为什么智能手机锂电池的耐用性不如电动汽车的电池？

创作时间:

2025-01-21 17:00:57

作者:

@小白创作中心

为什么智能手机锂电池的耐用性不如电动汽车的电池？

智能手机电池使用一两年后就会失去使用寿命，通常需要频繁充电。相比之下，电动汽车 (EV) 中的锂电池设计使用寿命可达数十万英里，且几乎不会出现退化现象。这种差异是由多种因素造成的，包括复杂的电池管理系统、温度控制、充电模式以及为电动汽车量身定制的设计选择，而智能手机则没有这些。本文探讨了为什么智能手机中的锂电池寿命往往比电动汽车短。

1.先进的电池管理系统（BMS）

锂电池的一个关键部件是电池管理系统 (BMS)，这是一种复杂的监控系统，通过管理温度、充电和放电水平来维持最佳电池健康状态，以确保更长的使用寿命和安全性。

温度偏差：电动汽车电池的 BMS 中集成了冷却和加热系统，以保持理想的温度范围，通常为 10-30°C，最佳温度为 25°C。这种一致性可确保电池在最小压力下运行，从而显著提高耐用性。相比之下，智能手机电池的 BMS 不如电动汽车的 BMS 全面，因此更容易受到温度波动的影响，尤其是在游戏或快速充电等高功率任务期间，这些任务会产生过多的热量。
充放电管理：大量测试表明，在 25°C 下，锂电池的循环寿命在 800% 放电深度 (DOD) 的情况下约为 100 次。但是，如果将 DOD 限制在 50%，循环寿命可以延长到 2,000 次。出于这个原因，电动汽车 BMS 系统通常会将电池的充电状态 (SOC) 限制在安全范围内，例如 10% 到 95% 之间，从而降低 DOD。另一方面，智能手机以完全 DOD 运行，导致电池磨损更快。

2.电池设计和容量的差异

电池设计策略也会影响寿命，电动汽车电池优先考虑长期耐用性和续航里程，而智能手机则注重紧凑性和最大化即时容量。

电池尺寸和充电速度：与智能手机电池相比，电动汽车电池体积大、容量大，放电和充电速度较慢。这种相对较低的充电速率可减少内部应力和热量积聚，从而有助于延长电池寿命。然而，智能手机通常具有快速充电功能，这需要高电流和热量产生，尤其是在充电量超过 80% 时。这可能导致电池性能加速下降，因为锂电池在高 SOC 水平下特别容易受热影响。
SOC 范围限制：许多电动汽车制造商设置了 SOC 的软件限制，以保护电池的健康。例如，BMS 可能会将最大 SOC 限制在 95%，将最小 SOC 限制在 10%，因此电池会在这个安全范围内运行。智能手机通常缺乏这些保护，并且经常充电至 100%，放电至接近 0%，这会增加压力并加速磨损。

3.温度对电池健康的影响

温度是影响锂电池寿命的最重要因素之一。虽然电动汽车具有 BMS 控制的热管理功能，但智能手机缺乏这些保护措施，因此更容易受到极端温度的影响。

高温应力：由于化学反应加剧，锂离子电池在高温下会更快退化。在电动汽车中，BMS 通过循环冷却液来主动防止过热，使电池保持在健康的温度范围内。然而，智能手机缺乏冷却系统，即使在日常使用中也会出现高温，例如在温暖的环境中充电或运行要求高的应用程序时。这种频繁暴露在高温下会导致电池随着时间的推移而快速磨损。
低温条件：低温也会显著影响电池的放电容量。电动汽车 BMS 系统可以在寒冷天气中加热电池，保持电池的性能和使用寿命。然而，暴露在极寒环境下的智能手机电池充电效率会降低，并且永久性容量损失的风险会增加。如果没有温度控制，智能手机电池就会承受波动的条件，这会显著影响其日历寿命。

4.不同的使用模式

智能手机电池通常每天进行一次完整循环，相当于每年 365 次循环。在 100% DOD 的情况下，典型的智能手机电池设计使用寿命为 500 至 1,000 次循环，或大约两到三年。相反，电动汽车电池的容量更大且 DOD 可控，这意味着它们只需每隔几天或几周充电一次，这意味着每年的循环次数更少，磨损更少。

例如，在正常使用情况下，续航里程为 300 英里的电动汽车可能每周只需充电一次。在 20 年的使用寿命内，这相当于充电次数少于 1,000 次，从而大大延长了电池的使用寿命。

5. 长期电池性能下降的差异

锂电池不仅在充电过程中会退化，而且即使不使用时也会随着时间的推移而退化。这种现象称为“日历老化”，受存储条件和充电水平等因素的影响。电动汽车制造商会考虑日历老化，仔细设置 SOC 限值以最大限度地减少存储期间的退化。此外，电池的 BMS 会在长期存储期间继续监测电池的健康和温度，从而进一步减缓电池的退化。

然而，智能手机电池缺乏这些保护措施，导致电池老化速度加快。例如，如果智能手机长时间闲置且未进行适当的 SOC 管理，则可能会因自放电和 SOC 水平不受控制而导致容量损失严重，从而导致电池老化速度加快。