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电动汽车的快充会损坏电池吗？
显而易见，为了方便以及对于那些无法在家充电的人来说，电池快充能力对于电动汽车的广泛普及至关重要。但研究一再表明，充电速度越快，电池的损耗就越大，这自然会引出以下问题，我们将逐一分解：
首先，更快的充电速度是否会加速电池损耗？
其次，为什么？（剧透警告：是的，会。）
第三，在快充时，有哪些实际的解决方案可以防止电池损耗？
最后，这真的重要吗？换句话说，你需要认真考虑这个问题，还是可以经常使用快充充电器？
好了，首先，更高的充电速率是否会导致更快的电池损耗？我将快速概括几项研究，让您快速了解情况。
快充会导致加速损耗。频繁使用快充会加速电池老化，提高电流速率会增加电池单元的损耗速率。以高电流速率为电池充电会极大地缩短电池的寿命周期。
好了，首先，让我们来看一项研究，它向您展示了充电速度与电池损耗之间的关系。
在这里，我们有不同的充电速率，我们正在查看在电池损耗至剩余容量的 80% 之前，我们可以有多少个充电周期。
在这里，右侧您可以看到 1.2 至 5C，这意味着较慢的快充，或者左侧的 10C，非常快的快充。
要理解 C 率是什么，基本上，它允许我们比较任何不同尺寸的电池。它只是相对于电池尺寸本身。
所以，C 率的倒数告诉您为电池充电需要多少小时。换句话说，如果您以 1C 的速率充电，则需要 1 小时为电池充电。如果您以 2C 的速率充电，则需要半小时才能为电池充满电。如果您以惊人的 10C 速率充电，这意味着只需 1/10 小时，即 6 分钟即可为电池充满电。
所以，如果您用特斯拉 Model S 来做这件事，它有一个 100 千瓦时的电池组，那么这意味着您将以 1000 千瓦的功率为其充电，速度非常快。
仅供参考，特斯拉在这里右侧的充电速率大约在 1 至 2 和 1.5C 之间。
但我们从中了解到的是，充电速度越快，损耗就越大，而且变化相当显著。在 1C 和 10C 之间，循环寿命差异很大。
我们有点超前了，但看看这里的 1.25C，它获得了近 3000 个周期。这意味着在剩余容量降至 80% 之前，可以行驶数十万英里。换句话说，就电池的寿命而言，这真的非常非常棒。
好的，但这仍然引出了一个问题：为什么更快的充电速率意味着更快的损耗？
如果您还没有看过，那么看看我关于锂离子电池工作原理的视频绝对值得。如果您想知道这个视频是否只适用于特定的化学成分，那么我们稍后会深入探讨细节。然而，这个视频主要关注负极，它主要由石墨制成，无论正极由什么材料制成，也就是说，即使它是 NMC 或 LFP 电池，这个视频也适用于两者。
那么，为什么快充会导致更快的损耗呢？一个主要原因是电镀。
这是如何工作的呢？当您为电池充电时，您需要将所有的锂离子从一侧，这里所有这些小红点，从正极侧移动到负极侧。
所以，您将电流施加到电池上，您将为其充电，当您将这些锂离子颗粒移到另一侧时，它们会找到进入这些石墨颗粒内部并嵌入其中的方法。它们在这些颗粒内扩散。
如果充电速率过快，这意味着您将所有这些锂离子都扔到另一侧，而它们无法足够快地在这些石墨颗粒内找到停车位。因此，它们不会在颗粒内扩散，而是堆积在颗粒的外部。如果您的速率过高。
那么，为什么这是一个问题呢？首先，这会消耗锂库存，这意味着您可用的锂更少，这意味着您的电池会损耗。它还在这些石墨颗粒上形成了一个屏障，这意味着锂离子更难找到自己的停车位并扩散到内部。所以问题只会不断累积。最后，最糟糕的情况是，可能会形成树枝状晶体，锂金属开始形成这些小尖刺，最终可能会刺穿您的隔膜。您将负极连接到正极，突然之间，您就短路了，可能会发生热失控。
那么，影响锂电镀是否发生的因素有哪些呢？
我们将研究三个变量：电池荷电状态、充电速率和电池温度。请记住，我们的目标是确保这些锂离子扩散到这些石墨颗粒中的速率比我们的充电速率更快。换句话说，我们希望确保所有这些家伙都有足够的时间找到停车位，而不是一次性将大量汽车扔进那个停车场。
例如，看看电池荷电状态。如果我们处于低荷电状态，那么就有大量的可用停车位来放置这些锂离子。所以很容易使用高充电速率，因为有很多地方可以放置这些锂离子。而如果它们处于高荷电状态，那么现在您所有的停车位都已被占用，您正试图将所有这些锂离子扔进去，它们找不到地方。所以它们开始堆积在石墨颗粒的外部。然后发生锂电镀。
接下来，让我们看看充电速率。如果您一次只往停车场扔一辆车，那么那辆车很容易找到自己的位置。如果您一次将大量汽车扔进那个停车场，那么它就会变得一团糟，对吧？这就是发生的事情，它们堆积在颗粒的外部，而不是在石墨颗粒内找到一个好的停车位。
最后，让我们看看电池温度。如果您有一个更热的电池，那么内部电阻就会更小。所以这些锂离子在电池内移动得更快。这就像有一群职业司机开得很快，他们很快就能找到停车位。与寒冷的电池相比，所有这些锂离子现在在电池内的移动速度要慢得多。所以它们需要更多的时间来找到停车位。如果您有一群老爷爷在停车场开车，他们找不到停车位的速度不会很快。所以如果非常冷，那些锂离子就会开始堆积在颗粒的外部，而不是找到停车位，如果您的充电速率过高。
那么，有什么解决方案可以防止在快充时发生锂电镀呢？
好了，让我们首先看看电池荷电状态和充电速率作为解决方案和我们可以操纵的变量。
一项研究考察了充电速率与电池荷电状态之间的关系，以找出锂电镀可能发生和不可能发生的情况。从这张图可以看出，当电池荷电状态较低时，您可以以高达 8C 的速率进行非常快的充电，而不会发生锂电镀。但是，当您提高荷电状态时，您可能只能以略高于 1C 的速率来防止锂电镀。而如果您处于 80% 的荷电状态并以 7C 的速率充电，那么很可能就会发生锂电镀。
所以，您需要做的是在为电池充电时降低充电速率，以确保不会发生任何锂电镀。这正是电动汽车今天所做的。当您开到快充站并插上电源时。
那么，我们可以用我们的下一个变量温度来改善快充吗？
一项研究考察了温度对锂电镀的影响。在这里，我们正在查看电池因锂电镀而损失了多少容量。在底部，我们正在查看有多少个等效的完整周期。
您可以看到，充电温度越低，对锂电镀容量损失的影响就越大。与在较暖的温度下充电相比，例如 20°C，容量损失非常低。我们在这里获得了超过 3000 个等效的完整周期。他们发现，在约 25°C 以上，他们没有看到任何锂电镀导致容量损失。
所以，简单的解决方案是：在更热的温度下充电。这正是特斯拉所做的。当您到达超级充电站、快充站时，它们会提高电池组的温度，以便您能够以更快的速率充电，而不会发生锂电镀。
但是，为什么不一直以非常高的温度充电呢？
当您提高电池温度时，您会遇到锂离子电池的另一种故障模式，我们尚未讨论，那就是 SEI 生长。电池越热，石墨颗粒与周围电解质之间的反应就开始发生。它会在这些颗粒的外部形成一层，消耗锂库存。因此，当您消耗锂库存时，电池的总容量自然会减少。
一项研究考察了在不同温度下操作时，SEI 导致多少容量损失。正如您所看到的，在 50°C 与 5°C 之间，容量损失的速度有很大的不同。因此，提高电池温度虽然有利于消除锂电镀，但意味着您将有更多的 SEI 生长。
那么，解决方案是什么呢？您需要找到一个折衷点。对于任何特定的充电速率，都会有一条曲线。如果您温度过低，您将有过多的锂电镀。如果您温度过高，您将有过多的 SEI 形成。因此，对于任何给定的充电速率，都会有一个最低点，即理想温度。
在理想情况下，当您的车辆进行快充时，它会保持电池组的理想温度，以最大限度地减少损耗。
最后，这一切都重要吗？你真的需要担心快充吗？
显然，设计这些电动汽车的工程师都知道这一切。当您充电时，他们在低荷电状态下具有更快的充电速率，并且仅在电池温度允许的情况下进行。否则，您只需加热电池，直到您可以提供更高的充电速率。
所以，如果我必须给出一个是或否的答案，我应该担心吗？我会说，不，不要为此烦恼，并在需要时进行快充。但这并不那么简单，因为快充确实会产生影响。
为了提供更多背景信息，我有三个真实世界的例子加上一个有趣的研究。
Recurrent Auto 分析了 13,000 辆特斯拉的真实驾驶数据，他们发现，快充时间超过 70% 的车辆与快充时间少于 30% 的车辆在续航里程损耗方面没有统计学上的显著差异。
美国能源部的一项研究在测试一辆 2012 年的日产聆风时发现，在行驶了 5 万英里后，仅慢充的聆风仍有原电池容量的 75%，而仅快充的聆风仍有 70% 的容量。
5% 听起来很多，而且确实如此。但请记住，这是一款日产聆风，它一直进行快充。它是在亚利桑那州凤凰城进行的，那里的温度非常高。而且这是一辆 2012 年的电池组，它是风冷的。所以它是一种以更快损耗而闻名的化学成分，而且冷却方法也以损耗而闻名。所以真实世界的现代化学成分比这要好得多。
最后，一家名为 Geotab 的公司声称拥有来自 10,000 辆电动汽车的数据，他们声称，对于在炎热气候下高使用量的车辆来说，电池损耗似乎与直流快充密切相关。四年后，容量仍有约 90%，而频繁快充的车辆四年后容量略高于 80%。
这听起来也相当令人担忧，但似乎这些数据是基于单一电动汽车品牌，该品牌以其非常高的充电速率而闻名。
同一家公司还提到，根据他们最新的 2024 年分析，电动汽车电池每年仅损耗 1.8%，可以使用 20 年或更长时间。
这是一项研究，表明充电速率不是最重要的因素。
在这里，底部我们正在查看充电周期，左侧我们正在查看容量损失。他们尝试了三种不同的充电方法，其中最快的充电方法实际上具有最佳的寿命。
测试如下：以 1.5C 的速率充电，这是从 2.5% 到 82.5% 的荷电状态的快充。这可以支持 1189 个周期，然后达到 15% 的容量损失。与以 0.5C 充电相比，有两个慢充的例子，一个从 25% 到 93%，一个从 2.5% 到 100%。在这两种情况下，达到 15% 容量损失的周期数都明显更少。
所以，再次强调，其他因素可能比仅仅快充更重要。
另外，关于电池化学成分，当今电动汽车中两种主要的化学成分是 LFP 和 NMC。虽然这是一个概括，并不总是如此，但 LFP 电池往往具有更长的循环寿命，包括在快充时。
因此，如果您计划非常频繁地使用超级充电，您可能需要选择一款配备 LFP 电池的电动汽车。这进一步证实了我的信念，如果您无法在家充电，从损耗的角度来看，LFP 是最佳选择。它不太在意您快充，不太在意您充电到 100%，也不太在意您有更高的放电深度。
如果您可以在家充电并主要慢充，那么任何一种化学成分都可以。如果您想了解最佳充电实践，无论您拥有 LFP 电动汽车还是 NMC 电动汽车，我都有关于每种最佳实践以延长寿命的视频。
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