压力水平：什么会带来痛苦？[电池循环次数#7 | 2026年发布]
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五年前，在volytica diagnostics GmbH首席执行官Claudius Jehle的见解指导下，我们推出了“电池循环”系列文章，旨在揭示锂离子电池的复杂性。
该系列为所有从事电动出行领域的人士提供了大量宝贵的见解。
如今五年过去了，我们仍在Claudius Jehle的协助下回到这些主题上，并结合实际数据与经验教训进一步丰富内容。
经过最新更新的完整系列文章还将作为专题报道，刊登在2026年全年的《可持续巴士》（以及姊妹平台《可持续卡车与厢式车》和《动力总成国际》）杂志上。
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欢迎阅读《电池循环》系列的新文章——本系列旨在用通俗易懂的语言揭开这个“黑箱”的神秘面纱，同时确保内容的科学性。上一篇文章介绍了健康状态（SOH）的概念以及为何需谨慎使用这一指标。由于本系列文章是逐篇递进的，我们强烈建议读者阅读之前的所有文章（包括关于NMC、LFP、LTO、SOC以及充电和均衡技术差异的内容）。
上一篇文章主要探讨了电池退化的一个显著现象——容量下降。整个行业的发展都围绕这一问题展开，但我们并未涉及：究竟是什么导致了退化？哪些因素会影响退化速度？又有哪些措施可以减缓容量下降的速度？
什么是“容量”和健康状态（SOH）？
正如我们在上一篇文章中所学，电池在日常使用中所“体现”的容量通常被称为电池的“实际可用容量”或“净容量”，这一数值是由BMS软件通过程序设定后提供的。因此，它并不必然与电池系统技术上可实现的理论电化学容量成正比。前者甚至可能多年保持恒定（即“消耗缓冲容量”的理念：参见上一篇文章！），而后者，也就是技术上的实际容量，虽然会逐渐下降，但用户往往并不知情。
尽管BMS可能选择不释放电池的全部潜力——其实这样做是有充分理由的！——但这绝不能误导电池所有者或操作者，使其以不当且高负荷的方式使用电池。
那么，究竟哪些因素会直接影响电池的衰减，进而至少间接影响我们在日常生活中的使用容量与性能呢？
简短的答案是：只有少数几条普遍适用的规则。一般来说，每种电池类型对使用条件及外部因素的敏感度各不相同。有些电池型号专为承受低温设计，有些则适用于高电流环境等等，而生活中往往不存在免费午餐——在某个方面取得优化就意味着要在其他方面付出代价，具体内容稍后详述。
日历老化与循环老化
首先，让我们介绍日历老化与循环老化的概念。当电池未处于使用状态，即没有电流流入或流出时，它仅会因日历老化而性能下降。一旦有电流流动，循环老化便会随之出现。这两种老化方式都会导致离子因被卷入副反应而无法逆转地失去活性，进而造成电池容量下降（电阻上升），而这些副反应显然会受到不同因素的影响。因此，我们将这些影响因素称为影响因子。通常情况下，离子会与电池内的其他物质（如电解质）发生不可逆反应，形成被动残留物*。此外还有其他形式的残留物，它们也可能带来危险。
这些影响因子具有普遍性，只是各自的影响程度差异很大：
- 温度——指的是电池内部的温度，而非环境温度**
通常振动和压力等机械应力会被正确地纳入影响因素列表中；目前我们暂不考虑这些因素。
温度与电池寿命
这些因素如何影响电池容量的衰减速度？这取决于电池化学成分的敏感度，而且这种关联往往具有高度的非线性特征。大多数电池化学成分更适合在低温环境下存储，这样能减缓日历老化过程（降低副反应发生的概率）。
然而，尤其是NMC电池，在低温（＜5-15°C）下充电时会受到严重损害，尤其是在高倍率充电时***——这显然是一种相互矛盾的要求！
锂沉积、热失控……
锂离子电池可被视为安全的。所谓“自燃”现象，只有在电池内部微观缺陷积累到临界程度时才有可能出现。简单来说，锂离子在电芯内从一极移动到另一极，而电子则通过车辆的电路完成这一迁移。在正常情况下，这些离子会迁移到相反的电极上，与早已移动过的电子重新结合。但如果环境温度较低、电流较大（快速充电）且/或该电极已接近饱和状态，这种离子迁移就会变得极为困难，就好比在一架已经挤满人的飞机上再塞进三十多个发抖的乘客。因此，在此类条件下，从电化学角度而言，电极上更容易形成金属沉积物——即锂镀层，也就是那种不良的残留物形式。
实用建议：1）做好被动平衡规划。在电池充满至100%后，应遵循原厂建议的静置时间，以便电池管理系统能够有效平衡各电芯。2）要求获取详细的电池诊断数据。需了解电量状态分布、各电芯电压以及偏差指标，理想情况下应到电芯级别，至少也要按模块或串组来统计。3）在招标文件中明确要求。需规定明确的平衡策略、允许的最大电芯不平衡度，以及长期获取原始电池数据的权利。
这一过程的不断重复会积累此类缺陷，严重时甚至可能穿透导线，引发内部短路（即枝晶）。这些枝晶又会产生热量，而热量会加速化学反应，进而产生更多热量和气体——这就是所谓的“热失控”自我持续过程。这种情况在不到五分钟的时间内就会变得极其剧烈，最终以浸满电解液的浓密白色蒸汽云形式猛烈释放气体。
注意：影响镀层形成的条件并非完全由车辆的电池管理系统控制。操作人员有责任对电池进行监控和维护，就像妥善储存、处理易燃液体并对其进行合理监测是公认的最佳做法一样。
SoC的作用
虽然电流强度与温度通常会形成复杂的相互作用，且对温度的敏感度在日历老化与循环老化过程中往往也有所不同，但真正的意外却来自：系统芯片！
系统芯片会对电池寿命产生显著影响，无论是停车时的待机状态（日历老化）还是设备实际运行时的电量范围（循环老化）。虽然这只是数百个案例中的一个，但它充分体现了这一因素背后的潜力：下图展示了两种几乎相同的高品质NMC电池使用场景的退化情况。这两种场景都仅使用了电池容量的约50%（这很常见），其中第一种（绿色）是在电池容量处于上半区时使用（100＞50＞100＞…%，即回到半满状态后送回充电站），而第二种（紫色）的驾驶方式则更为极端：从50%开始使用，最终几乎耗尽电量（50＞0%）。这种使用方式对电池退化的影响极为显著：第二种电池的寿命将是第一种的2到3倍，从而将总拥有成本降低50%以上。
谁敢尝试谁就赢！真的吗？在讨论这些敏感性问题时，一概而论是非常危险的。可能存在大量反应截然不同的电池单元——一个常被引用的经验法则是，通过避免高电量（>90%）和低电量（25>75>…%）的电池甚至比蓝色那款退化得更快！
关于电池的应力水平
这听起来非常复杂、令人困惑，几乎难以处理。的确，即便是受过专业训练的专家，也无法仅通过手动分析——即评估C率曲线、温度变化以及电池电量范围，并将其与对应电池类型的多元敏感度矩阵进行比较——来判断某种使用模式带来的压力大小。
为降低复杂性，人们提出了“应力等级”这一概念，它是一个简单的数值，能够告诉观察者某种使用场景相比标准参考场景（如默认的设计和保修条件，例如“8年后寿命终结”）的应力大小——应力等级为1.0意味着该场景的应力程度与预期相当，而应力等级为2.0则表明在现有影响因素作用下，电池的衰减速度可能是预期的两倍。
有一些工具能够自动分析监控平台中的应力水平。这些工具有助于评估风险与潜力，以及调整应用场景。
BMS的作用
多年来，人们一直在讨论是否应由电池电子系统（BMS）来控制各种影响因素并将其维持在可控范围内。答案是肯定的。它能够防止可能带来安全威胁的过度使用情况（即“极高应力”状态）。但除了极少数情况外，它既未被设计也不打算为“最理想”的应力水平提供建议。
换句话说：我会阻止你一口气喝下两瓶红葡萄酒，但不会建议你改喝一杯姜茶。
有趣的是，全球趋势是朝着更高的能量密度（更长的续航里程）发展，但往往需要以牺牲电池寿命为代价。没错，平均稳定性正在下降！这种情况在乘用车用锂电池中尤为明显，但迟早也可能影响到重型车辆。无论如何，所有类型的锂离子电池都对各种影响因素极为敏感，这一事实应当引起我们所有人的警惕，并让我们意识到在众多应用场景中仍存在巨大的优化潜力。
一览
- 不同类型的锂离子电池对外部影响因素具有各自独特且往往复杂的敏感度——此外，静态老化（停放）与循环老化（使用）也需要区分开来。
* 这种残留物在固体电极与电解质之间形成界面，因此常被称为“固态电解质界面”(SEI)。
** 电池温度当然从来不会完全独立于环境温度。尤其是在没有温度控制装置（无主动加热/冷却功能）的电池系统中，电池温度会直接受环境温度影响。即便系统具备主动控制功能，经过长时间断电后电池温度也会趋近于环境温度。
*** “C率”是指标准化电流值；与其直接使用20A这样的数值——对于小型电池（如2Ah）而言这已属较大电流，但对于1000Ah的大容量电池则微不足道——人们通常会将电流除以电池的标称容量：前者为10C，后者为0.02C。因此1C的意思是：在1小时内将电池电量放空。
**** 以1C速率进行充放电，全SOC范围（0 – 100% – 0%），不同温度条件下的测试。
***** 这种敏感性矩阵常被称为应力图。由于其规模庞大且结构复杂，电池制造商和系统制造商往往甚至无法完全了解它的全部内容。正因它能带来巨大的优化潜力，它也常常被视作机密信息。
文章《应力等级：什么会造成损害？[电池循环测试#7 | 2026年发布]》最初发表于Sustainable Bus网站。