汽車制造商正在擴(kuò)大電動(dòng)汽車的行駛范圍，使其類似于汽油動(dòng)力汽車。這就需要更大的電池，該電池會(huì)隨著驅(qū)動(dòng)距離的增加而呈指數(shù)增長(zhǎng)。圖1展示了不同電池系統(tǒng)和氫氣作為大小函數(shù)的估計(jì)行駛里程。

電池尺寸加倍不會(huì)線性地延長(zhǎng)行駛距離，并且隨著重量的增加，車輛的效率會(huì)降低。鋰離子在能量密度方面的性能優(yōu)于鉛酸，但沒有電池能與氫燃料電池或傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)（未顯示）接觸的化石燃料相遇。與加大電池尺寸相比，擴(kuò)大油箱的行駛范圍幾乎可以忽略不計(jì)。車輛的電池尺寸和重量有一個(gè)閾值；超過臨界點(diǎn)將產(chǎn)生負(fù)回報(bào)，并且由于增加的車輛重量而使效率受損。

圖1：電池大小與行駛里程的關(guān)系。電池過大并不能線性擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)范圍

與化石燃料相比，電池的熱值低，用貨車為貨運(yùn)列車，遠(yuǎn)洋輪船或大型飛機(jī)供電幾乎沒有意義。一項(xiàng)研究表明，用電池代替煤油可使飛機(jī)在空中飛行不到10分鐘。成本是另一個(gè)問題，電池需要很長(zhǎng)時(shí)間才能充電。用電化學(xué)裝置不可能像在罐中注滿液體或氣體燃料那樣快速方便地進(jìn)行注油。充電也需要高功率。超快速的EV充電汲取了五個(gè)家庭的等效電力。為電動(dòng)車隊(duì)充電可能會(huì)使城市昏暗。

相反，化石燃料的質(zhì)量無法與干凈，安靜且只需輕按一下開關(guān)即可立即啟動(dòng)的電池相媲美。盡管化石燃料便宜且容易獲得，但必須停止輕浮燃燒這種資源以拯救我們的星球。尋找環(huán)保，經(jīng)濟(jì)和持久的替代品是一個(gè)挑戰(zhàn)；電池只能部分滿足此要求。

在過去的20年中，電池技術(shù)的進(jìn)步不足以替代化石燃料。突破電池的界限讓我們想起了它的許多局限性，包括低能量密度。充電時(shí)間長(zhǎng)，成本高且包裝退出之前壽命短，通常不會(huì)發(fā)出警告。表2說明了包括電池在內(nèi)的普通燃料的能量密度。

表2：化石燃料和電池的能量密度

與電池相比，化石燃料的單位質(zhì)量能量要高出許多倍，但與燃燒化石燃料相比，電力的利用效率更高。

如何延長(zhǎng)電池壽命

購(gòu)買電動(dòng)汽車時(shí)，續(xù)駛里程是關(guān)鍵考慮因素。成本也很重要，但很少提到電池壽命。這可能不會(huì)引起輪胎問題，推銷員也不會(huì)在以后警告購(gòu)買者可能的服務(wù)問題。出售的是清潔，安靜和令人振奮的電動(dòng)推進(jìn)器。納稅人的補(bǔ)貼也有幫助。

電池具有明確的壽命，而隨著我們手機(jī)中運(yùn)行時(shí)間的減少，這一點(diǎn)顯而易見。電動(dòng)汽車的倡導(dǎo)者可能會(huì)爭(zhēng)辯說，智能手機(jī)電池不能與電動(dòng)汽車電池相比。這些產(chǎn)品完全不同。沒錯(cuò)，但具有諷刺意味的是，兩者都使用鋰離子系統(tǒng)。本文從運(yùn)行時(shí)間和壽命方面著眼于EV和移動(dòng)電話中的電池。

移動(dòng)電話中的電池為消費(fèi)級(jí)電池，經(jīng)過優(yōu)化，可以以最低的成本獲得最長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間。另一方面，考慮到使用壽命，EV電池符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。差異不止于此，關(guān)鍵的區(qū)別在于能量的分配方式。

一天結(jié)束時(shí)，手機(jī)會(huì)充電，并且可以充分利用存儲(chǔ)的能量，直到電池沒電為止。換句話說，用戶可以完全訪問所存儲(chǔ)的能量。更換新電池后，手機(jī)會(huì)提供良好的運(yùn)行時(shí)間，但是隨著使用時(shí)間的增加，電池的使用時(shí)間會(huì)減少。在這種全周期模式下，鋰離子可傳遞約500個(gè)周期。用戶適應(yīng)不斷減少的運(yùn)行時(shí)間，并且作為消費(fèi)類產(chǎn)品，電池壽命的終止通常與屏幕破裂或新型號(hào)的推出相對(duì)應(yīng)。內(nèi)置的過時(shí)功能非常適合設(shè)備制造商和零售商。

EV電池也會(huì)老化，并且容量會(huì)下降，但是EV制造商必須保證電池使用八年。這是通過加大電池尺寸來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電池是新的時(shí)，僅利用了大約一半的可用能量。這是通過將電池組僅充至80％而不是充滿電來完成的，并在使用了可用的行駛里程時(shí)放電至30％。隨著電池的褪色，需要更多的電池存儲(chǔ)空間。行駛里程保持恒定，但駕駛員不知道，電池逐漸充電到更高的水平，并放電得更深，以補(bǔ)償衰減。

一旦電池容量下降到80％，就會(huì)消耗過大的保護(hù)，并且電池維護(hù)系統(tǒng)（BMS）會(huì)進(jìn)行完全充電和放電。這會(huì)使EV電池處于與手機(jī)相似的壓力水平，駕駛員開始注意到行駛距離減小。更換電池可能是必要的，但是成本將比內(nèi)燃機(jī)高得多，并且比內(nèi)燃機(jī)高。

當(dāng)電池消失時(shí)，EV開始過時(shí)地模仿手機(jī)。這可能是買方充斥著更快，更閃光的模型的時(shí)候。智能手機(jī)用戶對(duì)此非常熟悉，但是價(jià)格會(huì)令人震驚。現(xiàn)在說電動(dòng)汽車電池能持續(xù)多久還為時(shí)過早。有人說，電池的壽命將超過汽車，并在能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中找到了第二種應(yīng)用。

駕駛習(xí)慣和溫度也會(huì)影響老化，當(dāng)在溫暖的氣候下運(yùn)行的EV電池過早褪色時(shí)，該特性就會(huì)暴露出來。據(jù)了解，將電池保持在高溫和高充電狀態(tài)下會(huì)比積極駕駛造成更大的壓力。換句話說，將充滿電的鋰離子保持在30°C（86°F）或更高溫度下，比在中等溫度下行駛更能加速老化過程。許多EV電池都包括液體冷卻功能，以減少與熱相關(guān)的電池褪色。

苛刻的負(fù)載還會(huì)縮短電池壽命。由于其尺寸較大，即使在加速過程中，EV電池也只能承受適度的壓力。相比之下，移動(dòng)電話在傳輸和處理數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)從小的電池汲取連續(xù)的高電流。與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車相比，這給手機(jī)電池帶來了更大的壓力。電池也受到手機(jī)的脈沖負(fù)載而不是電動(dòng)汽車的直流負(fù)載的負(fù)面影響。

EV不會(huì)向駕駛員透露電池容量，而只會(huì)以行駛里程的形式顯示充電狀態(tài)（SoC）。這樣做的部分原因是，如果在保修期結(jié)束時(shí)容量降至規(guī)定的水平以下，則會(huì)擔(dān)心會(huì)引起客戶投訴。知識(shí)越少越好。盡管通常可以使用維修人員的訪問代碼，但對(duì)手機(jī)電池也有相同的限制。新電池應(yīng)具有100％的容量；80％是電池壽命的典型終止時(shí)間。

鋰離子動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試（DST）

所有鋰離子電池都會(huì)隨著時(shí)間和使用而褪色，無論是在消費(fèi)產(chǎn)品中還是在持久的工業(yè)用途中。圖3探索了具有不同充電和放電終點(diǎn)的鋰離子電池的壽命。

圖3：鋰離子的容量損失與充放電截止點(diǎn)的關(guān)系。限制完全充電和放電可延長(zhǎng)電池壽命，但會(huì)降低利用率。

上表中的鋰離子電池性能良好，但最大的容量損失發(fā)生在充電至100％放電至25％（黑星）的電池組中。在85％到25％（綠色）之間循環(huán)可提供比充電至100％和放電至50％（深藍(lán)色）更長(zhǎng)的使用壽命。

當(dāng)鋰離子充電至75％放電至65％時(shí)，容量損失最低。但是，這將尺寸過大，并且電池利用率不足。這種做法被應(yīng)用在衛(wèi)星中，以達(dá)到較高的循環(huán)壽命，而對(duì)于地面應(yīng)用而言則較少，因?yàn)檫@樣做會(huì)增加成本，尺寸和重量，超過合理的返回點(diǎn)。動(dòng)態(tài)壓力測(cè)試不包括像手機(jī)一樣充至100％且放電至零的電池。一個(gè)完整的周期可提供最佳的電池利用率，但會(huì)降低使用壽命。

在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的電池并不總是能夠復(fù)制真實(shí)的使用壽命，其結(jié)果往往比現(xiàn)場(chǎng)使用的結(jié)果要好。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，電池通常在受控的溫度下以理想的充電和放電方式在幾個(gè)月內(nèi)循環(huán)使用。現(xiàn)實(shí)生活中的隨機(jī)使用會(huì)增加熱量，振動(dòng)和惡劣的充電習(xí)慣。

電池沒有固定的使用壽命，也不會(huì)突然死亡而是逐漸消失。環(huán)境條件決定了壽命，而不是獨(dú)自騎行。用戶可以通過避免超快充電，在中等溫度下工作以及避免充滿電來控制電池壽命。避免苛刻的負(fù)載和完全放電也有幫助。熱量是大多數(shù)電池的敵人，最壞的情況是將充滿電的鋰離子電池保持在高溫下。即使采取了最佳的保養(yǎng)措施，電池也只能使用一個(gè)季度，并且一旦電量耗盡，電池組最終將退役。