电池在电动汽车和手机上的应用分析

电池具有一定的寿命，这在我们行动电话开机上的延迟就可以感觉到。电动汽车倡导者可能会争辩说智慧型手机电池无法与电动汽车电池相提并论，但具有讽刺意味的是它们都使用锂离子系统，事实上，这两者产品则是完全不同。本文着眼于电动汽车电池和手机电池在操作时间与使用寿命上的各种差异性讨论。

汽车制造商正在扩大电动汽车的行驶里程，使其类似于汽油动力汽车，这将要更大的电池，因为电池容量随着汽车行驶距离呈指数上升。基本上，加倍电池尺寸不会线性延长行驶范围，并且随着载重的新增，车辆变得效率低下。锂离子电池在能量密度方面表现优于铅酸电池，但没有化学电池可与使用氢气的燃料动力电池或使用化石燃料的传统内燃机相抗衡。尤其是与使用超大尺寸电池的电动汽车相比，当燃油车使用更大的油箱时，其行驶里程几乎可以显着新增，但是在电动汽车中，电池尺寸和重量存在最低门槛值，当超过临界点时会出现负回报，由于车辆重量新增会导致效率下降。

与化石燃料相比，电池具有低热值，电池用作货运列车、远洋船或大型飞机动力来源是没有意义的。一项研究显示，以电池替换煤油时，将使飞机在空中飞不到10分钟。成本是另一个问题，电池充电要很长时间，使用电化学装置不可能快速方便地填充液体或气体燃料罐。充电也要高功率，超快的电动汽车充电相当于五户家庭使用电力，为一队电动汽车充电可能会使一座城市黯然失色。

相较之下，化石燃料无法与干净、安静的电池质量相匹配，电池只需轻轻一按开关即可立即启动。虽然化石燃料价格便宜且容易获得，但这种耗费资源的污染燃烧必须停止以拯救我们的地球。寻找环保、经济和耐用的替代品是一项挑战；而电池仅部分满足此要求。

在过去的20年中，电池技术的进步仍不足以取代化石燃料。推动电池的边界提醒我们许多限制，包括低能量密度；在正式成品推出之前，充电时间长、成本高、寿命短等缺点业者通常没有告知消费者。下表说明了普通燃料（包括电池）的能量密度。

化石燃料和电池的能量密度

由上表可知，化石燃料与电池相比，前者每单位质量的能量高出后者许多倍，但电池可以更加有效地利用能量。

在购买电动汽车时，行驶里程是一项关键考虑因素。成本也起著用途，但很少提到电池寿命。这可能不是电动汽车行销商的关切点，也不是经销商或推销员想在事前向买家预警的可能售后服务问题，出售的电动汽车是推销者的乐趣，是消费者的干净、安静和令人振奋的快感，对纳税人税务补贴更是一种裨益。

手机中的电池属于消费级，是经过优化且可以低成本实现最大操作时间的产品。但是，电动汽车电池要符合汽车行业标准且寿命也长。不同之处并不止于此，另外关键差别在于如何分配能量。

行动电话在一天结束时进行充电，并且可以充分利用所存储的能量直到耗尽。换句话说，使用者可以完全用光存储能量。当电池是新的时，手机供应良好的供电，但随着使用次数新增，电池储存能量减少。在这种完整循环模式中，锂离子供应约500次循环。目前手机消费者已适应减少的供电能力，并且将电池作为消费性产品，电池寿命结束时通常就是屏幕损坏或者是引入新模型的时候。内置过时功能设计非常适合设备制造商和零售商适时推出新产品。

虽然电动汽车电池也会老化，容量会逐渐消失，但电动汽车制造商必须保证电池使用八年。这是藉由加大电池尺寸或容量来实现的。当电池是新的时，仅使用大约一半的可用能量。这时电池组充电至仅80%，而不要完全充电，并且当可用行驶范围完成时，电池仅放电30%。随着电池能力的衰退，车辆要更多的电池存储能量，虽然行使范围保持不变，但驾驶员不了解，此时电池逐渐充电到更高的水平，并更深放电以补偿性能衰减。

一旦电池容量降至80%，当初过大设计容量的保护期就会终止，电池维护系统（BMS）将会完全充放电，这时将使电动汽车电池暴露于与行动电话类似的压力水平，而驾驶也会开始注意到减小的行驶里程。更换电池可能是必要的，但成本将比内燃机更陡峭和更高，也非一般手机使用者可负担的。

当电池能力衰退时，电动汽车开始形同手机过时。这可能是买家盼求更快、更闪亮车型的时候；这是智慧型手机用户常见情况，但电动汽车价格将是令人震惊的。现在判断电动汽车电池的使用寿命还为时尚早，有人说电池将比汽车更长久，并在能量存储系统中找到二次应用。

驾驶习惯和温度也会影响老化，这种特性在温暖气候下，电动汽车电池能量过早耗尽更会浮现出来。据了解，将电池保持在高温和高充电状态会导致比激进驾驶更多的压力。换句话说，将完全充电的锂离子电池保持在30°C（86°F）及以上温度会比在中等温度下行驶更容易老化。许多电动汽车电池都包含液体冷却，以减少与热量相关的电池退化，总括来讲，曝晒在阳光下行驶电动汽车是不利于电池的性能遂行。

苛刻的负载也会缩短电池寿命，这点手机与电动汽车大不同。虽然电动汽车电池尺寸较大，但即使在加速期间，电动汽车电池也仅受到适度的应力。相比之下，行动电话在传输和处理数据时，从小电池汲取持续高电流，与行使电动汽车相比，这给手机电池带来更大压力。基本上，手机电池承受的脉冲负载，而非电动汽车的DC负载，将将会对手机内电池出现负面影响。

电动汽车不会向驾驶告知电池容量，仅显示行驶范围形式的充电状态（SOC）。假如电池容量在保固期结束后降至规定水平以下，则业者担心客户投诉将是部分原因。消费者了解的越少通常对业者越有利，虽然一般也可以使用服务人员的维修方式，此外同样的限制也同样发生在行动电话电池，新电池的容量（应该）为100%，一旦达80%是电池寿命的典型结束。

电池没有固定的寿命，它们也不会突然死亡而是逐渐衰退。不仅是循环次数，而是环境条件决定了寿命。使用者可藉由防止超快速充电、在中等温度下操作、防止完全充电等措施，来控制电池以延长寿命。防止恶劣负载和完全放电也有帮助。热量是大多数电池的敌人，最糟糕的情况是在高温下保持充满电的锂离子电池。即使在最好的使用情况下，电池也只能维持在一个固定使用期限，而且当功率消失时，电池组最终将面对除役。

最后总结，使用功能和环境导致锂离子电池在手机与电动汽车上的不同应用类型，但可以确定成本与价格是影响两者普及率的共同因素，尤其是电动汽车电池并不应该视为类似手机电池的一种消费性产品，到底人们买一部车是希望使用十至二十年或甚至一辈子，因此充电快速、重量轻、价格便宜、寿命长的电池特质都将影响到未来电动汽车发展的关键因素。