- 新电动车电池设计可延长寿命超过 20%。
- 该架构允许电流绕过老化的电池单元，改善电池性能。
- 研究显示延长寿命可抵消额外成本，基于计算机模拟。
- 该技术尚未在大规模生产中实现，需进一步测试。
瑞典的研究人员表示，一种新的电动车电池设计能够通过允许电流绕过老化的电池单元来延长电池寿命，预计可提升超过 20%。该架构使用电子开关和控制系统来改变电池单元在运行过程中的连接方式。查尔默斯理工大学的研究人员发现，这种方法能显著改善高电压车辆的电池寿命，包括电动卡车和长途乘用车。在一个模拟示例中，涉及一个 80 千瓦时的电池，该系统将电池更换的时间延迟了约 14 个月。
研究人员还发现，延长的使用寿命和较高的残值可以抵消电子设备的额外成本。这些发现基于计算机模拟，而非在生产车辆中的长期测试。研究人员表示，最大的寿命改善代表了在最佳条件下的理论上限。
新架构的运作原理
传统电动车电池包含许多相互连接的单元，随着时间推移，它们的容量逐渐减少。由于单元的退化速率不同，一个受损的单元可能会限制整个电池包的可用容量。所提出的架构通过允许开关断开较弱的单元，同时保持健康的单元运作，来解决这一限制。电池管理系统不再依赖固定的电气连接，而是可以根据单元的状况变化调整其连接方式。“在我们的研究中，这一解决方案使得电池可以绕过造成问题的单元，继续运行。”
该研究的第一作者、查尔默斯的博士生阿尔伯特·斯克格罗表示。
研究人员使用经过实验验证的电池模型和大规模模拟来检查不同的单元化学、电池包配置、运行条件和老化模式。每个情境包含 1,000 次蒙特卡洛模拟，以考虑单元之间的变异。他们的分析还考虑了来自 15 家制造商的 20 款代表性电动车模型。潜在的寿命改善通常随着电池电压的增加而增加，这使得该方法对于许多单元串联的车辆特别有前景。然而，最大的收益需要对每个单元进行单独控制。
商业设计更可能对成组的单元进行控制，以降低硬件复杂性和成本。
经济合理性分析
研究人员还检查了额外的电子设备是否具有经济合理性。在一个情境中，他们模拟了一个每年行驶 7,456 英里的 80 千瓦时电池。传统电池在 10 年后达到其假定的更换点，而可重新配置的设计将该期限延长了约 14 个月。分析确定了对于容量超过约 50 千瓦时、年行驶距离低于 7,550 英里以及额外前期成本低于 7.16% 的电池包的有利经济条件。该技术还可以减少在制造过程中对电池单元的精确匹配需求，因为该电池包能更好地适应单元性能的差异。
研究人员表示，该方法可能允许更多报废的电动车电池被重新用于静态储能。
该技术已进行了研究和工业原型测试，但尚未在大规模生产的车辆中推出。长期的车辆测试仍然需要确定模拟的寿命和成本效益是否能在实践中实现。这项研究与斯堪尼亚和 PHINIA 等行业合作伙伴共同进行，并发表在《自然通讯》上。
这项技术对电动车市场的影响
新电动车电池设计的潜力不仅在于延长电池寿命，还能改善整体性能，这对电动车市场的发展至关重要。随着电动车需求的增加，提升电池寿命和性能可以减少更换频率，降低用户成本。研究显示，这种设计能有效应对传统电池的退化问题，并可能促进报废电池的再利用，对环保和资源回收有正面影响。然而，技术尚需进一步测试以确保其在实际应用中的可行性和经济性。