Обход элементов направлен на увеличение срока использования батарей электромобилей.

Исследование, проведенное Технологическим университетом Чалмерса, изучает реконфигурируемые батарейные блоки, способные селективно обходить более слабые элементы. В оптимальных условиях это может увеличить срок службы батарей в некоторых высоковольтных транспортных средствах более чем на 20 процентов.

Источник изображения: Технологический университет Чалмерса | Альберт Скегро

Батарейные блоки в электромобилях состоят из множества взаимосвязанных элементов, которые стареют не с одинаковой скоростью. Поэтому в традиционных конструкциях особенно слабый элемент может ограничивать полезную ёмкость и срок службы всего блока.

Именно здесь и пригождается новое исследование ученых из Чалмерского технологического университета. В нем рассматриваются так называемые переконфигурируемые аккумуляторные блоки, в которых переключатели и системы управления могут изменять схему подключения отдельных элементов или групп элементов. Таким образом можно селективно обходить более слабые элементы, при этом продолжая использовать оставшуюся емкость.

В самом продвинутом случае, когда каждый элемент можно управлять отдельно, симуляции показывают, что срок службы некоторых высоковольтных транспортных средств можно увеличить более чем на 20 процентов. По данным исследования, потенциал этого подхода особенно значителен для электрических грузовиков и автомобилей дальнего пробега с большим количеством элементов, соединенных последовательно.

Переконфигурируемые аккумуляторные блоки предназначены для обхода слабых элементов

Чтобы показать масштаб этого эффекта, исследователи приводят пример батареи ёмкостью 80 кВт·ч и годового пробега в 12 000 км. Если традиционный блок батарей заменяется через десять лет, то в модели реконфигурируемый блок достигает такого же уровня износа только примерно через одиннадцать лет — примерно на 14 месяцев позже.

Кроме того, остаточная стоимость выше, поскольку блок износился меньше. Хотя технология требует дополнительной электроники и тем самым влечёт за собой более высокие первоначальные затраты, исследование показывает, что более длительный срок службы и высокая остаточная стоимость могут компенсировать эти дополнительные расходы в реалистичных условиях.

Эта технология пока не применяется в серийных автомобилях. Однако она уже прошла тестирование в исследовательских и промышленных прототипах. На практике скорее всего будут использоваться группы элементов, чем индивидуальный контроль каждого из них. Следовательно, увеличение срока службы более чем на 20 процентов представляет собой теоретический верхний предел.

Помимо увеличения срока службы, исследователи видят преимущества и в производственном аспекте. В настоящее время элементы с наиболее схожими характеристиками должны проходить обширные тесты и сопоставляться между собой. Реконфигурируемые блоки могут терпеть более значительные различия между элементами, тем самым сокращая усилия, необходимые для так называемого сопоставления элементов.

Такая архитектура также может принести преимущества для использования аккумуляторов в других целях. Аккумуляторные блоки могут дольше оставаться в эксплуатации в транспортных средствах, а затем лучше переиспользоваться в качестве стационарных систем хранения, поскольку наличие отдельных более слабых элементов не обязательно приводит к прекращению работы всего блока.

Университет Чалмерс уже исследует несколько способов увеличения срока службы аккумуляторов. В мае команда университета представила стратегию быстрой зарядки на основе искусственного интеллекта, которая адаптирует процесс зарядки к состоянию аккумулятора и, согласно симуляциям, должна увеличить его срок службы примерно на 23 процента. В то же время новая изучаемая реконфигурируемая архитектура аккумулятора работает непосредственно внутри блока и предназначена для выборочного обхода более слабых элементов.

Исследование под названием «Оценка на уровне системы динамической реконфигурации с точки зрения срока службы и затрат в аккумуляторных батареях электромобилей» было опубликовано в журнале _Nature Communications_. В его работе приняли участие исследователи из Технологического университета Чалмерс, а также представители организаций PHINIA и Scania.