Gall y gyfrinach i oes hir batris y gellir eu hailwefru fod mewn cofleidiad o wahaniaeth.Mae modelu newydd o sut mae celloedd lithiwm-ion mewn pecyn yn diraddio yn dangos ffordd o deilwra codi tâl i gapasiti pob cell fel y gall batris EV drin mwy o gylchoedd gwefru ac atal methiant.

Mae'r ymchwil, a gyhoeddwyd Tachwedd 5 ynTrafodion IEEE ar Dechnoleg Systemau Rheoli, yn dangos sut y gall rheoli faint o gerrynt trydanol sy'n llifo i bob cell mewn pecyn, yn hytrach na chyflwyno gwefr yn unffurf, leihau traul.Mae'r dull hwn i bob pwrpas yn caniatáu i bob cell fyw ei bywyd gorau - a hiraf.

Yn ôl athro Stanford ac uwch awdur astudiaeth Simona Onori, mae efelychiadau cychwynnol yn awgrymu y gallai batris a reolir gyda’r dechnoleg newydd drin o leiaf 20% yn fwy o gylchoedd gwefru-rhyddhau, hyd yn oed gyda gwefr gyflym aml, sy’n rhoi straen ychwanegol ar y batri.

Mae'r rhan fwyaf o ymdrechion blaenorol i ymestyn bywyd batri ceir trydan wedi canolbwyntio ar wella dyluniad, deunyddiau a gweithgynhyrchu celloedd sengl, yn seiliedig ar y rhagosodiad, fel cysylltiadau mewn cadwyn, bod pecyn batri ond cystal â'i gell wannaf.Mae'r astudiaeth newydd yn dechrau gyda dealltwriaeth, er bod cysylltiadau gwan yn anochel - oherwydd amherffeithrwydd gweithgynhyrchu ac oherwydd bod rhai celloedd yn diraddio'n gyflymach nag eraill wrth iddynt ddod i gysylltiad â straen fel gwres - nid oes angen iddynt leihau'r pecyn cyfan.Yr allwedd yw teilwra cyfraddau codi tâl i allu unigryw pob cell i atal methiant.

“Os na chaiff ei drin yn iawn, gall heterogeneddau cell-i-gell beryglu hirhoedledd, iechyd a diogelwch pecyn batri a chymell camweithio pecyn batri cynnar,” meddai Onori, sy'n athro cynorthwyol peirianneg gwyddoniaeth ynni yn y Stanford Doerr Ysgol Cynaladwyedd.“Mae ein hymagwedd yn cydraddoli’r egni ym mhob cell yn y pecyn, gan ddod â phob cell i’r cyflwr gwefru terfynol wedi’i dargedu mewn modd cytbwys a gwella hirhoedledd y pecyn.”

Wedi'i ysbrydoli i adeiladu batri miliwn o filltiroedd

Mae rhan o’r ysgogiad ar gyfer yr ymchwil newydd yn olrhain yn ôl i gyhoeddiad 2020 gan Tesla, y cwmni ceir trydan, o waith ar “fatri miliwn o filltiroedd.”Byddai hwn yn fatri sy'n gallu pweru car am 1 miliwn o filltiroedd neu fwy (gyda gwefr reolaidd) cyn cyrraedd y pwynt lle, fel y batri lithiwm-ion mewn hen ffôn neu liniadur, mae batri'r EV yn dal rhy ychydig o dâl i fod yn ymarferol. .

Byddai batri o'r fath yn fwy na gwarant nodweddiadol gwneuthurwyr ceir ar gyfer batris cerbydau trydan o wyth mlynedd neu 100,000 o filltiroedd.Er bod pecynnau batri yn mynd y tu hwnt i'w gwarant fel mater o drefn, gallai hyder defnyddwyr mewn cerbydau trydan gael ei gryfhau pe bai pecynnau batri drud yn dod yn brinnach fyth.Gallai batri a all ddal tâl ar ôl miloedd o ailwefru hefyd leddfu'r ffordd ar gyfer trydaneiddio tryciau pellter hir, ac ar gyfer mabwysiadu systemau cerbyd-i-grid fel y'u gelwir, lle byddai batris EV yn storio ac yn anfon ynni adnewyddadwy ar gyfer y grid pŵer.

“Esboniwyd yn ddiweddarach nad oedd y cysyniad batri miliwn o filltiroedd yn gemeg newydd mewn gwirionedd, ond dim ond ffordd i weithredu’r batri trwy beidio â gwneud iddo ddefnyddio’r ystod gwefr lawn,” meddai Onori.Mae ymchwil gysylltiedig wedi canolbwyntio ar gelloedd lithiwm-ion sengl, nad ydynt yn gyffredinol yn colli gallu gwefru mor gyflym ag y mae pecynnau batri llawn yn ei wneud.

Yn chwilfrydig, penderfynodd Onori a dau ymchwilydd yn ei labordy - yr ysgolhaig ôl-ddoethurol Vahid Azimi a myfyriwr PhD Anirudh Allam - ymchwilio i sut y gallai rheolaeth ddyfeisgar o fathau presennol o batris wella perfformiad a bywyd gwasanaeth pecyn batri llawn, a allai gynnwys cannoedd neu filoedd o gelloedd. .

Model batri ffyddlondeb uchel

Fel cam cyntaf, creodd yr ymchwilwyr fodel cyfrifiadurol ffyddlondeb uchel o ymddygiad batri a oedd yn cynrychioli'n gywir y newidiadau ffisegol a chemegol sy'n digwydd y tu mewn i fatri yn ystod ei oes weithredol.Mae rhai o'r newidiadau hyn yn datblygu mewn ychydig eiliadau neu funudau - eraill dros fisoedd neu hyd yn oed flynyddoedd.

“Hyd y gwyddom, nid oes unrhyw astudiaeth flaenorol wedi defnyddio’r math o fodel batri aml-amser, ffyddlondeb uchel a grëwyd gennym,” meddai Onori, sy’n gyfarwyddwr Labordy Rheoli Ynni Stanford.

Roedd rhedeg efelychiadau gyda'r model yn awgrymu y gellir optimeiddio a rheoli pecyn batri modern trwy gofleidio gwahaniaethau ymhlith ei gelloedd cyfansoddol.Mae Onori a chydweithwyr yn rhagweld y bydd eu model yn cael ei ddefnyddio i arwain datblygiad systemau rheoli batri yn y blynyddoedd i ddod y gellir eu defnyddio'n hawdd mewn dyluniadau cerbydau presennol.

Nid cerbydau trydan yn unig a fydd yn elwa.Gallai bron unrhyw raglen sy'n “pwysleisio llawer ar y pecyn batri” fod yn ymgeisydd da ar gyfer gwell rheolaeth ar sail y canlyniadau newydd, meddai Onori.Un enghraifft?Awyrennau tebyg i dronau gyda thrydan yn codi a glanio'n fertigol, a elwir weithiau'n eVTOL, y mae rhai entrepreneuriaid yn disgwyl eu gweithredu fel tacsis awyr a darparu gwasanaethau symudedd aer trefol eraill dros y degawd nesaf.Er hynny, mae ceisiadau eraill ar gyfer batris lithiwm-ion y gellir eu hailwefru yn dod i'r amlwg, gan gynnwys hedfan cyffredinol a storio ynni adnewyddadwy ar raddfa fawr.

“Mae batris lithiwm-ion eisoes wedi newid y byd mewn cymaint o ffyrdd,” meddai Onori.“Mae’n bwysig ein bod ni’n cael cymaint ag y gallwn ni allan o’r dechnoleg drawsnewidiol hon a’i olynwyr i ddod.”