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

IT之家 9 月 10 日消息，少数电芯老化，就可能让整个电动汽车电池包提前退役。中国科学院大连化学物理研究所陈忠伟教授与瑞典查尔姆斯理工大学邹长福教授带领团队，分析了 跨度超过 3 年的车辆运行数据 ，得出了这一发现。 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》 。