Ang sikreto sa mahabang buhay para sa mga rechargeable na baterya ay maaaring nasa isang yakap ng pagkakaiba.Ang bagong pagmomodelo kung paano nagpapababa ang mga lithium-ion na cell sa isang pack ay nagpapakita ng paraan upang maiangkop ang pag-charge sa kapasidad ng bawat cell upang ang mga baterya ng EV ay makayanan ang higit pang mga siklo ng pag-charge at maiwasan ang pagkabigo.

Ang pananaliksik, na inilathala noong Nobyembre 5 saMga Transaksyon ng IEEE sa Control Systems Technology, ay nagpapakita kung gaano ang aktibong pamamahala sa dami ng de-koryenteng kasalukuyang dumadaloy sa bawat cell sa isang pack, sa halip na pantay-pantay na paghahatid ng singil, ay maaaring mabawasan ang pagkasira.Ang diskarte ay epektibong nagbibigay-daan sa bawat cell na mabuhay ng pinakamahusay - at pinakamahabang - buhay.

Ayon sa propesor ng Stanford at may-akda ng senior study na si Simona Onori, ang mga paunang simulation ay nagmumungkahi na ang mga baterya na pinamamahalaan gamit ang bagong teknolohiya ay maaaring humawak ng hindi bababa sa 20% na higit pang mga siklo ng pag-charge-discharge, kahit na may madalas na mabilis na pag-charge, na naglalagay ng dagdag na strain sa baterya.

Karamihan sa mga nakaraang pagsisikap na pahabain ang buhay ng baterya ng electric car ay nakatuon sa pagpapabuti ng disenyo, materyales, at pagmamanupaktura ng mga solong cell, batay sa saligan na, tulad ng mga link sa isang chain, ang isang battery pack ay kasing ganda lamang ng pinakamahina nitong cell.Nagsisimula ang bagong pag-aaral sa isang pag-unawa na habang hindi maiiwasan ang mahihinang mga link – dahil sa mga di-kasakdalan sa paggawa at dahil mas mabilis na bumababa ang ilang mga cell kaysa sa iba dahil nalantad sila sa mga stress tulad ng init – hindi nila kailangang ibagsak ang buong pack.Ang susi ay upang maiangkop ang mga rate ng pagsingil sa natatanging kapasidad ng bawat cell upang maiwasan ang pagkabigo.

"Kung hindi maayos na matugunan, ang mga cell-to-cell heterogeneities ay maaaring makompromiso ang kahabaan ng buhay, kalusugan, at kaligtasan ng isang baterya pack at mag-udyok ng isang maagang pag-andar ng baterya pack," sabi ni Onori, na isang assistant professor ng energy science engineering sa Stanford Doerr School of Sustainability."Pinapantay-pantay ng aming diskarte ang enerhiya sa bawat cell sa pack, na dinadala ang lahat ng mga cell sa huling naka-target na estado ng pagsingil sa balanseng paraan at pinapabuti ang mahabang buhay ng pack."

May inspirasyon na bumuo ng isang milyong milya na baterya

Bahagi ng impetus para sa bagong pananaliksik ay nagbabalik sa isang 2020 na anunsyo ng Tesla, ang kumpanya ng electric car, ng trabaho sa isang "milyong milya na baterya."Ito ay isang baterya na may kakayahang paganahin ang isang kotse sa loob ng 1 milyong milya o higit pa (na may regular na pagcha-charge) bago maabot ang punto kung saan, tulad ng lithium-ion na baterya sa isang lumang telepono o laptop, ang baterya ng EV ay may masyadong maliit na singil upang gumana. .

Ang nasabing baterya ay lalampas sa karaniwang warranty ng mga automaker para sa mga baterya ng de-kuryenteng sasakyan na walong taon o 100,000 milya.Bagama't ang mga battery pack ay regular na lumalampas sa kanilang warranty, ang kumpiyansa ng consumer sa mga de-koryenteng sasakyan ay maaaring mapalakas kung ang mga mamahaling pamalit na baterya ay nagiging mas bihira pa rin.Ang isang baterya na maaari pa ring mag-charge pagkatapos ng libu-libong mga recharge ay maaari ding magpagaan ng paraan para sa elektripikasyon ng mga long-haul na trak, at para sa pagpapatibay ng mga tinatawag na vehicle-to-grid system, kung saan ang mga EV na baterya ay mag-iimbak at magpapadala ng renewable energy para sa ang power grid.

"Ito ay ipinaliwanag sa ibang pagkakataon na ang milyon-milya na konsepto ng baterya ay hindi talaga isang bagong kimika, ngunit isang paraan lamang upang patakbuhin ang baterya sa pamamagitan ng hindi paggamit nito ng buong saklaw ng singil," sabi ni Onori.Ang kaugnay na pananaliksik ay nakasentro sa iisang lithium-ion na mga cell, na sa pangkalahatan ay hindi nawawala ang kapasidad ng pag-charge nang kasing bilis ng mga full battery pack.

Naintriga, nagpasya si Onori at dalawang mananaliksik sa kanyang lab - postdoctoral scholar na si Vahid Azimi at PhD student na si Anirudh Allam - na siyasatin kung paano mapapabuti ng mapag-imbentong pamamahala ng mga kasalukuyang uri ng baterya ang pagganap at buhay ng serbisyo ng isang buong battery pack, na maaaring naglalaman ng daan-daan o libu-libong mga cell .

Isang high-fidelity na modelo ng baterya

Bilang unang hakbang, gumawa ang mga mananaliksik ng isang high-fidelity na modelo ng computer ng pag-uugali ng baterya na tumpak na kumakatawan sa mga pisikal at kemikal na pagbabago na nagaganap sa loob ng isang baterya sa panahon ng pagpapatakbo nito.Ang ilan sa mga pagbabagong ito ay lumaganap sa loob ng ilang segundo o minuto – ang iba sa loob ng mga buwan o kahit na taon.

"Sa abot ng aming kaalaman, walang nakaraang pag-aaral ang gumamit ng uri ng high-fidelity, multi-timescale na modelo ng baterya na ginawa namin," sabi ni Onori, na direktor ng Stanford Energy Control Lab.

Ang pagpapatakbo ng mga simulation gamit ang modelo ay nagmungkahi na ang isang modernong battery pack ay maaaring i-optimize at kontrolin sa pamamagitan ng pagtanggap ng mga pagkakaiba sa mga bumubuo nitong cell.Naiisip ni Onori at ng mga kasamahan ang kanilang modelo na ginagamit upang gabayan ang pagbuo ng mga sistema ng pamamahala ng baterya sa mga darating na taon na madaling i-deploy sa mga kasalukuyang disenyo ng sasakyan.

Hindi lang mga de-kuryenteng sasakyan ang makikinabang.Halos anumang application na "sobrang nakaka-stress sa battery pack" ay maaaring maging isang magandang kandidato para sa mas mahusay na pamamahala na alam ng mga bagong resulta, sabi ni Onori.Isang halimbawa?Ang tulad ng drone na sasakyang panghimpapawid na may electric vertical takeoff at landing, kung minsan ay tinatawag na eVTOL, na inaasahan ng ilang negosyante na paandarin bilang mga air taxi at magbibigay ng iba pang serbisyo sa air mobility sa lungsod sa susunod na dekada.Gayunpaman, ang iba pang mga aplikasyon para sa mga rechargeable na baterya ng lithium-ion ay umaasa, kabilang ang pangkalahatang paglipad at malakihang pag-iimbak ng nababagong enerhiya.

"Nabago na ng mga baterya ng lithium-ion ang mundo sa napakaraming paraan," sabi ni Onori."Mahalagang makuha natin ang abot ng ating makakaya mula sa pagbabagong teknolohiyang ito at sa darating na mga kahalili nito."