电车电池到底能用多久？怎样才能用的更久？Geotab用一万辆车数据分析告诉你

2024年10月18日卡车技术前线消息，世界上最大的车辆远程信息处理公司之一北美Geotab公司详细介绍了其最新研究，表明电动汽车电池在5年后仍能保持91%的容量。（说实话这个结论也是超出前线的认知）

Geotab的研究基于从其联网车辆网络收集的真实世界数据。通过监测不同环境和条件下的电动汽车性能，该公司的分析提供了现代电池随时间推移的性能快照。

Geotab的分析显示，电池平均年退化率仅为1.8%，这增加了越来越多的证据，消除了电动汽车电池寿命不长的误解。

2024年的更新显示与前几年相比有了显著改善，更好的电池管理系统有助于减缓退化速度。

虽然早期的研究表明容量下降更快，但2024年的数据反映了电动汽车技术的进步，使电池更具弹性。

然而，值得注意的是，这些数据代表了一个复杂谜题的一部分。使用模式、气候和充电行为等因素仍然会影响电池性能。随着技术的进步，新的变量出现了，比如超高速充电器，这可能会以我们尚未完全理解的方式影响电池寿命。

/Geotab电池寿命研究/    

远程信息处理的数据洞察力可以为电动汽车应用提供信心。

和所有电池一样，电动汽车电池也会退化。然而，电动汽车电池的平均健康水平很高，新型电池的电池退化率也在提高。

Geotab电池寿命研究比较了不同车辆品牌和车型年份的平均电池退化情况（注：基于北美车辆数据）。

Geotab 2019年推出了电池退化工具，使用户可以发现和比较各种电动汽车模型的退化率。

Geotab 2019 年分析电动汽车电池健康状况时，电动汽车电池平均每年退化 2.3%。2024年，Geotab进行了新的分析，结果表明电动汽车电池的性能有了显著提高，平均每年下降1.8%，表现最好的模型每年仅下降1%或更低。

如果以每年 1.8% 的平均速率降解，则电池寿命可能达到 20 年或更长样。

所分析的11款电动汽车的电池退化率

电池退化是一个自然过程，会永久性地减少电池可以储存的能量或可以提供的电量。

电动汽车电池的状况称为SOH健康状态（state of health）。电池在开始使用时具有100%的SOH，随着时间的推移，它们会逐渐劣化。例如，一个60千瓦时的电池，如果其SOH为90%，那么它的性能将与一个54千瓦时的电池相当。

█电动汽车电池的退化是线性的吗？

一般来说，电动汽车电池寿命预计会呈非线性下降：初始下降，继续下降，但速度要慢得多。在电池寿命即将结束时，驾驶员可能会看到电池健康状况的最后一次显著下降，如下图所示。

电动汽车电池退化图

图2：预期电池退化曲线

█电动汽车电池需要多久更换一次？

根据数据，简单的答案是，绝大多数电池的使用寿命将超过车辆的使用寿命，并且永远不需要更换。如果电动汽车电池的平均性能以每年1.8%的速度下降，那么在12年后，其健康状态仍将超过80%，这一般超过车辆的通常寿命。

然而，电动汽车电池寿命呈非线性下降，随着电池的老化，电池寿命可能会大幅下降。还没有观察到足够的电池达到寿命终止下降来预测这种下降何时可能发生。

█电动汽车的续航里程会随着时间的推移而减少吗？    

是的，随着电动汽车电池的退化，车辆的最大行驶里程会减少。例如，如果你今天购买了一辆续航里程为300英里的电动汽车，那么五年后，你将平均损失约21英里的续航里程，十年后将损失45英里的续航里程。

这是一个简单的答复，但电动汽车电池的使用寿命问题很复杂，许多因素决定了电动汽车电池的使用寿命。（另外，其他因素也会影响电动汽车的日常行驶里程，尤其是行驶速度和温度。）

█影响电动汽车电池寿命的常见因素

有几个关键因素决定了锂动力汽车电池的续航时间以及里程下降的速度。这些措施包括：

·电池年龄

·温度

·充电操作状态

·交流电与直流电充电

·使用（能量循环）

·电池化学

·电池系统和热管理组件

█温度如何影响电动汽车电池寿命？

暴露在炎热天气下的电池比温带气候下的电池退化得更快。

温度对电动汽车电池的影响有多大？根据以下气候条件对车辆进行了分组：

·温带：每年少于五天超过27℃或低于-5℃

·热：每年有超过五天，超过27℃

如下图所示，在炎热气候下行驶的车辆比在温和气候下行驶的车辆表现出更快的下降速度。    

电池退化图：炎热气候对比寒冷气候

暴露在炎热天气下的电池比温带气候下的电池退化得更快。

█为什么有些车型的平均退化速度比其他车型快？

两个潜在的贡献因素是电池化学和电池组的热管理。

虽然目前的电动汽车大多使用锂离子电池，但锂离子化学物质有许多不同的变化，这将影响它对压力的反应。

除了电池化学，不同车型的温度控制技术也不同。一个主要的区别是电池组是通过空气还是液体冷却和/或加热的。

█液体冷却与空气冷却：哪种方法对延长电动汽车电池寿命更好？

比较一下配备液体冷却系统的车辆和配备被动空气冷却系统的车辆：分别是2015年特斯拉Model S和2015年日产Leaf。Leaf的平均退化率为4.2%，而Model S为2.3%。基于这种比较，良好的热管理可以更好地防止电池退化。

电动汽车电池的液体冷却与空气冷却    

2015年特斯拉Model S（液冷）与2015年日产Leaf（被动空冷）的电池退化比较

█电动汽车的高使用率并不等于电池的更高退化

研究有一个令人兴奋的发现，即高使用率的电动汽车并没有表现出比其他电动汽车更高的电池退化率。

不要害怕让你的电动汽车处于高使用率的工作周期。只要在每天的行驶里程范围内，它们的电池寿命就不会受到负面影响。一个警告：如果高使用率需要常规直流快速充电，请阅读下面关于充电类型影响的部分。

不同使用水平下（2万公里VS.8000公里）电池健康状态随时间的变化

使用量对平均退化率的影响很小（48个月内约0.25%）    

█充电方式如何影响电池健康？

分析显示，在控制直流充电使用的情况下，高使用率和低使用率车辆之间的退化率没有显著差异。然而，在暴露于不同气候和充电功率的高使用情况下分析同一车型时，发现高温气候、高功率充电频率和电池衰减之间存在很强的相关性。

北美电动汽车充电站分为三种常见类型：

·交流电1级（120伏）——北美常见的家用电源插座

·交流电2级（240伏）——通常用于家庭或车队充电

·直流快速充电 (DCFC) – 用于更快的加电

与使用级别1的汽车相比，常规充电级别2的汽车在电池健康方面存在可观察到的差异，但这种差异在统计上并不显著。

不同充电水平下电池健康状况随时间的变化

与2级充电相比，主要在1级充电的车辆的电池退化情况。

另一方面，使用DCFC设备似乎确实对电池的退化速度产生了显著影响。快速充电意味着高电流，导致高温，这两种情况都会使电池疲劳。事实上，许多汽车制造商建议司机和车队经理限制直流快速充电的使用，以延长电动汽车的电池寿命。

下面根据使用DCFC的频率（从不、偶尔（每月0-3次）或频繁（每月3次以上）），查看在炎热气候条件下运行的所有电池电动汽车。    

不同直流快速充电（DCFC）使用频次下的电池健康状态随时间的变化

在季节性或炎热气候条件下，电池退化似乎与车辆使用DCFC密切相关。

为了研究充电功率与气候之间的关系，检查了一个型号的所有车辆，并根据它们暴露在不同气候和DCFC充电频率下，将它们分为四组。发现在较高温度下运行且频繁使用直流快速充电的车辆，电池退化率更高，是平均水平的三倍多。（注意，这种特殊型号的直流充电功率能力高于平均水平，因此不一定代表所有电动汽车。）

█荷电状态、充电缓冲及其对电动汽车电池寿命的影响？

荷电状态（SOC）是指电动汽车电池当前所含能量与其容量的比值。简单地说，充满电的电池的SOC为100%；放电电池具有0%的SOC；以及电量为50%的半充电电池。然而，“可用”电荷低于“绝对”电荷不同。

什么是电动汽车电池充电缓冲？

由于在接近绝对满或空的状态下运行电池会对电池健康产生负面影响，汽车制造商增加了缓冲（也就是留有余量），以防止车辆达到极高的充电水平和极低的充电水平。缓冲通过制造商软件设置人为限制车辆的充电容量。    

因此，用于控制车辆充电状态的方法是制造商之间电动汽车电池寿命不同的另一个原因。

电动汽车电池荷电状态（SOC）和缓冲效应

电池保护缓冲器控制电动汽车的可用充电状态窗口

通过OTA无线软件更新，制造商可以在需要时更改缓冲的大小。

一些汽车制造商有可调节的充电上限，因此用户可以设置自己的最大充电量（例如，他们可以告诉车辆在75%而不是100%时停止充电）。这个所有者自由决定的区域（上图中的B）与非自由决定的缓冲区（A）相结合，以限制电池在退化程度较高的区域运行。

虽然更大的缓冲意味着更少的驱动能量，但它导致电池组更持久。考虑到更大的SOC缓冲区、液体热管理和动态（减小）缓冲区大小，雪佛兰Volt用户可以预期比平均退化率更慢，数据也证明了这一点。

雪佛兰Volt与其他研究电动汽车的电池退化    

雪佛兰Volt与所有车辆的电池随时间退化情况

█如何延长电动汽车电池寿命？

虽然有些事情不在控制范围内，但驾驶员可以遵循最佳实践来延长电动汽车电池的寿命，进而延长电动汽车的寿命。

把温度调低

关于温度如何影响电池寿命的数据告诉我们，暴露在高温下可能会使电池更快地退化，在温和的气候条件下行驶对电池的健康最有利。在中等温度下，电池甚至可能比平均水平更慢地退化。

如果您正在决定购买哪种车辆，请考虑使用液体冷却电池的车型。目前，Geotab的研究似乎表明，液体冷却比空气冷却更能保护电动汽车电池。

注意充电情况

在电动汽车电池充电的最佳实践方面，建议尽量减少直流快速充电。一些高使用频率的工作周期需要更快的充电，但如果你的车辆过夜，2级充电应该足以满足你的大部分充电需求。    

避免让车辆保持满电或空电状态也是一个好主意。理想情况下，将车辆的充电状态保持在20%-80%之间，尤其是在长时间不使用的情况下。

研究发现电动汽车电池寿命并不受高使用率的影响，然而，对于高使用率的车辆，直流充电可能会导致电动汽车电池的退化速度比平均水平快，尤其是在车辆高温运行的情况下。

注意你的电动汽车电池数据

通过全面的远程信息处理数据获得的准确电池健康状态信息是帮助充分利用电动汽车的关键。

Geotab研究最初发表于2019年12月13日。更新于2024年8月29日。