Новый метод зарядки может продлить срок службы батареи

Многие элементы, из которых состоит литиевая батарея, не одинаковы. Некоторые деградируют и умирают быстрее, чем другие. Новое исследование, проведенное в Стэнфорде, показало, что вся батарея может работать намного дольше, если каждая ячейка получает индивидуальную зарядку.

Исследование опубликовано в журнале IEEE Transactions on Control Systems Technology.

Есть много причин, по которым отдельные элементы в блоке могут стать слабее других. Возможно, есть различия в производстве или материалах. Возможно, некоторые из них более подвержены воздействию источников тепла, чем другие, или расположены в местах, которые сложнее охладить. В любом случае, средний одиночный элемент батареи работает дольше, чем средний аккумуляторный блок, и именно эти слабые элементы уносят с собой весь корабль.

«Если не принять надлежащих мер, неоднородность между элементами может поставить под угрозу долговечность и безопасность аккумуляторной батареи, и вызвать преждевременную неисправность аккумуляторной батареи», - говорит Симона Онори, доцент кафедры энергетики в Стэнфордской школе Дёрра, автор нового исследования.

Быстрая зарядка и разрядка являются стрессом для аккумуляторных элементов, и, хотя они предназначены для того, чтобы выдерживать этот стресс, именно в эти моменты более слабые элементы страдают и быстрее всего изнашиваются. Поэтому команда из Стэнфорда задалась вопросом, может ли стандартная методика зарядки всех элементов батареи с одинаковой скоростью ускорить ее выход из строя.

Ученые разработали компьютерную модель для проверки своей теории в ускоренном временном интервале, в результате чего, по их мнению, был достигнут беспрецедентный уровень детализации моделирования. Они попытались точно представить физическое и химическое состояние батареи, а также изменения, которые происходят в связи с рядом нагрузок на протяжении всего срока ее службы, включая как изменения, которые происходят за секунды, так и другие, которые могут занять некоторое время. месяцев или лет.

«Насколько нам известно, ни в одном из предыдущих исследований не использовалась созданная нами высокоточная модель батареи с несколькими временными масштабами», - говорит Онори.

Используя эту модель, они провели ряд симуляций, сравнивая стандартный подход к зарядке с установленной скоростью с другими подходами, в которых емкость каждой отдельной ячейки служила индикатором того, сколько заряда она может принять. Теория здесь заключалась в том, что только самые сильные клетки должны подвергаться самым высоким нагрузкам; с элементами, которые уже начали рано деградировать - по какой-либо причине - следует обращаться гораздо бережнее, в надежде предотвратить их окончательный упадок.

Команда обнаружила, что, индивидуально устанавливая скорость заряда каждого элемента, они могут свести к минимуму повышение температуры и деградацию элемента до такой степени, что эти батареи могут выдерживать по крайней мере на 20% больше циклов зарядки/разрядки, чем батарея, которая заряжается равномерно - даже при частом использовании.

Ученые заявили, что их модель зарядки можно легко внедрить в существующие конструкции электромобилей или использовать для руководства разработкой систем управления батареями следующего поколения. Они также предполагают, что та же модель может быть применена к циклу разрядки, требуя меньше от более слабых элементов и больше от более сильных, для дальнейшего увеличения срока службы любого аккумуляторного блока, который подвергается высоким стрессовым нагрузкам. Действительно, один из авторов исследования сейчас работает исследователем аккумуляторов в Archer Aviation, разработчике eVTOL.

«Литий-ионные аккумуляторы уже изменили мир во многих отношениях. Важно, чтобы мы получили как можно больше от этой преобразующей технологии и ее будущих преемников», - говорит Онори.

Ранее Курсор писал, что большинство из нас неправильно заряжает ноутбуки: эксперты рассказали об ошибках. Быстрая разрядка батареи ноутбука, чаще всего вызвана именно неправильной эксплуатацией и несоблюдением технических требований.

Наша редакция сообщала, что названы приложения, которые безбожно воруют заряд вашего смартфона.