Метою обходу елементів є подовження терміну корисного використання батарей електромобілів.

Дослідження, проведене Університетом технологій Чалмерс, вивчає реконфігурувані акумуляторні блоки, які можуть вибірково обходити слабші елементи. За оптимальних умов це може подовжити термін служби акумуляторів у певних автомобілях високої напруги більш ніж на 20 відсотків.

Зображення: Університет технологій Чалмерс | Альберт Скегро

Акумуляторні блоки в електромобілях складаються з численних взаємопов’язаних елементів, які старіють не з однаковою швидкістю. У традиційних архітектурах особливо слабкий елемент може обмежувати корисну ємність та термін служби всього блоку.

Саме тут і стає в пригоді нове дослідження фахівців з Технологічного університету Чалмерса. У ньому вивчаються так звані реконфігуровувані акумуляторні блоки, у яких перемикачі та системи керування можуть змінювати підключення окремих елементів або груп елементів. Таким чином можна вибірково обійти слабкі елементи, при цьому залишкова ємність продовжує використовуватися.

У найбільш розвиненому варіанті, коли кожен елемент можна керувати окремо, симуляції показують, що термін служби деяких автомобілів високої напруги можна подовжити на понад 20 відсотків. Згідно з дослідженням, цей потенціал є особливо значним для електричних вантажівок та електромобілів довгої дальності з великою кількістю елементів, підключених послідовно.

Реконфігуровувані акумуляторні блоки дозволяють обійти слабкі елементи

Щоб проілюструвати масштаб цього ефекту, дослідники використовують приклад акумулятора ємністю 80 кВт·год та річної пробігу 12 000 км. Якщо звичайний акумуляторний пакет замінюється через десять років, то реконфігуруваний пакет у моделі досягає такого ж стану старіння лише приблизно через одинадцять років – тобто приблизно на 14 місяців пізніше.

Крім того, залишкова вартість є вищою, оскільки пакет постарів менше. Хоча ця технологія вимагає додаткової електроніки та, відповідно, має вищі початкові витрати, дослідження показує, що подовжений термін служби та вища залишкова вартість можуть компенсувати ці додаткові витрати за реалістичних умов.

Ця технологія ще не доступна у серійних автомобілях. Однак її вже протестували у дослідницьких та промислових прототипах. На практиці, ймовірніше, буде використовуватися групи елементів, а не індивідуальний контроль кожного елемента. Тому термін служби, що перевищує на 20 відсотків, є теоретичним верхнім обмеженням.

Окрім подовження терміну служби, дослідники бачать переваги у виробництві. Сьогодні елементи з найбільш схожими характеристиками потребують ретельних тестів та підбору. Реконфігуровані блоки можуть допускати більші відмінності між елементами, тим самим зменшуючи зусилля, необхідні для так званого підбору елементів.

Ця архітектура також може принести переваги для застосувань у другому життєвому циклі. Акумуляторні батареї можуть довше залишатися в експлуатації в транспортних засобах, а потім краще використовуватися як стаціонарні системи зберігання енергії, оскільки окремі слабкі елементи не обов’язково змушують усю батарею припинити роботу.

Університет Чалмерс вже досліджує кілька підходів для подовження терміну служби акумуляторів. У травні команда університету представила стратегію швидкого заряджання на основі ШІ, яка адаптує процес заряджання до стану акумулятора, і, за прогнозами, у симуляціях дозволяє подовжити його термін служби приблизно на 23 відсотки. Нова досліджена реконфігурована архітектура акумулятора, з іншого боку, працює безпосередньо всередині акумуляторної батареї та призначена для вибіркового обходу слабких елементів.

Дослідження під назвою „Оцінка на рівні системи динамічної реконфігурації для впливу на термін служби та витрати у акумуляторних батареях електромобілів“ було опубліковане у журналі _Nature Communications_. У його роботі брали участь дослідники з Університету технологій Чалмерс, а також представники організацій PHINIA та Scania.