It geheim fan in lange libbensdoer foar oplaadbere batterijen kin lizze yn in omearming fan ferskil. Nije modellering fan hoe't lithium-ion-sellen yn in pak degradearje lit in manier sjen om it opladen oan te passen oan de kapasiteit fan elke sel, sadat EV-batterijen mear oplaadsyklusen oankinne en storingen foarkomme.

It ûndersyk, publisearre op 5 novimber ynIEEE-transaksjes oer kontrôlesysteemtechnology, lit sjen hoe't it aktyf behearen fan 'e hoemannichte elektryske stroom dy't nei elke sel yn in pakket streamt, ynstee fan it unifoarm leverjen fan lading, slijtage minimalisearje kin. De oanpak lit elke sel effektyf syn bêste - en langste - libben libje.

Neffens Stanford-heechlearaar en senior stúdzjeauteur Simona Onori suggerearje earste simulaasjes dat batterijen dy't mei de nije technology beheard wurde, teminsten 20% mear laad- en ûntlaadsyklusen oankinne kinne, sels mei faak fluch opladen, wat ekstra druk op 'e batterij set.

De measte eardere ynspanningen om de libbensdoer fan batterijen fan elektryske auto's te ferlingjen hawwe har rjochte op it ferbetterjen fan it ûntwerp, de materialen en de fabrikaazje fan yndividuele sellen, basearre op it útgongspunt dat, lykas skeakels yn in keatling, in batterijpakket mar sa goed is as syn swakste sel. De nije stúdzje begjint mei in begryp dat hoewol swakke skeakels ûnûntkomber binne - fanwegen produksje-ûnfolsleinheden en om't guon sellen rapper degradearje as oaren as se bleatsteld wurde oan stress lykas waarmte - se net it heule pakket hoege te degradearjen. De kaai is om laadsnelheden oan te passen oan de unike kapasiteit fan elke sel om falen te foarkommen.

"As it net goed oanpakt wurdt, kinne sel-nei-sel heterogeniteiten de libbensdoer, sûnens en feiligens fan in batterijpakket yn gefaar bringe en in betide storing fan it batterijpakket feroarsaakje," sei Onori, dy't assistint-heechlearaar enerzjywittenskiptechnyk is oan 'e Stanford Doerr School of Sustainability. "Us oanpak makket de enerzjy yn elke sel yn it pakket lyk, wêrtroch alle sellen op in lykwichtige manier nei de definitive doelsteat fan lading komme en de libbensdoer fan it pakket ferbetteret."

Ynspirearre om in batterij fan in miljoen kilometer te bouwen

In part fan 'e oanset foar it nije ûndersyk giet werom nei in oankundiging út 2020 troch Tesla, it elektryske autobedriuw, oer wurk oan in "miljoen-mile-batterij". Dit soe in batterij wêze dy't in auto 1 miljoen milen of mear (mei regelmjittich opladen) fan stroom kin foarsjen foardat it punt berikt wurdt dêr't, lykas de lithium-ion-batterij yn in âlde tillefoan of laptop, de batterij fan 'e elektryske auto te min lading hâldt om funksjoneel te wêzen.

Sa'n batterij soe de typyske garânsje fan autofabrikanten foar batterijen foar elektryske auto's fan acht jier of 160.000 kilometer oertreffe. Hoewol batterijpakketten geregeldwei langer meigeane as har garânsje, koe it fertrouwen fan konsuminten yn elektryske auto's fersterke wurde as djoere ferfangingen fan batterijpakketten noch seldsumer waarden. In batterij dy't nei tûzenen oplaadbeurten noch in lading fêsthâlde kin, koe ek de wei makliker meitsje foar elektrifikaasje fan lange-ôfstânsfrachtweinen, en foar it oannimmen fan saneamde vehicle-to-grid-systemen, wêrby't EV-batterijen duorsume enerzjy opslaan en ferstjoere soene foar it stroomnet.

"Letter waard útlein dat it konsept fan in miljoen-mile-batterij net echt in nije skiekunde wie, mar gewoan in manier om de batterij te betsjinjen troch it net it folsleine laadberik te brûken," sei Onori. Ferlykber ûndersyk hat him rjochte op ienkele lithium-ion-sellen, dy't oer it algemien net sa fluch laadkapasiteit ferlieze as folsleine batterijpakketten.

Nijsgjirrich wiene Onori en twa ûndersikers yn har laboratoarium - postdoktoraal ûndersiker Vahid Azimi en promovendus Anirudh Allam - en besleaten te ûndersykjen hoe't útfynend behear fan besteande batterijtypen de prestaasjes en libbensdoer fan in folslein batterijpakket, dat hûnderten of tûzenen sellen befetsje kin, ferbetterje koe.

In model mei hege kwaliteit batterij

As earste stap hawwe de ûndersikers in heechweardige kompjûtermodel fan batterijgedrach makke dat de fysike en gemyske feroarings dy't plakfine yn in batterij tidens syn operasjonele libbensdoer sekuer werjûn hat. Guon fan dizze feroarings ûntsteane yn in kwestje fan sekonden of minuten - oaren oer moannen of sels jierren.

"Foar safier't wy witte, hat gjin eardere stúdzje it soarte hege-kwaliteit, meardere-tiidskaal batterijmodel brûkt dat wy makke hawwe," sei Onori, dy't direkteur is fan it Stanford Energy Control Lab.

It útfieren fan simulaasjes mei it model suggerearre dat in modern batterijpakket optimalisearre en kontroleare wurde kin troch rekken te hâlden mei ferskillen tusken de ûnderdielen dêrfan. Onori en kollega's sjogge har model foar dat se yn 'e kommende jierren brûkt wurde sille om de ûntwikkeling fan batterijbehearsystemen te begelieden dy't maklik ynset wurde kinne yn besteande auto-ûntwerpen.

It binne net allinich elektryske auto's dy't derfan profitearje kinne. Praktysk elke tapassing dy't "it batterijpakket in soad belastet" koe in goede kandidaat wêze foar better behear, basearre op 'e nije resultaten, sei Onori. Ien foarbyld? Drone-eftige fleantugen mei elektryske fertikale start en lâning, soms eVTOL neamd, dy't guon ûndernimmers ferwachtsje te operearjen as lofttaksy's en oare stedske loftmobiliteitstsjinsten te leverjen yn 'e kommende tsien jier. Dochs lûke oare tapassingen foar oplaadbere lithium-ion-batterijen, ynklusyf algemiene loftfeart en grutskalige opslach fan duorsume enerzjy.

"Lithium-ion-batterijen hawwe de wrâld al op safolle manieren feroare," sei Onori. "It is wichtich dat wy safolle mooglik út dizze transformative technology en har opfolgers helje."