673886040@qq.com
Новый подход к зарядке может продлить срок службы батареи как минимум на 20%
Многие элементы, составляющие литиевый аккумулятор, не все равны; некоторые из них будут деградировать и умирать быстрее, чем другие. Новое исследование из Стэнфорда показало, что вся батарея может жить намного дольше, если каждая клетка получает индивидуальную зарядку.Есть много причин, по которым отдельные клетки в стае могут стать слабее других. Возможно, есть различия в производстве или материалах. Возможно, некоторые из них более подвержены воздействию источников тепла, чем другие, или расположены в местах, которые труднее охладить. В любом случае, средний элемент батареи длится дольше, чем средний аккумуляторный блок, и именно эти слабые элементы уносят с собой весь корабль.
«Если не принять надлежащие меры, межклеточные гетерогенности могут поставить под угрозу долговечность, здоровье и безопасность аккумуляторной батареи и вызвать раннюю неисправность аккумуляторной батареи», — говорит Симона Онори, доцент кафедры энергетической инженерии в Стэнфордской школе устойчивого развития Doerr и автор нового исследования, направленного на то, чтобы литиевые аккумуляторные батареи были полезны дольше.
События быстрой зарядки и разрядки являются стрессовыми для аккумуляторных батарей, и, хотя они предназначены для снятия этого стресса, это моменты, в которых более слабые клетки страдают и ухудшаются быстрее всего. Поэтому команда из Стэнфорда задалась вопросом, может ли стандартная техника зарядки всех элементов батареи с одинаковой скоростью ускорять смерть батареи.
Исследователи кропотливо разработали компьютерную модель для проверки своей теории в течение ускоренного периода времени, что привело к тому, что, по их мнению, является беспрецедентным уровнем детализации моделирования. Они попытались точно представить физическое и химическое состояние батареи, а также изменения, которые происходят в отношении ряда напряжений на протяжении всего срока ее службы, включая оба изменения, которые происходят за считанные секунды, вплоть до других, которые могут занять месяцы или годы.
«Насколько нам известно, ни одно предыдущее исследование не использовало такую высокоточную, многовременную модель батареи, которую мы создали», — говорит Онори.
Используя эту модель, они провели ряд симуляций, сравнивая стандартный подход к зарядке с установленной ставкой с другими подходами, в которых емкость каждой отдельной ячейки служила индикатором того, сколько заряда она может принять. Теория здесь заключалась в том, что только самые сильные клетки должны подвергаться самым высоким нагрузкам; Клетки, которые уже начали деградировать рано - по какой-либо причине - должны рассматриваться гораздо более мягко, в надежде предотвратить их возможный упадок.
Команда обнаружила, что, индивидуально устанавливая скорость заряда каждой ячейки, они могут минимизировать повышение температуры и деградацию ячейки до такой степени, что эти пакеты могут обрабатывать по крайней мере на 20% больше циклов зарядки / разрядки, чем батарея, которая заряжается равномерно - даже при использовании частой быстрой зарядки.
Недостатки здесь довольно очевидны; Если вы быстро заряжаете аккумулятор электромобиля или телефона, вы хотите, чтобы он заряжался как можно быстрее, чтобы вы могли вернуться к тому, что вы делаете, и в такой модели определенное количество ячеек в вашей батарее просто не будет заряжаться так быстро, как обычно. Если вы видите свои батареи как более или менее одноразовые предметы, а ваши автомобили как нечто, что заменяется каждые несколько лет, вы можете видеть, как многим потребителям будет все равно, если они ускоряют смерть своих аккумуляторных батарей. Это чужая проблема.
С другой стороны, это не значит, что вы, как правило, быстро заряжаетесь до 100%, когда вы спешите, и большинство ячеек в большинстве батарей просто в порядке и способны быстро заряжаться. Таким образом, разница в состоянии заряда в конце получаса на нагнетателе может не сильно отличаться в этой модели зарядки, и если батареи можно уговорить на более длительный срок службы, это лучше для всех, особенно учитывая литиевое сжатие, которое, по прогнозам, окажет давление на усилия по декарбонизации в ближайшие десятилетия.
Исследователи говорят, что их модель зарядки может быть легко развернута через существующие конструкции электромобилей или использована для руководства разработкой систем управления батареями следующего поколения. Они также предполагают, что та же модель может быть применена к циклу разряда, требуя меньше от более слабых клеток и больше от более сильных. для дальнейшего увеличения срока службы любого аккумуляторного блока, который подвергается высоким нагрузкам. Действительно, один из авторов исследования в настоящее время работает исследователем батарей в разработчике eVTOL Archer Aviation.
«Литий-ионные батареи уже изменили мир во многих отношениях», — говорит Онори. «Важно, чтобы мы получили как можно больше от этой преобразующей технологии и ее преемников».
Исследование опубликовано в журнале IEEE Transactions on Control Systems Technology.
