鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:174次 | 2024年08月05日
科學(xué)家可發(fā)出預(yù)測(cè)鋰電池老化程度的方案
電池會(huì)隨著時(shí)間而老化,逐漸失去動(dòng)力和存儲(chǔ)能力。就像人類一樣,不同電池之間的老化過(guò)程是不同的,幾乎不可能測(cè)量或模擬所有導(dǎo)致老化的相互作用機(jī)制。因此,大多數(shù)用于管理充電水平和估計(jì)電動(dòng)汽車行駛里程的系統(tǒng),幾乎對(duì)電池內(nèi)部工作方式的變化視而不見(jiàn)。
相反,它們的運(yùn)作更像是醫(yī)生在不了解病人心肺狀況的情況下開(kāi)出治療處方,也不知道環(huán)境、生活方式、壓力和運(yùn)氣對(duì)他們?cè)斐傻钠茐幕蛐颐獾奶厥夥绞健H绻阌霉P記本電腦或手機(jī)已經(jīng)足夠多年了,你可能已經(jīng)能預(yù)測(cè)結(jié)果了,隨著時(shí)間的推移,對(duì)剩余電池壽命的估計(jì)往往會(huì)與實(shí)際情況相去甚遠(yuǎn)。
現(xiàn)在,斯坦福大學(xué)科學(xué)家開(kāi)發(fā)的一個(gè)模型提供了一種實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)可充電電池真實(shí)狀況的方法。新的算法將傳感器數(shù)據(jù)與降解鋰離子電池的物理過(guò)程的計(jì)算機(jī)建模相結(jié)合,以預(yù)測(cè)電池的剩余存儲(chǔ)容量和充電水平。
斯坦福大學(xué)地球、能源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院(StanfordEarth)能源資源工程助理教授SimonaOnori說(shuō):“我們利用了以前從未用于估算的電化學(xué)參數(shù)?!边@項(xiàng)研究發(fā)表在9月11日的IEEE控制系統(tǒng)技術(shù)學(xué)報(bào)上。
這種新方法有助于為更小的電池組和更大的行駛里程鋪平道路。如今,汽車制造商增加了閑置產(chǎn)能,以應(yīng)對(duì)數(shù)量未知的衰退,這增加了額外的成本和材料,包括一些稀缺或有毒的材料。更好地估計(jì)電池的實(shí)際容量將使緩沖區(qū)更小。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
Onori解釋說(shuō):“就我們的模型而言,謹(jǐn)慎使用電池系統(tǒng)仍然很重要?!薄暗绻銓?duì)電池在整個(gè)生命周期中可以儲(chǔ)存多少能量有了更多的確定性,那么你就可以使用更多的電量。”我們的系統(tǒng)能顯示出電池的邊緣,所以電池可以更精確地工作?!?/p>
該論文指出,該模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性——從實(shí)驗(yàn)中收集到的實(shí)際電池壽命的2%以內(nèi)——也可以使舊電動(dòng)汽車電池為電網(wǎng)儲(chǔ)存能量變得更容易、更便宜。Onori說(shuō):“就像現(xiàn)在一樣,從電動(dòng)汽車上退役的電池在質(zhì)量和性能上會(huì)有很大差異?!薄澳壳斑€沒(méi)有可靠和有效的方法來(lái)對(duì)它們進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、測(cè)試或認(rèn)證,以使它們與為固定存儲(chǔ)而定制的新電池具有競(jìng)爭(zhēng)力?!?/p>
每個(gè)電池都有兩個(gè)電極——陰極和陽(yáng)極——中間夾著電解液,通常是液體。在可充電鋰離子電池中,鋰離子在充電和放電時(shí)在電極之間來(lái)回穿梭。一輛電動(dòng)汽車可以使用成百上千個(gè)這樣的小電池,組裝成一個(gè)大電池組,通常占整個(gè)汽車成本的30%左右。
該研究的主要作者、能源工程專業(yè)博士生阿尼魯?shù)隆ぐ⒗?AnirudhAllam)說(shuō),傳統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)通常依賴于假設(shè)每個(gè)電極中的鋰含量不會(huì)變化的模型?!叭欢?,在現(xiàn)實(shí)中,隨著電池退化,鋰會(huì)因?yàn)楦狈磻?yīng)而流失,”他說(shuō),“所以這些假設(shè)導(dǎo)致了不準(zhǔn)確的模型。”
Onori和Allam在設(shè)計(jì)他們的系統(tǒng)時(shí),不斷更新了鋰濃度估計(jì)值,并為每個(gè)電極設(shè)計(jì)了專用算法,在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)根據(jù)傳感器測(cè)量值進(jìn)行調(diào)整。他們用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)硬件在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中驗(yàn)證了他們的算法。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
該模型的數(shù)據(jù)來(lái)自于電池管理系統(tǒng)中的傳感器,這些傳感器在目前行駛的電動(dòng)汽車上運(yùn)行。Onori說(shuō):“我們的算法可以集成到當(dāng)前的技術(shù)中,讓它們以更智能的方式運(yùn)行?!彼f(shuō),從理論上講,許多已經(jīng)上路的汽車都可以在它們的電子控制單元上安裝這種算法,但這種升級(jí)的費(fèi)用讓汽車制造商更有可能把這種算法應(yīng)用到尚未投產(chǎn)的汽車上。
該團(tuán)隊(duì)將他們的實(shí)驗(yàn)集中在電動(dòng)汽車中常用的一種鋰離子電池(鋰鎳錳鈷氧化物)上,以估計(jì)關(guān)鍵的內(nèi)部變量,如鋰濃度和電池容量。但這個(gè)框架足夠普遍,它應(yīng)該適用于其他種類的鋰離子電池,并考慮到電池退化的其他機(jī)制。
“我們展示了我們的算法不僅僅是一個(gè)可以在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的漂亮的理論工作,”她說(shuō)。“相反,這是一種實(shí)用的、可實(shí)施的算法,如果未來(lái)能被采用并應(yīng)用于汽車上,就能產(chǎn)生更持久的電池、更可靠的汽車和更小的電池組?!?/p>