瑞典研究顯示新電動車電池設計可延長壽命超過 20%

瑞典的研究人員表示，一種新的電動車電池設計能夠通過允許電流繞過老化的電池單元來延長電池壽命，預計可提升超過 20%。該架構使用電子開關和控制系統來改變電池單元在運行過程中的連接方式。查爾默斯科技大學的研究人員發現，這種方法能顯著改善高電壓車輛的電池壽命，包括電動卡車和長途乘用車。在一個模擬示例中，涉及一個 80 千瓦時的電池，該系統將電池更換的時間延遲了約 14 個月。

研究人員還發現，延長的使用壽命和較高的殘值可以抵消電子設備的額外成本。這些發現基於計算機模擬，而非在生產車輛中的長期測試。研究人員表示，最大的壽命改善代表了在最佳條件下的理論上限。

新架構的運作原理

傳統電動車電池包含許多互相連接的單元，隨著時間推移，它們的容量逐漸減少。由於單元的退化速率不同，一個受損的單元可能會限制整個電池包的可用容量。所提出的架構通過允許開關斷開較弱的單元，同時保持健康的單元運作，來解決這一限制。電池管理系統不再依賴固定的電氣連接，而是可以根據單元的狀況變化調整其連接方式。「在我們的研究中，這一解決方案使得電池可以繞過造成問題的單元，繼續運行。」

該研究的第一作者、查爾默斯的博士生阿爾伯特·斯克格羅表示。

研究人員使用經過實驗驗證的電池模型和大規模模擬來檢查不同的單元化學、電池包配置、運行條件和老化模式。每個情境包含 1,000 次蒙特卡羅模擬，以考慮單元之間的變異。他們的分析還考慮了來自 15 家製造商的 20 款代表性電動車模型。潛在的壽命改善通常隨著電池電壓的增加而增加，這使得該方法對於許多單元串聯的車輛特別有前景。然而，最大的收益需要對每個單元進行單獨控制。

商業設計更可能對成組的單元進行控制，以降低硬體複雜性和成本。

經濟合理性分析

研究人員還檢查了額外的電子設備是否具有經濟合理性。在一個情境中，他們模擬了一個每年行駛 7,456 英里的 80 千瓦時電池。傳統電池在 10 年後達到其假定的更換點，而可重新配置的設計將該期限延長了約 14 個月。分析確定了對於容量超過約 50 千瓦時、年行駛距離低於 7,550 英里以及額外前期成本低於 7.16% 的電池包的有利經濟條件。該技術還可以減少在製造過程中對電池單元的精確匹配需求，因為該電池包能更好地適應單元性能的差異。

研究人員表示，該方法可能允許更多報廢的電動車電池被重新用於靜態儲能。

該技術已進行了研究和工業原型測試，但尚未在大規模生產的車輛中推出。長期的車輛測試仍然需要確定模擬的壽命和成本效益是否能在實踐中實現。這項研究與斯堪尼亞和 PHINIA 等行業合作夥伴共同進行，並發表在《自然通訊》上。

這項技術對電動車市場的影響

新電動車電池設計的潛力不僅在於延長電池壽命，還能改善整體性能，這對電動車市場的發展至關重要。隨著電動車需求的增加，提升電池壽命和性能可以減少更換頻率，降低用戶成本。研究顯示，這種設計能有效應對傳統電池的退化問題，並可能促進報廢電池的再利用，對環保和資源回收有正面影響。然而，技術尚需進一步測試以確保其在實際應用中的可行性和經濟性。