2차전지의 장수명 비결은 다름을 포용하는 데 있을지도 모른다.팩의 리튬 이온 셀이 어떻게 저하되는지에 대한 새로운 모델링은 EV 배터리가 더 많은 충전 주기를 처리하고 오류를 방지할 수 있도록 각 셀의 용량에 맞춰 충전하는 방법을 보여줍니다.

11월 5일에 발표된 연구제어 시스템 기술에 관한 IEEE 거래는 균일하게 전하를 전달하는 것보다 팩의 각 셀에 흐르는 전류의 양을 적극적으로 관리하면 마모를 최소화할 수 있음을 보여줍니다.이 접근 방식을 사용하면 각 세포가 가장 좋고 가장 긴 수명을 효과적으로 누릴 수 있습니다.

스탠포드 교수이자 수석 연구 저자인 Simona Onori에 따르면, 초기 시뮬레이션에서는 신기술로 관리되는 배터리가 빈번한 고속 충전에도 불구하고 최소 20% 더 많은 충전-방전 주기를 처리할 수 있어 배터리에 추가적인 부담을 줄 수 있다고 제안했습니다.

전기 자동차 배터리 수명을 연장하기 위한 대부분의 이전 노력은 체인의 링크와 마찬가지로 배터리 팩도 가장 약한 셀만큼 우수하다는 전제를 기반으로 단일 셀의 설계, 재료 및 제조를 개선하는 데 중점을 두었습니다.새로운 연구는 제조상의 결함과 일부 셀이 열과 같은 스트레스에 노출되어 다른 셀보다 더 빨리 저하되기 때문에 약한 연결은 불가피하지만 전체 팩을 손상시킬 필요는 없다는 이해에서 시작됩니다.핵심은 고장을 방지하기 위해 각 셀의 고유한 용량에 맞게 충전 속도를 조정하는 것입니다.

스탠포드 도어(Stanford Doerr) 에너지 과학 공학 조교수인 오노리(Onori)는 "적절하게 해결되지 않으면 셀 간 이질성이 배터리 팩의 수명, 건강 및 안전성을 손상시키고 초기 배터리 팩 오작동을 유발할 수 있습니다"라고 말했습니다. 지속 가능성 학교."우리의 접근 방식은 팩에 있는 각 셀의 에너지를 균등화하여 모든 셀을 균형 잡힌 방식으로 최종 목표 충전 상태로 만들고 팩의 수명을 향상시킵니다."

백만 마일 배터리 구축에 영감을 받음

새로운 연구의 원동력 중 하나는 전기 자동차 회사인 Tesla가 2020년에 발표한 "백만 마일 배터리" 작업으로 거슬러 올라갑니다.이는 오래된 휴대폰이나 노트북의 리튬 이온 배터리처럼 EV의 배터리가 작동하기에는 너무 적은 충전량을 유지하는 지점에 도달하기 전까지 100만 마일 이상(정기 충전 사용) 동안 자동차에 전력을 공급할 수 있는 배터리입니다. .

이러한 배터리는 8년 또는 100,000마일의 전기 자동차 배터리에 대한 자동차 제조업체의 일반적인 보증을 초과합니다.배터리 팩은 일반적으로 보증 기간보다 오래 지속되지만, 값비싼 배터리 팩 교체가 여전히 드물어지면 전기 자동차에 대한 소비자 신뢰는 더욱 높아질 수 있습니다.수천 번 재충전한 후에도 여전히 충전 상태를 유지할 수 있는 배터리는 장거리 트럭의 전기화와 소위 차량-그리드 시스템 채택을 용이하게 할 수 있습니다. 전력망.

"백만 마일 배터리 개념은 실제로 새로운 화학이 아니라 배터리를 완전 충전 범위를 사용하지 않도록 하여 배터리를 작동하는 방법일 뿐이라는 것이 나중에 설명되었습니다."라고 Onori는 말했습니다.관련 연구는 일반적으로 전체 배터리 팩만큼 빠르게 충전 용량을 잃지 않는 단일 리튬 이온 셀에 중점을 두고 있습니다.

흥미를 느낀 Onori와 그녀의 연구실 연구원 두 명(박사후 연구원 Vahid Azimi와 박사과정 학생 Anirudh Allam)은 기존 배터리 유형의 독창적인 관리가 수백 또는 수천 개의 셀을 포함할 수 있는 전체 배터리 팩의 성능과 서비스 수명을 어떻게 향상시킬 수 있는지 조사하기로 결정했습니다. .

고성능 배터리 모델

첫 번째 단계로, 연구원들은 작동 수명 동안 배터리 내부에서 발생하는 물리적, 화학적 변화를 정확하게 나타내는 배터리 동작에 대한 충실도가 높은 컴퓨터 모델을 만들었습니다.이러한 변화 중 일부는 몇 초 또는 몇 분 만에 전개되고 다른 일부는 몇 달 또는 몇 년에 걸쳐 전개됩니다.

스탠포드 에너지 제어 연구소 소장인 Onori는 “우리가 아는 한, 우리가 만든 충실도가 높은 다중 시간 규모 배터리 모델을 사용한 이전 연구는 없었습니다.”라고 말했습니다.

모델을 사용하여 시뮬레이션을 실행하면 구성 셀 간의 차이를 수용하여 최신 배터리 팩을 최적화하고 제어할 수 있음이 나타났습니다.Onori와 동료들은 그들의 모델이 향후 기존 차량 설계에 쉽게 배치될 수 있는 배터리 관리 시스템의 개발을 안내하는 데 사용될 것으로 예상하고 있습니다.

혜택을 받는 것은 전기차뿐만이 아니다.Onori는 "배터리 팩에 많은 스트레스를 주는" 거의 모든 애플리케이션이 새로운 결과를 바탕으로 더 나은 관리를 위한 좋은 후보가 될 수 있다고 말했습니다.한 가지 예?전기 수직 이착륙 기능을 갖춘 드론형 항공기(eVTOL이라고도 함)는 일부 기업가가 향후 10년 동안 항공 택시로 운영하고 기타 도시 항공 이동 서비스를 제공할 것으로 기대합니다.그럼에도 불구하고 일반 항공 및 재생 에너지의 대규모 저장을 포함하여 재충전 가능한 리튬 이온 배터리의 다른 응용 분야가 손짓하고 있습니다.

“리튬 이온 배터리는 이미 여러 가지 방식으로 세상을 변화시켰습니다.”라고 Onori는 말했습니다."이 혁신적인 기술과 그 후속 기술로부터 최대한 많은 것을 얻는 것이 중요합니다."