power-sonic蓄电池为什么手机电池不如电动汽车电池耐用

电池容量翻倍并不能使续航里程成比例增加，且随着重量增加，车辆效率会降低。锂离子电池的能量密度优于铅酸电池，但无论是氢燃料电池还是传统内燃机（图中未显示）所使用的化石燃料，其表现都远超电池。与单纯增大油箱相比，过度增大电池对续航里程的提升微乎其微。车辆的电池尺寸和重量存在一个阈值；一旦超过临界点，便会得不偿失，且因车辆重量增加而导致效率下降。

电池容量过大并不能线性地增加续航里程。
注：35MPa氢气罐指5,000psi。
来源：《国际氢能杂志》，34卷，6005-6020页（2009年）

与化石燃料相比，电池的热值较低，因此用电池为货运列车、远洋货轮或大型飞机提供动力几乎没有意义。一项研究表明，用电池替代航空煤油，飞机的飞行时间将不足10分钟。成本是另一个问题，且电池充电耗时较长。与给油箱加注液体或气体燃料那样快速便捷的“加油”方式，对于电化学设备而言是不可能实现的。充电还需要高功率。一辆电动汽车的超快充电所消耗的电能，相当于五户家庭的用电量。为一支电动汽车车队充电可能会导致城市供电不足。

相反，化石燃料无法与电池相媲美，后者具有清洁、安静且能通过开关实现即时启动的特性。尽管化石燃料价格低廉且易于获取，但为了拯救我们的星球，必须停止对这一资源的肆意燃烧。寻找环保、经济且耐用的替代品是一项挑战；电池仅在一定程度上满足了这一需求。

过去20年电池技术的进步尚不足以取代化石燃料。电池技术的极限提醒我们，它存在诸多局限性，包括能量密度低、充电时间长、成本高以及电池组寿命短（往往毫无征兆地失效）。表2展示了常见燃料的能量密度，包括电池。

如何延长电池寿命

续航里程是购买电动汽车时的关键考量因素。成本也是一个因素，但电池寿命却很少被提及。这可能不是潜在买家的顾虑，销售人员也不想让买家对日后可能出现的服务问题感到恐慌。真正吸引人的是电动驱动带来的清洁、安静且令人兴奋的驾驶体验。税收补贴也起到了推动作用。

电池的使用寿命是有限的，这一点从我们手机续航时间的逐渐缩短中显而易见。电动汽车的支持者可能会辩称，智能手机电池不能与电动汽车电池相提并论，这两类产品截然不同。这确实没错，但讽刺的是，两者都使用锂离子系统。本文将从续航时间和使用寿命的角度，探讨电动汽车电池与手机电池的异同。

手机电池属于消费级产品，旨在以低成本实现最长续航时间。相比之下，电动汽车电池则按照行业标准制造，注重使用寿命。二者的差异不止于此，关键区别在于能量的释放方式。

手机通常在一天结束时充电，储存的能量可以被完全利用，直到电池耗尽。换句话说，用户可以完全使用储存的能量。新电池时手机续航良好，但随着使用会逐渐下降。在这种全循环模式下，锂离子电池大约能提供500次循环。用户会适应续航时间的减少，而作为消费产品，电池寿命的终结往往伴随着屏幕损坏或新机型的推出。内置的过时性对设备制造商和零售商来说非常有利。

电动汽车电池也会老化，容量会衰减，但电动汽车制造商必须保证电池的质保期为八年。这是通过电池超配实现的。当电池是新的时，只利用了可用能量的大约一半。这是通过将电池组充电至80%而非充满，并在可用续航里程耗尽时放电至30%来实现的。随着电池衰减，需要动用更多的电池存储容量。虽然驾驶续航里程保持不变，但驾驶员并不知道，电池正在逐渐被充至更高的水平并放电至更深的程度，以补偿衰减。

一旦电池容量降至80%，超配保护就会耗尽，电池管理系统（BMS）会进行满充满放。这会使电动汽车电池面临与手机电池相似的压力水平，驾驶员开始注意到驾驶续航里程减少。可能需要更换电池，但成本会很高，且高于内燃机汽车。

当电池性能衰退时，电动汽车在淘汰速度上开始模仿手机。这可能正是买家被更新、更炫酷的车型狂轰滥炸的时刻；智能手机用户对此再熟悉不过，但价格才是真正的冲击。现在还难以断言电动汽车电池能用多久。有人说电池的寿命会比汽车本身更长，并能在储能系统中找到二次应用。

驾驶习惯和温度也会影响电池老化，这一特性在电动汽车电池在温暖气候下提前衰减时被发现。人们了解到，让电池处于高温和高荷电状态比激进驾驶造成的压力更大。换句话说，将充满电的锂离子电池保持在30°C（86°F）及以上温度，会比在温和温度下驾驶更快地加速老化过程。许多电动汽车电池都配备了液体冷却系统，以减少与热量相关的电池衰减。

剧烈的读档也会缩短电池寿命。由于电动汽车电池体积庞大，即使在加速时，其承受的压力也仅属中等。相比之下，手机在传输和处理数据时，会从体积较小的电池中持续抽取大电流。这使得手机电池承受的压力比驾驶电动汽车时更大。此外，手机的脉冲负载对电池的负面影响，也大于电动汽车的直流负载。参见BU-501：放电基础.)

电动汽车不会向驾驶员披露电池容量，仅以续航里程的形式显示荷电状态（SoC）。部分原因是担心电池容量在保修期结束时低于规定水平会引发客户投诉。信息越少往往越好。手机电池也存在同样的限制，尽管通常会有供维修人员使用的访问代码。新电池的容量应为100%；80%通常是电池寿命的终点。

锂离子电池动态应力测试（DST）

所有锂离子电池都会随着时间的推移和使用而老化，无论是在消费产品中还是在持久的工业应用中。图3探讨了具有不同充放电截止点的锂离子电池的使用寿命。

限制完全充电和放电可以延长电池寿命，但会降低利用率。
来源：ResearchGate – 锂离子电池退化建模用于电池寿命评估。ResearchGate 是一个面向科学家和研究人员的社交网络平台，成立于 2008 年，旨在分享论文、提问与解答以及寻找合作者。维基百科https://www.researchgate.net/publication/303890624_Modeling_of_Lithium-Ion_Battery_Degradation_for_Cell_Life_Assessment

上表中的锂离子电池表现良好，但容量损失最大的是充电至100%并放电至25%的电池组（黑色星号）。在85%和25%之间循环（绿色）比充电至100%并放电至50%（深蓝色）具有更长的使用寿命。

当将锂离子电池充电至75%并放电至65%时，容量损失最小。然而，这将过度设计推向了极端，导致电池利用率低下。这种做法应用于卫星中以实现高循环寿命，但在地面应用中较少采用，因为它会使成本、体积和重量超出合理的回报点。动态应力测试并未包含像手机那样充电至100%并放电至零的情况。完整的充放电循环能提供最佳的电池利用率，但会缩短使用寿命。

在实验室中测试的电池并不总能复制真实使用条件，其结果往往比实际使用情况要好。在实验室环境中，电池通常在几个月内进行循环测试，且往往在受控温度下，采用理想的充放电制度。而在现实生活中，随机使用会增加电池暴露于高温、振动和恶劣充电习惯中的概率。