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

電池尺寸加倍不會線性地延長行駛距離，并且隨著重量的增加，車輛的效率會降低。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（未顯示）接觸的化石燃料相遇。與加大電池尺寸相比，擴大油箱的行駛范圍幾乎可以忽略不計。車輛的電池尺寸和重量有一個閾值；超過臨界點將產(chǎn)生負回報，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展驅(qū)動范圍

與化石燃料相比，電池的熱值低，用貨車為貨運列車，遠洋輪船或大型飛機供電幾乎沒有意義。一項研究表明，用電池代替煤油可使飛機在空中飛行不到10分鐘。成本是另一個問題，電池需要很長時間才能充電。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行注油。充電也需要高功率。超快速的EV充電汲取了五個家庭的等效電力。為電動車隊充電可能會使城市昏暗。

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)濟和持久的替代品是一個挑戰(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。充電時間長，成本高且包裝退出之前壽命短，通常不會發(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。

如何延長電池壽命

購買電動汽車時，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。這可能不會引起輪胎問題，推銷員也不會在以后警告購買者可能的服務(wù)問題。出售的是清潔，安靜和令人振奮的電動推進器。納稅人的補貼也有幫助。

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

移動電話中的電池為消費級電池，經(jīng)過優(yōu)化，可以以最低的成本獲得最長的運行時間。另一方面，考慮到使用壽命，EV電池符合行業(yè)標準。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，手機會充電，并且可以充分利用存儲的能量，直到電池沒電為止。換句話說，用戶可以完全訪問所存儲的能量。更換新電池后，手機會提供良好的運行時間，但是隨著使用時間的增加，電池的使用時間會減少。在這種全周期模式下，鋰離子可傳遞約500個周期。用戶適應(yīng)不斷減少的運行時間，并且作為消費類產(chǎn)品，電池壽命的終止通常與屏幕破裂或新型號的推出相對應(yīng)。內(nèi)置的過時功能非常適合設(shè)備制造商和零售商。

EV電池也會老化，并且容量會下降，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現(xiàn)的。當電池是新的時，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放電至30％。隨著電池的褪色，需要更多的電池存儲空間。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，以補償衰減。

一旦電池容量下降到80％，就會消耗過大的保護，并且電池維護系統(tǒng)（BMS）會進行完全充電和放電。這會使EV電池處于與手機相似的壓力水平，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)燃機高得多，并且比內(nèi)燃機高。

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

駕駛習(xí)慣和溫度也會影響老化，當在溫暖的氣候下運行的EV電池過早褪色時，該特性就會暴露出來。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。

苛刻的負載還會縮短電池壽命。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，移動電話在傳輸和處理數(shù)據(jù)時會從小的電池汲取連續(xù)的高電流。與驅(qū)動電動汽車相比，這給手機電池帶來了更大的壓力。電池也受到手機的脈沖負載而不是電動汽車的直流負載的負面影響。

EV不會向駕駛員透露電池容量，而只會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)束時容量降至規(guī)定的水平以下，則會擔心會引起客戶投訴。知識越少越好。盡管通常可以使用維修人員的訪問代碼，但對手機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間。

鋰離子動態(tài)應(yīng)力測試（DST）

所有鋰離子電池都會隨著時間和使用而褪色，無論是在消費產(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的關(guān)系。限制完全充電和放電可延長電池壽命，但會降低利用率。

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％（深藍色）更長的使用壽命。

當鋰離子充電至75％放電至65％時，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，以達到較高的循環(huán)壽命，而對于地面應(yīng)用而言則較少，因為這樣做會增加成本，尺寸和重量，超過合理的返回點。動態(tài)壓力測試不包括像手機一樣充至100％且放電至零的電池。一個完整的周期可提供最佳的電池利用率，但會降低使用壽命。

在實驗室測試的電池并不總是能夠復(fù)制真實的使用壽命，其結(jié)果往往比現(xiàn)場使用的結(jié)果要好。在實驗室環(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月內(nèi)循環(huán)使用。現(xiàn)實生活中的隨機使用會增加熱量，振動和惡劣的充電習(xí)慣。

電池沒有固定的使用壽命，也不會突然死亡而是逐漸消失。環(huán)境條件決定了壽命，而不是獨自騎行。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季度，并且一旦電量耗盡，電池組最終將退役。