研究結(jié)果表明，超聲波，即頻率高于人類聽力的聲波，有朝一日可能有助于電動(dòng)汽車更好地估計(jì)電池中的剩余電量。該研究的主要作者、田納西州橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的超聲波工程師Hongbin Sun表示，這種方法還可能有助于檢測(cè)處于災(zāi)難邊緣的不穩(wěn)定電池，在制造過程中快速測(cè)試電池質(zhì)量，并確定哪些用過的電池足夠健康，可以轉(zhuǎn)售以減少浪費(fèi)。

　　估計(jì)商用鋰離子電池的剩余電量目前是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。例如，電動(dòng)汽車在估計(jì)電池電量時(shí)通常會(huì)遇到大約10%的不確定性。這反過來又使它們的行駛里程減少了約10%，以確保它們保持在電池的安全范圍內(nèi)。

　　為了找到一種簡(jiǎn)單、廉價(jià)、無(wú)損的方法來估計(jì)鋰離子電池的電量，科學(xué)家們研究了超聲波。隨著鋰離子電池的放電和再充電，潛在的電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致其部件的性能和結(jié)構(gòu)發(fā)生機(jī)械變化，原則上來說，超聲波掃描可以檢測(cè)到這些變化。

　　之前對(duì)鋰離子電池進(jìn)行超聲波掃描的工作通常只使用一個(gè)超聲波頻率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在這項(xiàng)新的研究中，研究人員檢查了多個(gè)超聲波頻率，以了解每種頻率在估計(jì)電池電量方面的優(yōu)缺點(diǎn)。

　　在實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家使用約1.25厘米寬的商用現(xiàn)成超聲波傳感器，在充放電過程中監(jiān)測(cè)2.4安培小時(shí)的鋰離子電池。他們測(cè)試了相對(duì)低頻的750千赫、1兆赫和1.5兆赫超聲波，因?yàn)殡姵夭牧显诤艽蟪潭壬衔盏念l率高于此。(作為參考，人類可以聽到大約20赫茲到20千赫之間的頻率。)

　　研究人員觀察到，所有三種頻率的波速都與電荷狀態(tài)有關(guān)。電波減弱的方式也有助于揭示電池中的材料在充電和放電期間的相位變化。

　　“我們提出的方法為電池性能評(píng)估和了解電池充放電過程中的材料相變提供了快速、低成本的解決方案，”Sun說，“對(duì)于工業(yè)規(guī)模的應(yīng)用，它或可用于預(yù)測(cè)電池的充電狀態(tài)和評(píng)估電池是否失去保持充電的能力?！?/p>

　　Sun指出，這種方法的潛在應(yīng)用將在電動(dòng)汽車電池中嵌入低成本的壓電超聲傳感器，以持續(xù)監(jiān)測(cè)它們。他表示，該技術(shù)目前在估計(jì)電池電量時(shí)的不確定性約為5%，大約是現(xiàn)有技術(shù)的兩倍。通過改進(jìn)傳感器校準(zhǔn)并考慮測(cè)量過程中的溫度影響，“我們預(yù)計(jì)誤差可以降低到2%左右，”Sun說，“我們預(yù)計(jì)不確定性的減少將轉(zhuǎn)化為EV范圍的改善?！?/p>

　　此外，使用超聲波掃描，“有缺陷的電池很容易被發(fā)現(xiàn)，”Sun表示。超聲波掃描“也可能為電池起火提供早期預(yù)警，因?yàn)槌暡▽?duì)電池內(nèi)部的溫度變化和材料變化非常敏感”。

　　未來的研究需要在多種鋰離子電池上測(cè)試這一技術(shù)，以及一系列的充電速率和更多的充電周期;Sun表示，該方法“在商業(yè)化之前還需要大量的額外工作和技術(shù)驗(yàn)證”。