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预测锂离子电池的缓慢结束时间

电池随着年龄的增长而褪色,从而逐渐失去电量和存储容量。就像在人中一样,衰老在一个电池和另一个电池中的表现方式有所不同,几乎无法测量或建模所有导致衰落的相互作用机制。结果,大多数用于明智地管理充电水平和估计电动汽车行驶距离的系统几乎看不到电池内部工作的变化。

取而代之的是,它们更像是医生在开处方,不知道患者的心脏和肺部状况,以及环境,生活方式,压力和运气破坏或幸免的特殊方式。如果您将笔记本电脑或手机存放了足够多年,您可能已经亲眼目睹了这一点:随着时间的推移,剩余电池寿命的估计往往与实际情况相去甚远。

现在,由斯坦福大学的科学家开发的模型提供了一种实时预测可充电电池真实状况的方法。新算法将传感器数据与物理过程的计算机建模相结合,使锂离子电池单元退化,从而预测电池的剩余存储容量和电荷水平。

斯坦福大学地球,能源与环境科学学院(斯坦福大学地球学院)能源资源工程学助理教授西蒙娜·奥诺里说:“我们已经利用了以前从未用于估计目的的电化学参数。” 这项研究于9月11日发表在《IEEE控制系统技术期刊》上。

新方法可能有助于为电动汽车中较小的电池组和更大的行驶里程铺平道路。如今,汽车制造商正在增加备用容量,以防出现一些未知数量的褪色,这会增加额外的成本和材料,包括一些稀有或有毒的材料。更好地估计电池的实际容量将使缓冲区更小。

Onori解释说:“对于我们的模型,谨慎使用电池系统仍然很重要。” “但是,如果您对电池在整个生命周期中可以容纳多少能量有更多的把握,那么您就可以使用更多的电量。我们的系统可以揭示电池边缘的位置,因此可以更精确地操作电池。”

根据该论文,该模型中预测的准确性(根据实验得出的实际电池寿命的2%以内)还可以使将旧的电动汽车电池投入电网存储工作变得更加容易和便宜。Onori说:“从现在开始,从电动汽车中淘汰的电池的质量和性能将有很大差异。” “没有一种可靠,有效的方法来对其进行标准化,测试或认证,从而使其与为固定存储定制的新电池相比更具竞争力。”

放弃旧的假设

每个电池都有两个电极(阴极和阳极),将电解质(通常是液体)夹在中间。在可再充电锂离子电池中,锂离子在充电和放电期间在电极之间来回穿梭。电动汽车可以使用成百上千个这种小型电池组,组装成一个大型电池组,通常占车辆总成本的30%左右。

首席研究作者Anirudh Allam博士说,传统的电池管理系统通常依赖于假设每个电极中锂含量从未改变的模型。能源工程专业的学生。他说:“实际上,随着电池的退化,锂会失去副反应,因此这些假设导致模型不正确。”

Onori和Allam设计的系统具有不断更新的锂浓度估算值和用于每个电极的专用算法,该算法根据传感器的测量值在系统运行时进行调整。他们使用标准的行业硬件在现实情况下验证了他们的算法。

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