温度与电压对轻型电动车锂离子电池模组电荷与寿命的影响

为什么炎热天气对电动自行车电池很重要

电动自行车和滑板车承诺提供更清洁、更便捷的出行，但为它们供能的电池在高温下常常默默受苦。本研究剖析了一辆轻型电动车的电池包，观察真实路况和不同温度——从温和室温到沙漠般的高温——如何改变电池的可储能量与寿命。研究结果有助于解释为什么在非常炎热的日子续航会下降，以及为何更智能的冷却与充电对于城市电动出行的安全与耐用性至关重要。

深入小型电动车内部

研究人员关注一种常见的轻型电动车类型，类似动力辅助自行车，配备由52节小型圆柱形电池组成的48伏锂离子电池包。他们没有将电池包视为单一黑箱，而是拆解它，使每个电芯都能在专用试验台上测量。对每个电芯，他们确定了其可存储的电荷量以及相比新电芯的“健康”状况。随后他们重装电池包，将车辆安置在滚筒台上，按用于摩托车测试的标准驾驶循环运行，模拟城市中频繁起停和短时高速加速场景。

以可控方式升温

为观察温度如何改变电池行为，团队将整个电池包置于密封金属箱中，可将环境温度固定在25、35、45或65摄氏度。在车辆在滚筒上“行驶”时，传感器实时记录电压、电流与温度，既监测电池包外部，也监测其中心附近。在每一组特定温度的测试后，电池包再次被拆解，以便重新测量每一节电芯的容量与健康状况。热成像相机则直接展示了模块在使用与充电过程中热量如何积聚与扩散。

温度升高时电荷与健康发生了什么

在适度温度——约25至35摄氏度——下，电池表现良好。电池包能接近目标电压充电，车辆模拟驾驶时能平稳放电，温度仅小幅上升。在此温度范围内，荷电状态（电池的充满程度）和健康状态（与新电池相比剩余的容量）保持在理想范围内。但当温度升至45摄氏度，尤其是65摄氏度时，问题开始出现。电池包在驾驶循环中电压下降更快，这意味着车辆的续航会减少。一些电芯明显失去部分初始容量，降至通常认为不宜继续用于车辆的健康阈值以下。

热量在中间隐藏

热成像与传感器读数显示热量分布并不均匀。模组中间的电芯持续比两侧更热。在温和的25度测试中，电池包内部最热点接近但低于30摄氏度，而在65度测试中，热核温度攀升至80摄氏度以上。充电过程中情况更糟：电池包中部滞留热量，而保护电子元件与电缆也一同升温。在最高温度下，电池管理系统为了防止损坏提前切断了充电，这在保护电池包的同时也导致部分电芯相比其他电芯被欠充。这种不平衡进一步减少了可用能量，并加速了受压最严重电芯的老化。

更安全、更耐用的设计教训

总体而言，研究表明轻型电动车电池仅在相对狭窄的热窗口内工作良好，大致为25至35摄氏度。超过此范围，电池能量损失更快、老化更快、并出现不均匀的高温点——尤其在电池包中心——而保护电子设备则难以维持安全。对骑手而言，这意味着在炎热气候中续航缩短与提前更换电池的风险增加。对设计师与城市规划者而言，研究强调了采用简单但有效的冷却或通风措施、设计避免中心过热的合理电池布局以及对电芯级健康进行细致监控的必要性。采取这些措施后，小型电动车可以在不牺牲安全或电池寿命的前提下提供更清洁的出行方式。

引用: Quintana, J.M., Paredes-Rojas, J.C., Vázquez-Medina, R. et al. Temperature and voltage effects on the charge and health of lithium-ion battery modules in light electric vehicles. Sci Rep 16, 9408 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40094-5

关键词: 锂离子电池, 电动自行车, 电池温度, 电池健康, 热管理