新研究：少数电芯老化或致整个电动汽车电池包提前退役，最高浪费近三成潜在能量
据外媒 Interesting Engineering 今天（10 日）晚间报道，研究涵盖搭载三元锂电池的乘用车和搭载磷酸铁锂电池的公交车，部分车辆累计行驶达 30 万公里。团队建立了面向车队规模的分析框架，量化电芯差异对电池包性能、使用寿命及能量利用率的影响。
电池包内的电芯需要作为一个整体协同工作。但材料、制造工艺、配组方式、温度和使用条件各不相同，电芯的衰减速度也可能出现差异。
由此产生的“最弱电芯”效应，会限制整个电池包的表现：充电时，容量较小的电芯可能率先达到电压上限；放电或大功率运行时，内阻较大的电芯可能先触及安全限值。
老化最快的电芯一旦达到退役标准，整个电池包就可能退出使用，即使其他电芯仍有可用容量。此前的研究主要依赖实验室测试，此次研究则关注车辆实际运行中，电芯不一致性带来的长期影响。
团队利用车辆的电压、电流、温度及荷电状态数据，结合电池模型辨识和神经网络，估算电芯在标准化条件下的容量与内阻变化，从而减小季节、荷电状态和运行条件差异的干扰，让不同电芯的老化过程具有可比性。
乘用车行驶里程较低时，电芯之间的健康状态差异并不大。超过 17 万公里后，部分电芯开始更快老化，电芯之间的差距明显拉大。不过，加速衰减的程度因车辆而异。
按照统一退役标准，电芯不一致性使乘用车电池包的可用健康度降低 6.2%，公交车降低 7.5%。与包内电芯的平均寿命相比，乘用车电池包寿命缩短 17.7%，公交车缩短 22.8%。
电芯内阻不一致还限制了功率输出，乘用车和公交车电池包的输出能力分别下降 12.9% 和 15.1%。相比之下，在研究所涉及的均衡策略下，荷电状态不均衡造成的可用充电容量损失通常不到 2%。
从整个使用寿命来看，乘用车电池包的能量利用率仅为 80.7%，公交车为 72.9%。这意味着，最弱电芯导致整包退役时，两类电池包分别还有约 19.3% 和 27.1% 的潜在能量未被利用。
陈忠伟解释说：“电动汽车电池包能发挥多大性能、使用多久，并不只取决于电芯的平均老化程度。少数老化更快的电芯，也可能对整个电池包形成很大制约。我们量化了车辆实际运行中的最弱电芯效应，为提高电池利用率、改善寿命管理和优化整个电池系统提供了依据。”
研究团队指出，提高制造一致性，改善电芯配组、均衡控制和热管理，并采用可重构电池系统，有望减轻这种效应。
据IT之家了解，相关成果已发表于《自然 · 能源》。