6000辆电动汽车能告诉我们有关电动汽车电池健康的信息吗?

于2020年7月7日出版于电动汽车 通过夏洛特争论


比较不同车辆品牌和车型年份的平均蓄电池退化情况。

电动汽车电池能使用多久?使用免费的狗万2017 比较不同车辆品牌和车型年份的平均蓄电池老化时间。Geotab基于对6300辆车队和消费者电动汽车的分析开发了该工具。继续阅读,了解电动汽车电池的健康状况,并获取有关真实世界电池性能的关键信息。

另见:温度对EV范围的影响程度如何?

电动汽车电池的重要性

如果你考虑购买电动汽车(EV),有一些重要的因素需要考虑。这三个问题可能在您的列表的顶部:

  • EV的成本是多少?
  • 它的范围是多少?
  • 电池能用多长时间?

从生命周期的角度来看,电池性能和健康状况确实是关键。由于电池是电动汽车最昂贵的部件,退化程度将影响车辆的剩余价值(这有助于回答上面的成本问题),并且随着时间的推移,还会直接影响最大可用范围。

另见:播客:与夏洛特争辩的EV神话和管理

电动汽车电池能使用多久?

你可能已经注意到,对于电动汽车电池寿命的问题,很难得到一个直接的答案。相反,您可能会发现,如果电池出现问题,您可以保证电池在保修范围内。通常,电池的使用寿命为8年或100000英里,但这将因制造商和国家而异。

保证是令人救济的,因此电池成本明显减少了一年。自2010年以来,平均锂离子电池组的价格已经下降超过80%.

汽车制造商对电池技术的保证和降低成本的承诺应该会激发一些信心。然而,我们中的大多数人在知道我们的电池预计会以多快的速度退化,以及如何最大限度地减少这种损失时会感到更舒服。

另见:为电动汽车做准备:向车队运营商提供北电动汽车充电研究结果

什么是EV电池劣化?

电池退化是一个自然过程,它会永久性地减少电池所能储存的能量或所能提供的功率。电动汽车中的电池通常可以提供比动力传动系统部件所能处理的更多的功率。因此,电动汽车的功率下降很少被观察到,只有电池储存能量能力的丧失才是问题所在。

电池的状态称为其健康状态(SOH)。电池从100%SOH开始使用,随着时间的推移,电池性能会恶化。例如,具有90%SOH的60 kWh电池将有效地起到54 kWh电池的作用。

请记住,这与车辆行驶里程(车辆在这些KWh上可行驶的距离),这将根据多种因素(包括充电水平、地形、温度、辅助用途、驾驶习惯以及乘客或货物负载)每天或每次行程波动。

影响锂离子电池健康的常见因素:

  1. 时间
  2. 高温
  3. 在高电荷和低电荷状态下运行
  4. 高电流
  5. 使用(能量循环)

虽然在电池健康上完成了大量的研究,但随着时间的推移,EVS的真实表现,虽然对EV的真实表现,但更不用说跨越不同的制作和模型的比较。到目前为止。

另见:J1939:为什么让电动卡车和公交车讲同一种语言对车队有好处

介绍电动汽车电池退化工具

Geotab创造了电动汽车电池退化工具,以评估电池是如何保持和考虑上述因素对电动汽车电池寿命在现实世界条件下的相对重要性。

我们分析了6300辆车队和消费者电动汽车的电池健康状况,代表180万天的数据。通过处理的远程信息处理数据,我们深入了解了现实世界条件如何影响电动汽车的电池健康,提供了21种不同车型(代表64个品牌、车型和年份)的聚合平均退化数据。

有关该工具的说明:

  • 下面显示的劣化曲线是分析数据的平均趋势线。
  • 这些图表可以提供随时间变化的平均电池健康状况,但不应解释为对任何特定车辆的精确预测。
  • 可视化工具中没有车辆品牌、型号和年份的子集–我们排除了数据不足的车辆,因此如果您选择的车辆丢失,请不要惊慌。

开始使用该工具

有关更多信息以及如何使用该工具,请参阅狗万2017 页要进行测试,请使用以下嵌入式版本:

关键外卖

观察到高水平的持续电池健康

首先也是最重要的是,基于6000多辆电动汽车(涵盖所有主要品牌和型号)的数据,电池显示出高水平的持续健康。如果保持观察到的劣化率,则绝大多数蓄电池将超过车辆的使用寿命。

和我们一样,健康随着年龄的增长而下降

正如您所希望的那样,车辆的旧车是,电池越优越地恶化。但是,在查看所有车辆的平均下降时,损失是轻微的,每年均为2.3%。这意味着,如果您今天购买了150英里的EV,则在五年后失去大约17英里的无障碍范围,不太可能影响您的日常需求。

电动汽车电池退化是线性的吗?

虽然该工具显示出或多或少的线性退化,但作为一般规则,电动汽车电池预计将非线性下降:初始下降,然后继续下降,但速度要温和得多。在电池寿命即将结束时,电池将出现最终的显著下降,如下所示。

服务小时数和时间图,红线随时间增加而减少

图1:正常的降解曲线应该是这样的。

幸运的是,对于驾驶员来说,我们观察到的电池数量太少,无法预测在什么时候会发生这种情况。我们将继续监控非线性退化(也称为“脚跟”)何时开始。

品牌、型号和年份之间存在可测量的差异

从我们的数据来看,车辆电池对时间测试的响应似乎有所不同,这取决于其品牌和车型年份。为什么有些车型的平均降级速度似乎比其他车型更快?两个潜在因素是电池化学和电池组的热管理。

虽然电动汽车使用锂离子电池,但锂离子化学成分有许多不同的变化(最显著的差异是用于电极的材料)。电池的化学成分会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。主要区别在于电池组是否由空气或液体冷却和/或加热。

让我们比较一下采用液体冷却系统的车辆和采用被动空气冷却系统的车辆:分别是2015款特斯拉s型和2015款日产Leaf。叶片的平均降解率为4.2%,而模型S为2.3%。良好的热管理意味着更好地防止退化。

2015款特斯拉S型(液体冷却)与2015款日产Leaf(被动空气冷却)的电池劣化比较。

图2:2015年Tesla模型S(液体冷却)与2015年日产叶(被动空气冷却)的电池劣化比较。

荷电状态(SOC)和缓冲效应

制造商之间电池健康状况差异的另一个预期原因是如何控制SOC。在接近满或空的状态下操作电池会影响电池的健康。为了限制这种影响,许多制造商添加了一个缓冲区,有效地防止访问SOC窗口的最末端(如下图所示)。

除了在电池范围的顶端和底端配备保护缓冲器外,许多车辆还为电动汽车车主提供了在低于100%的水平下停止正常日常充电的选项。

图3:电池保护缓冲器控制电动汽车的可用充电状态窗口。

你知道吗?

消除极端情况不仅有利于蓄电池的健康,也有利于车辆的安全运行。在极端情况下,电池将无法接受或提供全功率,驾驶体验将受到影响。本质上,从纯电池化学的角度来看,100%的电池并没有完全充电。

同样,0%也不是完全空的。由于车主出于安全和电池寿命的原因无法访问电池范围的这些部分,因此很可能许多人不知道这一点。由于空中软件升级,缓冲区的大小可能会随着时间的推移而变化,一些特斯拉车主在2019年发现了这一点,当时他们注意到其顶部范围有所减少。特斯拉证实这次升级是为了“保护电池和延长寿命”

此外,一些汽车制造商有可调的充电上限,用户可以预先设定电池停止充电的时间(例如,他们可以告诉车辆在75%而不是100%时停止充电)。该所有者自主区域(上图中的B)与非自主缓冲区(A)一起工作,以限制电池在更高劣化区域的运行。在退化工具的后续更新中,我们打算将业主的操作对该自由裁量(B)区域的影响以及由此产生的对退化率的影响包括在内。

让我们考虑一个例子:

雪佛兰Volt,尤其是早期车型,具有相对较大的顶部和底部保护缓冲器(区域A和D),随着电池老化而动态变化。虽然更大的缓冲器意味着更少的能量用于驾驶,但它应该会产生更长的电池组寿命。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,Volt上的降解速率应低于平均值。

图4:雪佛兰Volt与所有车辆的电池随时间的退化。

哪些其他因素似乎会影响电池的健康?

基于可用的远程信息处理数据,我们能够评估车辆暴露在不同因素下的电池退化,并查看是否与健康下降有任何关联。这些因素包括:

  • 使用
  • 极端气候
  • 充电类型

随着时间的推移,我们希望将这些见解发展成为一种能够更好地预测电动汽车健康状况的退化工具。

车辆使用率高并不意味着蓄电池性能降低

我们能够从数据中收集的一个令人兴奋的信息是具有高使用率的车辆没有显示出显着更高的电池劣化。这应该是欢迎新闻,因为如果它只是坐在舰队院子里,你就没有得到了EV的好处。

外卖?不要害怕将电动汽车置于高使用占空比。只要它们在日常行驶里程内,电池寿命就不会受到负面影响。一个警告:如果高使用要求常规直流快速充电,请务必阅读有关充电类型影响的章节。

使用量似乎对降解率没有太大影响。

图5:使用量似乎对降解率没有太大影响。

在炎热的温度下驱动的车辆显示电池SOH的速度更快

暴露在极热温度下的电池更容易损坏,但损坏程度如何?亚利桑那州的电动汽车的电池寿命会与挪威的同一辆汽车不同吗?为了找出答案,我们根据以下气候条件对车辆进行了分组:

  • 温和的:温度超过80华氏度(27摄氏度)或低于23华氏度(-5摄氏度),每年少于5天。
  • 热门:超过80华氏度(27摄氏度)每年超过5天。

如下图所示,在炎热气候下驾驶的车辆的下降速度明显快于在温和气候下驾驶的车辆。如果你和你的舰队在烈日下劳作,这不是什么好消息。

炎热和寒冷的天气也会影响你的日常活动范围。要了解如何操作,请查看我们的EV范围的温度工具.

暴露在热天的电池比暴露在温带气候下的电池降解更快。

图6:暴露在炎热天气下的电池比在温带气候下的电池降解更快。

看看电荷类型

我们能够查看我们系统中EVS的主要收费水平。北美EV充电站分为三种常见类型:

  1. 第一级:120伏–北美的常规家用电源插座。
  2. 第2级:240伏–家庭或车队充电的典型电压。
  3. 直流快速充电器:DCFC–用于更快的加满。

有关收费和相关成本的概述,阅读我们的电动汽车充电简单指南.

在欧洲大部分地区,充电被称为交流充电(通常相当于北美的2级)和直流充电(DCFC,如上所述)。

虽然2级通常被认为是电动汽车充电的最佳方式,但常规2级充电的汽车与使用1级充电的汽车之间的电池健康差异似乎是可以观察到的,但并未超出统计显著性水平。

与2级相比,主要在1级充电的车辆的蓄电池性能下降。

图7:主要在1级充电的车辆与在2级充电的车辆相比,蓄电池性能下降。

然而,使用DCFC的使用似乎会影响电池降解的速度。快速充电电池意味着高电流导致高温,既已知应变电池。事实上,许多汽车制造商确实建议限制DCFC的使用,以延长其车辆的电池寿命。

在这里,我们考察了同一气候组中的所有电池电动汽车(我们选择了最易受影响的组,即在极端气候条件下运行的组),并根据使用DCFC的频率对其进行分类:从不、偶尔(每月1-3次)和频繁(每月3次以上)。

电池劣化似乎与季节性或热气候中的车辆的DCFC使用强烈相关。

图8:电池退化似乎与季节性或炎热气候下车辆使用DCFC密切相关。

从未使用DCFC的车辆与偶尔在季节性或炎热气候下使用DCFC的车辆之间的差异是显著的。虽然可能还有其他因素在起作用(我们想强调的是,这不是一个受控实验),但通过低功率级别2充电应该优先考虑。

延长电动汽车电池寿命的提示

尽管电池性能下降因车型和外部条件(如气候和充电类型)而异,但目前道路上的大多数车辆并未出现明显下降。事实上,总体退化非常温和,平均每年仅损失2.3%的容量。在理想的气候和充电条件下,损耗为1.6%。

虽然有些事情超出了运营商的控制,但有一些方法可以延长电动汽车电池的寿命。

操作电动汽车的一些技巧:

  • 避免让您的汽车完整或空收费。理想情况下,让您的SOC保持在20-80%之间,特别是在将其留下更长的时段时,只能充分为长途旅行充电。
  • 最小化快速充电(DCFC)。一些高使用占空比需要更快的费用,但如果您的车辆过夜,则2级应该足以满足您的大部分充电需求。
  • 气候超出了操作员的控制范围,但请尽可能避免极端高温,例如在热天停车时选择荫凉处。
  • 高使用率不是一个问题,因此车队应该毫不犹豫地将其投入使用。电动汽车在车队停车场闲置是没有用的,增加每辆车的里程总体上是一种更好的车队管理实践。

最后的想法

不要为小事操心。随着车辆配备更大的电池组,失去一些容量可能不会影响您的日常驾驶需求,也不应掩盖电动汽车所能提供的诸多好处。

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最初发表于2019年12月13日。更新日期:2020年7月7日。


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