我们常常发现,手机电池使用一两年后就开始“不给力”了,必须频繁充电。而电动车的锂电池却可以支撑数十万公里的续航,即便经过多年使用衰减依然不明显。这种耐用性差异的根本原因在于手机电池和电动车电池的管理系统、使用环境、设计思路等方面的不同。本文将从电池管理系统(BMS)、充放电管理、温度控制和使用习惯等方面,分析为什么手机锂电池寿命不如电动车锂电池长久。
在锂电池中,有一个至关重要的系统:电池管理系统(Battery Management System, BMS)。BMS的主要作用是监控和管理电池的状态,使电池始终处于最佳的工作条件,延长电池寿命并保障安全性。具体来说,BMS系统会通过多种策略让电池保持恒温、浅充浅放以及稳定的充放电深度(Depth of Discharge, DOD),这样做可以大大减少电池的损耗。
恒温控制:BMS会将电动车电池的工作温度控制在10~30℃之间,甚至是理想的25℃。这种温度范围内,电池的活性最强且能有效延长循环寿命。手机却缺乏完善的温控管理,大部分时间依赖周围环境温度,特别是在夏天或使用大功率应用时,手机电池温度易飙升,造成电池不可逆的损伤。
浅充浅放策略:实验数据表明,在25℃的环境下,锂电池在100%DOD时的循环寿命约为800次,而50%DOD时可以达到2000次循环寿命。因此,BMS会通过限制电池的SOC(State of Charge, 充电状态)区间,保证电动车电池不会完全充满或完全放空。例如,BMS可能设定电池SOC的上限为95%,下限为10%,这样电池实际工作区间在10%到95%之间,有效降低电池的DOD。这种管理在手机中却不具备,因此手机电池大多在100%DOD的高强度使用下,很快达到寿命上限。
电池设计上,手机电池和电动车电池的目标不同。电动车电池要求续航稳定、寿命长久,而手机电池则更注重轻便和节省空间。
电池容量与充放电速率:电动车电池容量通常较大,以保证充满电后的续航里程。这使得其充放电电流相对较小,电池负荷较低,有利于延长使用寿命。而手机电池为了适应日常快速充电需求,其设计充电速率较高。这种高强度的充电模式在电池化学上会带来更快的衰减,特别是在电池接近100% SOC时,内阻升高造成的发热进一步加速了电池老化。
SOC区间的保留:大多数电动车厂商会在出厂时设定电池的使用区间,限制SOC上下限,避免电池满充或过度放电。例如一些电动车仅使用95%的SOC以保护电池。然而手机出于电量需求,往往充到满电,使用到电量接近0%,大大加速了电池的损耗。出于用户体验考虑,手机通常没有限制这一区间,甚至会在电量接近100%时增加充电电流以提高充电速度,这种高压充电方式进一步减少了电池寿命。
温度是影响锂电池寿命的重要因素之一。电动车BMS系统会监测并控制电池温度,特别是在高温和低温条件下,BMS会自动调节或降低电池输出,以保障安全并延长寿命。然而手机没有类似的温控系统,常常直接受制于外界环境温度。
极端温度对电池的影响:当温度超过45℃时,锂电池内的化学反应会变得剧烈,电池容量和性能会快速衰减。而在低温环境下,电池的放电能力会下降。电动车BMS可以将电池温度控制在适合的范围内,而手机却没有这样的条件。特别是在炎热的夏天,长时间运行应用程序、充电或游戏时手机发热明显,长期如此会对电池寿命产生不可逆的影响。
温度对手机电池的长期影响:电池的日历寿命同样受温度影响显著。电动车BMS和隔热设计能有效缓解温度带来的寿命衰减,但手机在长时间高温使用情况下,电池老化速度大大加快。比如夏季使用快充,手机电池会长时间维持在40℃以上的高温环境,极易产生损耗。
手机电池的使用频率远高于电动车。多数用户每天都会给手机充电一次,相当于一天一个充电循环,1000次循环约等于2~3年寿命。而电动车由于电池容量大,续航较长,一次充满可行驶数百公里,平均7天才需充电一次。这样算来,电动车电池的循环寿命可能达到20年。电动车电池的长寿命还与用户较低的充放电频率有关,而手机则处于高频次的充电使用状态。
手机锂电池和电动车锂电池在寿命上的差异,源于两者管理系统、设计理念及使用环境的不同。电动车具备完善的BMS管理系统,采用恒温、浅充浅放的策略,并限制电池的SOC区间,这些措施有效延长了电池的循环寿命。手机则由于缺乏这种系统支持,在高温环境下、高频率地充放电,加上充电策略不合理,导致电池衰减速度较快。因此,电动车电池的寿命往往是手机电池的数倍,甚至能够承诺“电芯终身质保”。
随着技术进步,未来手机可能会引入更高效的电池管理技术,例如更加智能的温控和充电策略,进一步改善手机电池寿命。但在现阶段,电动车电池的寿命优势依然明显,这种差距主要是由于两者在电池管理与使用环境上的差异造成的。