可充电锂离子电池为大多数电动汽车 (EV) 提供动力。这些高能量密度的电池使用寿命长,甚至超过电动汽车的功能寿命,续航里程通常可达 100,000 至 150,000 英里。尽管所有电动汽车电池都会随着时间的推移逐渐失去保持电量的能力,但许多因素会加速电池的退化。
本文讨论了频繁的高压充电、深度放电和极端温度如何缩短电动汽车电池的使用寿命。它还回顾了特斯拉、雪佛兰和宝马的保修,探讨了旧电动汽车电池的可持续二次利用计划,例如储能和电网备份。
锂电子与铅酸
EV 锂离子牵引电池专为高效驱动电动机而设计。EV 还配备 12V 铅酸附件电池,为电子控制单元 (ECU) 和低压系统(如照明、中央门锁和远程信息处理)供电。锂离子电池从再生制动系统获取补充能量,使这些 12V 装置保持充满电。
在温和的气候条件下,电动汽车锂离子电池可使用 12 至 15 年,使用寿命可达 10 万至 20 万英里。大多数电动汽车在最初 4 万英里内会经历 5% 至 10% 的容量损失。在最初的下降之后,它们通常会稳定下来,并在 10 万英里及以后的行驶中保持其原始容量的约 80% 至 90%。
值得注意的是,特斯拉的 2022 年影响报告 称,200,000 英里的行驶里程下电池容量可达 88%。
图 1.特斯拉 Model S/X 车辆行驶距离内的电池保留百分比,表明电池容量的长期稳定性。 (图片: 特斯拉)
特斯拉 Model 3 标准续航里程保证 10 万英里或八年内 70% 的容量,而 Model S 和 X 保修则涵盖同一时期的 15 万英里。同样,雪佛兰 (GM) 为 Bolt、Volt 和 Malibu 电动推进组件提供八年 10 万英里的保修。尽管现代汽车在 2012 年至 2019 年期间提供了终身电池保证,但保修随后调整为 10 年或 10 万英里,并提供 70% 的容量维护。宝马和大众提供类似的 70% 容量保修,为期八年或 10 万英里。
最大限度地减少电动汽车电池的退化
电动汽车电池的退化是不可避免的。随着时间的推移,锂电镀和电解质分解等化学反应会降低充电容量,从而降低续航 里程、效率和性能。深度放电和快速高压充电会对电池的化学成分产生负面影响,从而加速电池的退化。此外,长时间暴露在极端温度下可能会进一步降低电池健康状态 (SoH) 水平,使其低于行业建议的 70%。
管理放电深度和充电方法:放电深度
定义为两次充电之间使用的电池容量百分比,对 SoH 和使用寿命有显著影响。保持部分或降低的放电深度有助于延长电池寿命,因为这样可以将充电状态 (SoC) 保持在 20% 到 80% 的理想范围内。频繁或突然加速会增加放电深度并加速电池耗尽,从而对 SoH 产生不利影响。
例如,现代的Kia Soul Booster 在电量完全耗尽至 0% 然后再充满电的情况下,可以承受 1,000 次充电循环。在 50% 放电的情况下,使用寿命可延长至 5,000 次,而在充电前仅放电 20% 的情况下,使用寿命可延长至 8,000 次。许多电池管理系统 (BMS) 旨在自动保持 SoH 和 SoC 的优化功率水平。
图 2.电动汽车的横截面图,显示了电动汽车电池在车辆地板下的位置。 (图片:LaserAx)
快速高压充电方法,尤其是直流快速充电,会通过引起物理应力和产生过多热量来加速电池的退化。为了保护电池 SoH,建议将常规 2 级 (220V) 充电作为默认选项,并谨慎使用直流快速充电站。
缓解极端温度
极冷和极热都会显著加速电动汽车电池的退化。在高温下驾驶电动汽车尤其有害,因为它会加剧电池内的不良化学反应。为了将锂离子电池组保持在 50°F 至 85°F 的最佳温度范围内,许多电动汽车都采用了以下措施:
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热管理:先进的传感器网络监测波动的温度并执行实时热调整。
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液体冷却:液体冷却系统是现代电动汽车中常见的系统,即使在极热条件下也能有效调节电池温度。
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电池加热:在寒冷的气候下,电池加热器可阻止电解质冻结,从而防止永久性损坏。
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动态充电管理:寒冷的温度会对充电效率产生负面影响。电池管理系统可动态调整充电过程,确保低温下稳定高效的充电率。
二次生命,而非生命的终结
尽管老化的电动汽车电池不再能有效地驱动电动机,但它们在能源存储和电网备份方面找到了可持续的二次生命。例如,日产将旧的 LEAF 电池重新用于为路灯供电,而通用汽车则将废旧电池用作密歇根数据中心的备用电源。旧的电动汽车电池还可以用作可再生能源的存储单元,增强电网弹性并提供应急备用电源。
固态电池最终可以提供更高的能量密度、更低的成本和更高效的回收方法。这些电池可能会用陶瓷或其他固体材料取代传统锂离子电池中的液体电解质——增加存储容量并延长行驶里程,同时减少充电时间和火灾风险。
文章转载自微信公众号:汽车研究院auto