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想象一下，就像在照相机或手电筒中切换电池一样，能够切换电动汽车中的电池。加州大学圣地亚哥分校的一个工程师团队正在与当地的圣地亚哥工程公司合作，努力实现这一目标。

工程师计划更换电池内的较小单元(称为模块)，而不是更换整个电池，这很麻烦，需要大型重型设备。他们将模块电池交换和主动管理项目命名为M-BEAM。

工程师已经购买并改装了一辆2002年的四门大众高尔夫汽车。他们还为他们计划使用的两个电池组中的一个构建了所有模块，现在正在为他们的项目寻找赞助商，包括那些喜欢在电动汽车中使用小型可更换电池模块的公司或个人。

“这是一项改变游戏规则的技术，”电气工程师Lou Shrinkle表示，他是该项目的主要赞助商之一。“这个想法可能看起来很简单，但我们必须解决一些棘手的技术挑战才能使这个系统变得强大和实用。”

交换电池模块也可能对移动和分散式电能存储系统(如太阳能备用和便携式发电机)产生深远影响。Shrinkle指出，该技术可以使储能更加可配置，提高安全性，简化维护并最终消除化石燃料在这些应用中的使用。

工程师不仅相信他们的方法是可行的，而且还计划证明它。他们将乘坐由可拆卸可充电M-BEAM电池模块驱动的汽车进行越野之旅。他们计划从一个海岸到另一个海岸，只需要几分钟的休息时间换掉将在追逐车辆中充电的模块。他们相信他们可以在不超过60小时的情况下从圣地亚哥开车到南卡罗来纳州海岸 - 不超过限速。

“这需要一种完全不同的电池管理思维方式，”加州大学圣地亚哥分校Jacobs工程学院机械工程教授Raymond de Callafon说。“当模块并联连接时，电存储容量会增加，但这需要仔细控制模块之间的杂散电流。”

电荷估计和电流控制的算法

由de Callafon领导的团队正在设计用于电荷估计和电流控制的算法，在嵌入式系统中实施，该系统是每个模块的电池管理系统的一部分。该算法将能够处理具有不同电荷水平，化学性质，年龄和条件的电池模块，并保持模块一致地工作。该团队在2014年8月在南非开普敦举行的IFAC世界大会上发表了题为“并行降压调节电池模块的当前调度”的最新论文中发表了他们的研究结果。

作为该团队成员的研究生辛昭在论文中解释说，电动汽车中的可充电，可拆卸电池模块可以解决许多问题。能够简单地交换和组合电池模块将消除范围焦虑并扩大汽车能够无限期行驶的范围 - 最经济实惠的电动车的平均范围是每次充电约70至100英里。电池本身需要4至12小时才能使用传统电源充电。较新的快速充电技术仍需要大约30分钟，并且需要通过电池运行非常高的功率，缩短其寿命并降低安全性。

什么会改变

该团队表示，他们的充电方法有很多优点，并且可以在大型电池中更换较小的模块。该方法允许在购买电动车辆和其电池组之间分离。如果可拆卸电池模块租赁而不是内置于电动车辆中，电动车的价格将下降约10,000美元。

此外，截至今天，超过40%的城市居民无法使用墙上插座在路边或车库中为电动车充电。可交换的模块可以从汽车中取出并在家中充电。可交换模块还可以扩大化学品和能量密度的组合，从而降低成本并改善范围。甚至可以将可拆卸电池带入家中进行充电并成为电力备用系统的一部分。

挑战和未来的工作

但是有挑战。20至30磅。每个模块都不是很轻巧。研究人员认为，随着电池技术的成熟，模块尺寸将缩小到大约纸巾盒的大小，重量不到10磅。从电动车辆交换电池模块的能力允许容易地适应这种新电池技术。

基于可交换模块的电池系统还需要允许用户租赁或购买可充电模块的基础设施。向模块收费或租用预充电模块的企业也需要在全国范围内提供。但工程师指出，电动汽车充电站，特别是快速充电站，也没有广泛使用。交换站可以很容易地逐步部署。想象一下，只需在当地加油站交换模块就可以为您充电，就像今天可以装满丙烷罐一样。

在拆除和更换高压模块期间，电击也可能是一种风险。由研究团队开发的电池管理系统确保电池的输出电压等于零，除非电池在车内并通过钥匙开关启用。模块配置为即使在发生碰撞期间和之后完全受损也只能显示安全的低电压，并具有内置的固态开关以处理短路情况。

de Callafon教授对使用电动汽车进行越野行程的电池模块的设计和测试感到非常兴奋。“这次越野之旅将产生大量关于我们设计的电池模块性能的科学数据。” 该团队希望这次越野之旅将改变我们对电动交通移动储能的看法。