Zell-Bypass ma sprawić, że baterie samochodów elektrycznych będą bardziej wydajne.

Badanie przeprowadzone przez Chalmers University of Technology analizuje pakety baterii, które można przekonfigurować w celu umijania słabszych ogniw. W optymalnych warunkach czas trwania życia baterii w określonych pojazdach wysokonapięciowych mógłby się dzięki temu wydłużyć o ponad 20 procent.

Zdjęcie: Chalmers University of Technology | Albert Skegro

Pakety baterii w pojazdach elektrycznych składają się z licznych ze sobą połączonych ogniw, które nie starzeją się w takim samym tempie. W konwencjonalnych architekturach dlatego szczególnie słabe ogniwo może ograniczyć użyteczną pojemność oraz czas trwania życia całego pakietu.

Dokładnie tutaj zaczyna się nowe badanie przeprowadzone przez naukowców z Chalmers University of Technology w Göteborgu. Zbadano tak zwane pakiety baterii możliwe do rekonfiguracji, w których przełączniki i systemy sterujące mogą zmieniać połączenia poszczególnych ogniw lub grup ogniw. Dzięki temu można celowo ominąć słabsze ogniwa, podczas gdy pozostała pojemność nadal jest wykorzystywana.

W najbardziej zaawansowanym przypadku, gdy każde ogniwo może być sterowane indywidualnie, czas trwania życia baterii według obliczeń modelowych wydłuża się o ponad 20 procent w niektórych pojazdach wysokonapięciowych. Zgodnie z badaniem największy potencjał występuje w ciężarówkach elektrycznych oraz samochodach elektrycznych do długich tras, które posiadają wiele ogniw połączonych szeregowo.

Pakiety baterii możliwe do rekonfiguracji mają umożliwiać omijanie słabych ogniw

Naukowcy ilustrują, jak duży może być efekt, używając przykładu baterii o pojemności 80 kWh i rocznej odległości przebytej na drodze wynoszącej 12 000 kilometrów. Gdy konwencjonalny pakiet baterii zostanie wymieniony po dziesięciu latach, pakiet możliwy do rekonfiguracji osiąga w modelu ten sam stopień zużycia dopiero po około jedenastu latach, czyli mniej więcej 14 miesięcy później.

Ponadto występuje wyższa wartość resztkowa, ponieważ pakiet jest mniej zużyty. Choć ta technologia wymaga dodatkowej elektroniki, co powoduje wyższe koszty początkowe, według badania dłuższy okres użytkowania i wyższa wartość resztkowa mogą w realistycznych warunkach zrekompensować te dodatkowe wydatki.

W pojazdach seryjnych ta technologia nie jest jeszcze dostępna. Została jednak już przetestowana w prototypach badawczych i przemysłowych. W praktyce raczej będzie się pracować z grupami komórek niż z indywidualnym sterowaniem każdą pojedynczą komórką. Ponad 20-procentowo dłuższy okres eksploatacji stanowi zatem teoretyczną górną granicę.

Oprócz czasu trwania eksploatacji badacze dostrzegają również zalety w produkcji. Obecnie komórki o jak najbardziej podobnych właściwościach muszą być dokładnie testowane i łączone ze sobą. Pakiety, które można rekonfigurować, mogłyby tolerować większe różnice między komórkami, co zmniejszyłoby wysiłek związany z tak zwanym dopasowywaniem komórek.

Również w aplikacjach Second Life architektura ta mogłaby przynieść korzyści. Pakiety baterii można by dłużej stosować w pojazdach, a następnie lepiej wykorzystywać jako zasoby przechowujące, ponieważ pojedyncze słabsze ogniwa nie muszą koniecznie wyłączać całego pakietu z pracy.

Szwedzki uniwersytet bada już kilka podejść mających na celu wydłużenie żywotności baterii. W maju zespół z tej uczelni przedstawił strategię szybkiego ładowania opartą na sztucznej inteligencji, która dostosowuje proces ładowania do stanu baterii i ma wydłużyć jej żywotność o około 23 procent w modelu. Natomiast badana obecnie architektura baterii umożliwiająca rekonfigurację działa bezpośrednio w pakiecie baterii i ma na celu omijanie słabszych ogniw w sposób ukierunkowany.

Badanie zatytułowane „System-level assessment of dynamic reconfiguration for lifetime and cost outcomes in electric vehicle battery packs” zostało opublikowane na stronie nature.com. Wzięli w nim udział badacze z Chalmers University of Technology oraz przedstawiciele PHINIA i Scania.