电动汽车的体验与日常驾驶传统内燃机汽车截然不同。最大的区别之一在于如何管理电池组的充电,而不是简单地加满油箱。一个仍然会影响消费者是否考虑购买电动汽车的因素是,随着时间的推移和使用时间的推移,是不是需要更换电池组?通常,在正常使用15年或行驶20万公里后,就需要更换电池组了,但有一种方法可以延长电池组的使用寿命。
许多专家建议始终将锂离子电池组的电量保持在 10% 到 80% 之间。所有配备此类电池组的电子设备,包括智能手机,都应保持此状态。虽然这可能在某种程度上不切实际,因为这意味着续航里程会缩短,但从长远来看,是对消费者有利的,因为可以拥有更多时间和行驶距离。
将电动汽车电池的充电状态保持在 10% 到 80% 之间, 可以保持其长期健康。这种做法可以减少损害锂离子电池的电化学应力。当电池电量接近耗尽或充满电时,电池性能下降最快。这些极端情况会导致电池材料膨胀和收缩,从而削弱其内部结构。
电量超过90%会导致电池两端电压显著升高,进而加速化学反应,在电极上形成有害的副产物。这会降低电池的蓄电能力,并增加内阻,这意味着必须忍受续航里程的缩短和充电速度的下降。
当电池电量接近零度时,电池组会进入深度放电状态,导致电压降至安全阈值以下,并对阳极造成压力,从而增加永久性容量损失或电池故障的风险。对于任何使用锂离子电池的电子设备来说,这都是一个值得关注的问题,因此建议尽可能不要让电池完全耗尽。
10%到80%的充电窗口可使电池化学成分保持在更稳定的工作范围内,从而限制热量积聚和机械磨损。还能维持电极之间锂离子的平衡流动。大多数电动汽车使用主动电池管理系统来将电池温度保持在安全范围内,但这些系统无法完全抵消持续充电至100%或将电池组电量耗尽至10%以下时产生的化学材料的消耗。
通过部分充电并避免电池极度空载或满载状态,可以延缓电池容量损失,保持续航里程,并有可能将电池组的使用寿命延长到远远超出保修期。还会发现,采用这种方法可以改善热管理,并降低触发基于软件的充电节流或续航里程限制的可能性(一些制造商在电池组开始性能下降时会设置这些限制)。
如果定期将电动汽车电池充电至100%,尤其是在充电后不立即行驶的情况下,电池的衰减速度会明显加快。一些电池组如果经常这样充电,五到八年内就会损失高达20%的容量。充满电会提高电池电压,加速阴极的副反应,形成固体电解质界面层,并导致锂沉积。
这些效应会限制离子运动并降低电池容量,如果与频繁的直流三级快速充电相结合,情况会更加严重 。该系统会快速向电池组输送大电流,从而产生过热和机械应变。快速充电是最便捷的电池充电方式,尤其是在经常长途旅行的情况下。但如果过于频繁地依赖快速充电,电池温度会升高,从而增加内部组件的压力。如果反复频繁地处于高充电状态,情况尤其如此。
大多数电动汽车会将充电速度降低到 80% 以上,以减少电池损耗,但与较慢的充电方式相比,电池的热量和电压应力仍然会更快地累积。对于日常使用而言, 二级交流充电在速度和寿命之间实现了最佳平衡,因为可以以更平缓的速率提供电力,并允许电池在理想电压范围内充电的同时更有效地管理热量。
二级充电系统还支持预充功能,允许车主在非高峰时段安排充电,从而进一步保护电池组并降低电费。使用二级充电系统将电池充电至80%可以减缓电池老化并保持最佳性能。如果坚持这一充电习惯,电池组很有可能达到约30万公里续航,在此之后才需要考虑更换模块。最近的一项研究表明,目前电池容量的平均损耗率为每年1.8%。
一旦电池可用容量降至 70% 以下,一些制造商会提供诊断程序来评估是否需要更换整组电池。大多数情况下,问题出在几个性能较弱的模块上 ,而不是整个电池组,因此一些品牌和第三方服务商现在提供模块级更换服务,比更换整组电池更经济实惠,也更具可持续性。此过程包括移除故障模块、测试剩余电池的平衡性,以及安装匹配的替换电池以恢复性能。成本取决于电池组设计、可用性和人工成本,维修成本通常占电池总价格的15%到40%。
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