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斯坦福大學(xué)研發(fā)模型實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)電池容量 有利于延長電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航
時(shí)間:2020-11-04 11:02來源:蓋世汽車 作者:余秋云
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（圖片來源：斯坦福大學(xué)）
隨著時(shí)間推移，電池會(huì)老化，逐漸失去能量和存儲(chǔ)能力。不過，不同電池之間的老化過程不同，幾乎無法測(cè)量或?yàn)樗袑?dǎo)致電池老化的相互作用機(jī)制進(jìn)行建模。因此，大多數(shù)用于管理充電水平、估計(jì)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的系統(tǒng)都會(huì)對(duì)電池內(nèi)部工作情況的變化視而不見。
此類系統(tǒng)的運(yùn)作方式就像醫(yī)生在不了解病人心肺狀況、不了解病人生活環(huán)境、生活方式、壓力對(duì)其造成破壞的特殊方式，就給出治療處方。如果大家有用過筆記本電腦或手機(jī)，就會(huì)知道，隨著時(shí)間的推移，對(duì)電池剩余壽命的估計(jì)往往會(huì)與實(shí)際情況相去甚遠(yuǎn)。
不過，據(jù)外媒報(bào)道，美國斯坦福大學(xué)（Stanford University）的科學(xué)家們研發(fā)了一個(gè)模型，可實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)可充電電池的真實(shí)狀況。該種新算法將傳感器數(shù)據(jù)與鋰離子電池物理降解過程的計(jì)算機(jī)建模相結(jié)合，以預(yù)測(cè)電池的剩余存儲(chǔ)容量和充電水平。
此種新方法有助于實(shí)現(xiàn)尺寸更小的電池組以及讓電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)更長的續(xù)航里程。現(xiàn)在，汽車制造商都增加了額外的電池制造成本和材料，如一些稀缺或有毒的材料，以提升電池的儲(chǔ)能，應(yīng)對(duì)未知的電池衰退情況。
據(jù)研究人員所說，從實(shí)驗(yàn)中收集來的數(shù)據(jù)可以看到，該模型的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性非常高，可以到電池實(shí)際壽命的2%以內(nèi)，也可以讓舊電動(dòng)汽車電池能夠更容易、更便宜地用于電網(wǎng)存儲(chǔ)能量。
每個(gè)電池都有陰極和陽極兩個(gè)電極，中間夾著通常是液體的電解質(zhì)。在可充電鋰離子電池中，鋰離子在充放電過程中會(huì)在電極之間來回穿梭。一輛電動(dòng)汽車會(huì)使用成百上千個(gè)這樣的電池芯，組裝成一個(gè)大電池組，通常占整個(gè)汽車成本的30%左右。傳統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)通常依賴于假設(shè)每個(gè)電極中鋰含量不會(huì)變化的模型，不過，在現(xiàn)實(shí)中，隨著電池退化，鋰會(huì)因?yàn)楦狈磻?yīng)而流失。因此，此類假設(shè)都來自不準(zhǔn)確的模型。
研究人員在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，不斷更新了鋰濃度的估計(jì)值，并為每個(gè)電極設(shè)計(jì)了專用算法，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)根據(jù)傳感器測(cè)量值進(jìn)行調(diào)整。之后，研究人員用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)硬件在現(xiàn)實(shí)場景中驗(yàn)證了算法。
該模型的數(shù)據(jù)來自電池管理系統(tǒng)的傳感器，而此類傳感器正在目前上路的電動(dòng)汽車上運(yùn)行。研究人員表示：“我們的算法可以集成至當(dāng)前的技術(shù)中，以更智能的方式運(yùn)行。從理論上講，許多已經(jīng)上路的汽車都可以在電控單元上安裝此種算法，而且費(fèi)用很低，更有可能讓汽車制造商將此種算法應(yīng)用到尚未投產(chǎn)的汽車上。”
該團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)主要關(guān)注于電動(dòng)汽車中常用的一種鋰離子電池（鋰鎳錳鈷氧化物電池），以估計(jì)電池內(nèi)部的關(guān)鍵變量，如鋰濃度和電池容量。不過，該框架可通用，應(yīng)該也適用于其他種類的鋰離子電池，并能夠考慮到電池退化的其他機(jī)制。
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