可充电电池长寿命的秘诀可能在于拥抱差异。关于电池组中的锂离子电池如何退化的新模型展示了一种根据每个电池的容量定制充电的方法，以便电动汽车电池可以处理更多的充电周期并避免故障。

该研究发表于 11 月 5 日IEEE 控制系统技术汇刊，展示了如何主动管理流向电池组中每个电池的电流量，而不是均匀地输送电荷，从而最大限度地减少磨损。这种方法有效地让每个细胞都拥有最好、最长的寿命。

斯坦福大学教授兼高级研究作者 Simona Onori 表示，初步模拟表明，采用新技术管理的电池可以多处理至少 20% 的充放电周期，即使是频繁的快速充电（这会给电池带来额外的压力）。

此前大多数延长电动汽车电池寿命的努力都集中在改进单个电池的设计、材料和制造上，前提是电池组就像链条中的一环，其性能取决于其最弱的电池。这项新研究首先认识到，虽然薄弱环节是不可避免的——由于制造缺陷以及某些电池在暴露于热等压力时比其他电池降解得更快——但它们并不需要破坏整个电池组。关键是根据每个电池的独特容量调整充电速率，以避免故障。

斯坦福大学杜尔分校能源科学工程助理教授 Onori 表示：“如果处理不当，电池之间的异质性可能会损害电池组的寿命、健康和安全性，并导致电池组早期故障。”可持续发展学院。“我们的方法均衡电池组中每个电池的能量，以平衡的方式使所有电池达到最终目标充电状态，并提高电池组的使用寿命。”

受到启发，打造了可行驶一百万英里的电池

这项新研究的部分推动力可以追溯到电动汽车公司特斯拉 2020 年宣布的“百万英里电池”研究工作。这种电池能够为汽车提供 100 万英里或更长时间的动力（定期充电），然后像旧手机或笔记本电脑中的锂离子电池一样，电动汽车的电池电量太少而无法正常工作。 。

这样的电池将超过汽车制造商对电动汽车电池的典型保修期 8 年或 100,000 英里。尽管电池组通常会超过保修期，但如果昂贵的电池组更换变得更加罕见，消费者对电动汽车的信心可能会得到增强。充电数千次后仍能保持电量的电池也可以为长途卡车的电气化以及采用所谓的车辆到电网系统铺平道路，在该系统中，电动汽车电池将存储和调度可再生能源电网。

奥诺里说：“后来解释说，百万英里电池概念并不是真正的新化学物质，而只是一种通过不使电池使用完整充电范围来操作电池的方法。”相关研究主要集中在单个锂离子电池上，它们通常不会像完整的电池组那样快速失去充电能力。

出于好奇，Onori 和她实验室的两名研究人员——博士后学者 Vahid Azimi 和博士生 Anirudh Allam——决定研究如何对现有电池类型进行创造性管理，从而提高整个电池组（可能包含数百或数千个电池）的性能和使用寿命。 。

高保真电池模型

第一步，研究人员制作了一个高保真电池行为计算机模型，该模型准确地表示了电池在其使用寿命期间发生的物理和化学变化。其中一些变化在几秒钟或几分钟内就会发生，而另一些则需要数月甚至数年的时间。

斯坦福大学能源控制实验室主任 Onori 表示：“据我们所知，之前没有任何研究使用过我们创建的高保真、多时间尺度电池模型。”

使用该模型进行模拟表明，现代电池组可以通过包含其组成电池之间的差异来优化和控制。Onori 和同事设想他们的模型将用于指导未来几年电池管理系统的开发，这些系统可以轻松部署在现有的车辆设计中。

受益的不仅仅是电动汽车。奥诺里说，事实上，任何“对电池组造成很大压力”的应用程序都可能是根据新结果进行更好管理的良好候选者。举个例子？具有电动垂直起降功能的类似无人机的飞机，有时称为 eVTOL，一些企业家希望在未来十年内将其作为空中出租车运营并提供其他城市空中交通服务。尽管如此，可充电锂离子电池的其他应用仍然吸引着人们的注意，包括通用航空和大规模可再生能源存储。

“锂离子电池已经在很多方面改变了世界，”奥诺里说。“重要的是，我们要从这项变革性技术及其后续技术中获得尽可能多的收益。”