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。

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:“我們利用了以前從未用于估算的電化學(xué)參數(shù)。”這項(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。

Onori解釋說:“就我們的模型而言，謹(jǐn)慎使用電池系統(tǒng)仍然很重要。”“但如果你對(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。”

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:“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。”“目前還沒有可靠和有效的方法來對(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)爭力。”

每個(gè)電池都有兩個(gè)電極——陰極和陽極——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，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。“然而，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，“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。

該模型的數(shù)據(jù)來自于電池管理系統(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:“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。”她說，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。“相反，這是一種實(shí)用的、可實(shí)施的算法，如果未來能被采用并應(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。”