Технология обхода клеток призвана увеличить срок службы аккумуляторов электромобилей.

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

Источник изображения: Технологический университет Чалмерса | Альберт Скегро

Батарейные пакеты электромобилей 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 пакета.

Именно здесь начинается новое исследование ученых из Технологического университета Чалмерс в Гётеборге. Были изучены так называемые реконфигурируемые батарейные пакеты, в которых переключатели и системы управления могут изменять соединение отдельных элементов или групп элементов. Благодаря этому удается целенаправленно обходить более слабые элементы, при этом остальная емкость продолжает использоваться.

В наиболее совершенном случае, когда каждый элемент можно управлять отдельно, согласно моделированию срок службы в некоторых высоковольтных транспортных средствах увеличивается более чем на 20 процентов. По данным исследования, особый потенциал имеется у электроавтопогрузчиков и дальнобойных электромобилей с большим количеством элементов, соединенных последовательно.

Реконфигурируемые батарейные пакеты должны обходить слабые элементы

Исследователи иллюстрируют масштаб возможного эффекта на примере аккумулятора ёмкостью 80 кВт·ч и годового пробега в 12 000 километров. Если традиционный аккумуляторный пакет заменяется через десять лет, то реконфигурируемый пакет достигает такого же уровня износа в модели лишь примерно через одиннадцать лет, то есть примерно на 14 месяцев позже.

Кроме того, у реконфигурируемых пакетов выше остаточная стоимость, поскольку они менее изнашиваются. Хотя такая технология требует дополнительной электроники, что увеличивает начальные затраты, согласно исследованию более длительный срок службы и высокая остаточная стоимость могут компенсировать эти дополнительные расходы в реалистичных условиях.

В серийных автомобилях эта технология пока не доступна. Однако она уже проходила тестирование в исследовательских и промышленных прототипах. На практике, скорее всего, будет использоваться группировка элементов, а не индивидуальное управление каждым отдельным элементом. Увеличение срока службы более чем на 20 процентов представляет собой теоретический максимальный показатель.

Помимо срока службы, исследователи видят преимущества и в процессе производства. В настоящее время элементы с максимально схожими характеристиками требуют тщательного тестирования и сочетания друг с другом. Реконфигурируемые комплекты могли бы терпеть более значительные различия между элементами, тем самым снижая объем работ, связанных с так называемой подборкой элементов.

Архитектура также может принести преимущества для приложений в Second Life. Батарейные пакеты можно было бы дольше использовать в транспортных средствах, а затем более эффективно применять в качестве стационарных накопителей, поскольку отдельные более слабые элементы не обязательно приводят к отключению всего пакета.

Шведский университет уже исследует несколько подходов к увеличению срока службы батарей. В мае команда университета представила стратегию быстрой зарядки на основе ИИ, которая адаптирует процесс зарядки под состояние батареи и, согласно моделированию, должна увеличить её срок службы примерно на 23 процента. В то время как рассматриваемая сейчас архитектура батареи, позволяющая к настройке, воздействует непосредственно на сам пакет батарей и призвана целенаправленно обходить более слабые элементы.

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