让电动汽车电池续航更久的解决方案可能在于断开部分电芯。

电动汽车的电池由数百或数千个电芯组成，而这些电芯的老化程度并不一致。随着时间推移，有些电芯的容量会比其他电芯更快下降，这种差异最终可能会限制整个电池组的性能。一支瑞典研究团队正在探索一种解决方案，无需更换整个电池即可减轻这种不均匀磨损带来的影响。

该方案旨在改变电池在运行过程中各电芯的连接方式。通过电子开关以及能够动态调整连接的控制系统，电池便无需再依赖那些损耗更严重的电芯，从而更好地利用那些仍保留大部分性能的电芯。这一解决方案对于续航里程较长的电动汽车和电动卡车而言可能尤为有用。

断开损耗严重的电芯以更高效地利用电池

在传统电池中，电芯是按照特定的电气连接方式组合在一起的。虽然并非所有电芯都会以相同的速度因时间或行驶里程而损耗，但那些较早失去容量的电芯会限制整个电池的可利用能量。这也是为什么即使其他电芯的状态仍相对良好，电池部分组件的老化最终也会影响其续航能力的原因之一。

瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员所研究的这种架构旨在通过可重新配置的电池来解决这一问题。该系统配备了电子开关，能够切断性能较差的电池单元，并调整连接方式以使其余单元继续正常工作。这样一来，性能下降的电池单元就不再必然限制整个电池的性能。

为评估该方案，团队采用了经过实验验证的电池模型以及大规模模拟。研究人员分析了不同的化学成分、电气配置、使用条件及老化模式，针对每种场景通过1,000次蒙特卡洛模拟来研究电池单元之间的差异。此外，这项研究还涵盖了15家不同制造商的20款具有代表性的电动汽车模型。

测试结果表明，电池电压越高，潜在的改进效果通常越好。这使得该技术在那些由多个电芯串联组成的车辆上具有特别的应用价值，比如续航里程较长的电动汽车和卡车。不过，要实现最大效益就需要对每个电芯进行单独控制，这会增加系统的复杂性和成本。因此，实际商业应用很可能会采用对电芯组进行控制的方式，以将系统性能维持在合理范围内。

电池更换时间可再延长14个月

研究人员分析的案例中有一个使用了80千瓦时的电池。在这种情况下，一辆每年行驶约12,000公里的车辆，传统电池在十年后就会达到预期更换时间。这不是因为电池故障，而是因为其容量下降，从而导致续航里程减少。采用可重构系统后，由于电池单元能保持更好的状态，这一时间可延长约14个月。

该研究还探讨了延长使用寿命是否能够抵消电子元件带来的额外成本。研究结果表明，对于容量超过50千瓦时的电池，若年度行驶里程相对较低，且初始额外成本保持在7.16%以下，这一方案在经济上是可行的。更长的使用寿命还有助于保持车辆的残值，不过这种效果取决于实际使用状况及二手市场的情况。

另一个潜在优势在于可以减少生产过程中对电池单元进行精确选择和配对的需求。如果该系统能够适应随着时间推移出现的性能差异，制造商就能更有余地来应对不同电池单元之间的差别。此外，由于能让那些仍具有可用容量的电池单元持续发挥作用，这种架构还有助于将从车辆上拆下的电池重新用于固定式的能量存储应用中。

不过，有必要将这些结果放在具体情境中来看。20%以上的提升仅是在理想条件下的理论极限，并非所有电动汽车都能实现的收益。尽管相关技术已经通过了一系列研究及工业原型测试，但目前尚未应用于批量生产的车辆中。还需要在真实环境中进行长期试验，以确定其能提升多少使用寿命，以及所获得的节能效果是否足以抵消额外的复杂性。

这项研究由斯堪尼亚和PHINIA等行业企业共同完成，成果已发表在《自然-通讯》这本科学期刊上。如果这一成果能在商用车辆上得到验证，那么该方案有望成为降低电动汽车拥有成本的新途径：无需仅仅依靠改进电池的化学成分，还可以通过更智能的电力管理来延长其使用寿命。

来源 | Nature