在电动汽车领域，电池包性能与寿命受多种因素影响，其中电芯老化差异带来的“最弱电芯”效应成为关键制约因素。中国科学院大连化学物理研究所与瑞典查尔姆斯理工大学联合团队，通过对大量车辆运行数据的深入分析，揭示了这一现象对电池包性能的实际影响。
研究团队历时三年多，收集了搭载三元锂电池的乘用车和搭载磷酸铁锂电池的公交车的运行数据，部分车辆累计行驶里程超过30万公里。通过建立车队规模的分析框架，团队首次量化了电芯差异对电池包性能、使用寿命及能量利用率的综合影响。
电池包由多个电芯组成，这些电芯在材料、制造工艺、配组方式以及使用条件等方面存在差异，导致它们的衰减速度不尽相同。在充电过程中，容量较小的电芯会率先达到电压上限；而在放电或大功率运行时，内阻较大的电芯则可能先触及安全限值。这种“最弱电芯”效应直接限制了整个电池包的表现。
当老化最快的电芯达到退役标准时，即使其他电芯仍有可用容量，整个电池包也不得不退出使用。此前的研究多依赖于实验室测试，而此次研究则聚焦于车辆实际运行中电芯不一致性带来的长期影响，为行业提供了更具参考价值的数据。
为了准确评估电芯老化情况，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技术，估算电芯在标准化条件下的容量与内阻变化。这种方法有效减小了季节、荷电状态和运行条件差异的干扰，使不同电芯的老化过程具有可比性。
研究结果显示，在乘用车行驶里程较低时，电芯之间的健康状态差异并不显著。然而，当行驶里程超过17万公里后，部分电芯开始加速老化，电芯之间的差距明显拉大。不过，不同车辆的加速衰减程度存在差异。
按照统一退役标准，电芯不一致性导致乘用车电池包的可用健康度降低6.2%，公交车则降低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，荷电状态不均衡造成的可用充电容量损失通常不到2%。
从能量利用率来看，乘用车电池包在整个使用寿命内的能量利用率仅为80.7%，公交车为72.9%。这意味着，当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。
研究团队指出，电动汽车电池包的性能与寿命不仅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。此次研究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重要依据。
为减轻这种效应，研究团队建议提高制造一致性，改善电芯配组、均衡控制和热管理，并采用可重构电池系统。相关研究成果已发表于国际权威期刊《自然·能源》。
