前加热电池组。）
   
    
4. 避免非常高的放电率。（我们的电池组经过精心设计，即使在最大放电率下，每个电池所需的电流也不会过大。）
   
    

我们都受到了烦人的镍镉的训练（镍镉）电池（手机和笔记本电脑中曾经流行的旧电池）在再次充电之前将其完全放电。如果您不这样做，这些电池的容量会快速下降，即所谓的记忆效应。好消息是锂离子电池不存在同样的问题。4.2V/电池充电（制造商定义为“完全充电”）和 4.15V/电池充电之间的循环寿命存在巨大差异。4.15 伏代表电量约为 95%。由于初始容量减少（5%），电池的使用寿命更长。不幸的是，进一步减少电荷对循环寿命的好处要小得多。考虑到这种权衡，特斯拉汽车公司决定将其电池的最大充电电压限制为 4.15 伏，初始范围为 5%，以最大限度地延长电池组的使用寿命。我们还将电池组的放电限制为 3.0V/cell，并在电池达到此水平时关闭汽车。限制我们的充电速率并不是一个妥协，因为电线的尺寸和高电流插座的可用性对我们的限制比电池目前对我们的限制要大得多。日历生活锂离子电池会随着时间的推移而失去容量，即使它们只是放在架子上。他们在生命的早期（第一年）就丧失了能力，然后逐渐丧失能力。有两个因素会大大缩短日历寿命：寿命平均温度和处于高充电状态的时间。如果电池以非常低的充电状态存放在冰箱中，则电池的使用寿命会最长。当它们在充满电的情况下存放在炎热的地方时，老化速度最快——就像笔记本电脑中的那些，插入充电器并由热腾腾的奔腾处理器处理一样。在特斯拉汽车公司，我们最大限度地延长电池寿命的关键发明之一是先进的液体冷却系统，即使在极端的环境条件下，该系统也能保持电池适宜的温度。

影响日历老化的另一个重要因素是存储期间电池的充电状态。在较高的充电状态下，电池容量损失得更快。这是我们将最大充电状态限制为 4.15V/cell 而不是 4.2V/cell 的第二个原因。我们还为驾驶员提供仅充电至 3.8V/电池（约 50%）或 4.10V/电池（约 90%）的选项，以便在接下来的几次行程中不需要完整的车辆续航里程时进一步延长日历寿命。我们建议并鼓励仅在需要时进行完全充电（4.15V/电池）。那么这对于汽车的实际性能意味着什么呢？在任何电动汽车时代，电池都会失去容量，车辆也会失去行驶里程。对于任何配备任何类型电池的电动汽车来说，这都是不可避免的。您可以将其视为车辆“油箱”容积在其使用寿命期间非常缓慢的减少。我们通过努力选择最好的电池、设计最好的冷却系统并仔细管理充电状态来限制这种老化和续航里程损失的发生速度。通过完成所有这些，我们预计行驶里程将超过 100,000 英里，使用寿命将超过五年。然而，在此期间结束时，电池组的容量将比新电池组的容量减少（就像内燃机的功率比新电池组的功率更小，排放也比新电池组更差）。例如，如果您每年行驶 10,000 英里，五年后您将拥有新能源存储容量的 70% 左右。这种性能使 Tesla Roadster 电池组拥有有史以来任何量产电动汽车电池中最佳的续航里程和使用寿命组合。Gen2 EV1（配备高容量镍氢电池）刚刚上市！