可使锂电池组寿命至少延长20%!斯坦福研发新的充电方法

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组成锂电池组的许多电池并不都是一样的;一些电池会比其他电池更快退化和死亡。斯坦福大学的新研究发现,如果每个电池都得到单独的充电处理,那么整个电池的寿命就会大大延长。有许多原因导致电池组中的个别电池可能变得比其他电池更弱。也许在制造或材料方面存在差异。也许有些电池比其他电池更容易暴露在热源中,或者位于更难冷却的位置。

无论哪种情况,平均单体电池的寿命比平均电池组的寿命长,而正是这些脆弱的电池使整个电池组工作效率低下。

斯坦福大学Doerr可持续发展学院能源科学工程助理教授西蒙娜-奥诺里(Simona Onori)说:"如果不妥善处理,电池单元之间的异质性会损害电池组的寿命、健康和安全,并诱发电池组的早期故障,"她是一项新研究的作者,旨在使锂电池组的使用寿命更长。

快速充电和放电事件对电池单元来说是一种压力,虽然它们被设计成可以承受这种压力,但这些是较弱的电池受到影响和恶化最快的时刻。因此,斯坦福大学的研究小组想知道,以同样的速度给所有电池单元充电的标准技术是否会加速电池的损坏。

研究人员设计了一个计算机模型,在一个加速的时间框架内测试他们的理论,结果他们认为这是一个前所未有的模拟细节水平。他们试图准确地代表电池的物理和化学状态,以及在其整个生命周期中与一系列压力有关的变化,包括在几秒钟内发生的变化,一直到可能需要几个月或几年的其他变化。

Onori说:"据我们所知,以前的研究没有使用过我们创建的那种高保真度、多时间尺度的电池模型。"

利用这个模型,他们进行了一些模拟,比较了标准的、设定速率的充电方法和其他方法,其中每个电池的容量作为一个指标,说明它能承受多少充电功率。这里的理论是,只有最强壮的电芯应该受到最高的压力;已经开始提前退化的电芯不管是什么原因都应该被更温和地对待,希望能延缓它们最终的衰退。

该团队发现,通过单独设置每个电池的充电速率,他们可以最大限度地减少温度上升和电池退化,以至于这些电池组可以比均匀充电的电池多处理至少20%的充电/放电周期--甚至使用频繁的快速充电。

但缺点也是相当明显的;如果你正在给你的电动车或手机电池快速充电,当然希望它尽可能快地充电,这样你就可以回到你正在做的任何事情上,在这样的模式下,你的电池中一定数量的电池根本不会像平时那样快速充电。如果你把你的电池看作是或多或少的一次性物品,而你的汽车是每隔几年就会被更换的东西,很多消费者不会关心他们是否在加速他们电池组的死亡,因为这是厂家和维修方的问题。

电池组中的大多数电池通常情况都很好,有能力进行快速充电。因此,在这种充电模式下,在快速充电器上充电半小时后,充电状态的差别可能不会很大,如果电池可以被"哄骗"到更长的使用寿命,这对每个人来说都是更好的,因为提前更换的锂电池预计在未来几十年将对全球脱碳工作造成压力。

研究人员说,他们的充电模型可以很容易地通过现有的电动汽车设计推出,或用于指导下一代电池管理系统的开发。他们还建议,同样的模型可以应用于放电周期,对较弱的电池要求较少,对较强的电池要求较多,以进一步提高任何受到高应力负载的电池组的寿命。事实上,该研究的作者之一现在在eVTOL开发商Archer Aviation担任电池研究员。

"锂离子电池已经在很多方面改变了世界,"Onori说。"重要的是,我们要尽可能多地从这项变革性技术及其后续技术中得到好处。

这项研究发表在《IEEE控制系统技术期刊》上。

可使锂电池组寿命至少延长20%!斯坦福研发新的充电方法插图
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