Зелений обхід має зробити акумулятори електромобілів більш довговічними
Дослідження Університету технологій Чалмерса вивчає батарейні пакети, які можна реконфігурувати для цілеспрямованого обходу слабших елементів. За оптимальних умов це може подовжити термін служби батарей у певних автомобілях з високою напругою більш ніж на 20 відсотків.
Зображення: Університет технологій Чалмерса | Альберт Скегро
Батарейні пакети електромобілів складаються з численних взаємопов’язаних елементів, які старіють не однаково швидко. Тому в традиційних архітектурах особливо слабкий елемент може обмежувати корисну ємність та термін служби всього пакета.
Саме тут починається нове дослідження вчених з Університету технологій Чалмерс у Гетеборзі. Були досліджені так звані реконфігурувані акумуляторні пакети, у яких вимикачі та системи керування можуть змінювати спосіб підключення окремих елементів або груп елементів. Завдяки цьому можна цілеспрямовано ігнорувати слабкі елементи, водночас продовжуючи використовувати решту ємності.
У найбільш розвиненому варіанті, коли кожен елемент може керуватися окремо, за розрахунками моделей термін служби в певних автомобілях з високою напругою подовжується більш ніж на 20 відсотків. За даними дослідження, найбільший потенціал існує у електроавтоприцепах та електромобілях для дальніх поїздок з великою кількістю елементів, підключених послідовно.
Реконфігурувані акумуляторні пакети мають допомогти ігнорувати слабкі елементи
Наскільки сильним може бути цей ефект, демонструють дослідники на прикладі акумулятора ємністю 80 кВт·год та річної відстані проїзду 12 000 кілометрів. Якщо традиційний акумуляторний пакет замінюється через десять років, то реконфігуруваний пакет досягає такого ж ступеня зносу в моделі лише приблизно через одинадцять років, тобто приблизно на 14 місяців пізніше.
Крім того, спостерігається вища залишкова вартість, оскільки пакет менше зносився. Хоча ця технологія вимагає додаткової електроніки, що призводить до вищих початкових витрат, згідно з дослідженням більш тривалий термін служби та вища залишкова вартість можуть компенсувати ці додаткові витрати за реалістичних умов.
У серійних автомобілях ця технологія поки що недоступна. Однак її вже тестували у дослідницьких та промислових прототипах. На практиці, ймовірно, буде використовуватися робота з групами клітин, а не індивідуальне керування кожною окремою клітиною. Тому термін служби, що перевищує на 20 відсотків, є теоретичною верхньою межею.
Окрім терміну служби, дослідники бачать переваги також у виробництві. Сьогодні клітини з максимально схожими властивостями потребують складних тестів та їх поєднання. Реконфігурувані пакети могли б толерувати більші відмінності між клітинами, тим самим зменшуючи зусилля під час так званого підбору клітин.
Архітектура також може принести переваги для додатків у середовищі Second Life. Батарейні пакети можна було б довше використовувати у транспортних засобах, а потім ефективніше застосовувати як стаціонарні акумулятори, оскільки окремі слабкі елементи не обов’язково призводять до вимкнення всього пакета.
Шведський університет вже досліджує кілька підходів для подовження терміну служби батарей. У травні команда університету представила стратегію швидкого заряджання на основі ШІ, яка адаптує процес заряджання до стану батареї та має подовжити її термін служби приблизно на 23 відсотки. Натомість досліджувана архітектура батареї з можливістю реконфігурації працює безпосередньо в самому пакеті та має дозволяти уникати використання слабких елементів.
Дослідження під назвою „System-level assessment of dynamic reconfiguration for lifetime and cost outcomes in electric vehicle battery packs“ було опубліковане на nature.com. У ньому взяли участь дослідники Чалмерського технологічного університету, а також представники PHINIA та Scania.