延长可充电电池寿命的秘诀或许在于接纳差异。对电池组中锂离子电芯衰减方式的新建模表明，可以根据每个电芯的容量定制充电方式，从而使电动汽车电池能够承受更多充电循环次数并延缓失效。

该研究于11月5日发表。IEEE控制系统技术学报研究表明，主动管理电池组中每个电芯的电流，而不是均匀充电，可以最大限度地减少损耗。这种方法能够有效地延长每个电芯的使用寿命。

斯坦福大学教授兼该研究的资深作者西蒙娜·奥诺里表示，初步模拟结果表明，采用新技术管理的电池即使频繁快速充电（这会给电池带来额外的压力），也能承受至少 20% 的更多充放电循环。

以往延长电动汽车电池寿命的大多数努力都集中在改进单体电池的设计、材料和制造工艺上，其基本假设是：就像链条上的环环相扣，电池组的整体性能取决于其中性能最弱的单体电池。这项新研究的出发点是，虽然由于制造缺陷以及某些单体电池在高温等应力作用下性能衰减速度更快等原因，电池组中出现性能薄弱环节是不可避免的，但这并不意味着它们会导致整个电池组失效。关键在于根据每个单体电池的独特性能来调整充电速率，从而避免电池失效。

“如果处理不当，电池单体间的差异会影响电池组的寿命、健康状况和安全性，并导致电池组过早失效，”斯坦福大学多尔可持续发展学院能源科学工程助理教授奥诺里表示。“我们的方法能够均衡电池组中每个单体的能量，使所有单体以平衡的方式达到最终目标充电状态，从而延长电池组的寿命。”

受启发，要打造一块百万英里电池

这项新研究的部分动力可以追溯到电动汽车公司特斯拉在2020年宣布的一项“百万英里电池”研发计划。这种电池能够在正常充电的情况下，为汽车提供100万英里或更长的续航里程，直到像老式手机或笔记本电脑中的锂离子电池一样，电量耗尽而无法继续使用为止。

这种电池将超越汽车制造商通常为电动汽车电池提供的八年或十万英里质保。尽管电池组的使用寿命通常都会超过质保期，但如果昂贵的电池组更换频率进一步降低，消费者对电动汽车的信心将会得到增强。这种电池在数千次充电后仍能保持电量，也有助于长途卡车的电气化，以及所谓的车网互动（V2G）系统的应用。在V2G系统中，电动汽车电池可以存储可再生能源并将其输送至电网。

“后来有人解释说，百万英里电池的概念并非一种全新的化学技术，而只是一种让电池不满负荷运行的方式，”奥诺里说道。相关研究主要集中在单个锂离子电池上，这类电池的容量衰减速度通常比整个电池组要慢。

对此，Onori 和她实验室的两名研究人员——博士后研究员 Vahid Azimi 和博士生 Anirudh Allam——决定研究如何通过创造性地管理现有电池类型来提高整个电池组（可能包含数百或数千个电芯）的性能和使用寿命。

高保真电池模型

作为第一步，研究人员构建了一个高保真度的电池行为计算机模型，该模型能够精确地模拟电池在其使用寿命期间内部发生的物理和化学变化。其中一些变化在几秒或几分钟内就会发生，而另一些变化则需要数月甚至数年才能完成。

“据我们所知，以前没有任何研究使用过我们创建的这种高保真、多时间尺度的电池模型，”斯坦福能源控制实验室主任奥诺里说。

利用该模型进行的仿真结果表明，通过充分利用组成电池单元之间的差异，可以优化和控制现代电池组。Onori及其同事设想，他们的模型将在未来几年用于指导电池管理系统的开发，这些系统可以轻松部署到现有车辆设计中。

受益的不仅仅是电动汽车。Onori表示，几乎所有“对电池组负荷较大”的应用都可能受益于这些新成果，从而实现更高效的电池管理。例如，一些企业家预计，未来十年内，电动垂直起降无人机（eVTOL）将作为空中出租车运营，并提供其他城市空中交通服务。此外，可充电锂离子电池的其他应用领域也极具潜力，例如通用航空和可再生能源的大规模存储。

“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，我们要尽可能地利用这项变革性技术及其未来的后续技术。”