再構成型EVバッテリー、モデル上では寿命を20%以上延長できる可能性
チャルマース工科大学は、劣化したセルを迂回できる再構成型EVバッテリーをモデル化した。80 kWh、年間約1.2万kmの条件では交換時期が約14か月延びた。
1つの劣化セルが、ほかのセルが正常でもEV用バッテリーパック全体の寿命を制限することがある。スウェーデンのチャルマース工科大学の研究チームは、弱ったセルを迂回し、残る容量を使い続けられる再構成型アーキテクチャを評価した。80 kWhのバッテリーで年間1万2000 km走行する条件をモデル化したところ、交換時期を約14か月遅らせられる結果となった。
一般的なバッテリーパックでは電気接続がほぼ固定されているため、最も弱いセルが直列回路全体の制約になる。研究された方式では、電子スイッチと制御回路を追加し、劣化したセルやセル群を切り離して、残りの要素へ電流を迂回させる。
ネイチャー・コミュニケーションズに掲載された研究では、最も細かく理想化した構成で、一部の高電圧バッテリーの寿命を20%以上延ばせる可能性が示された。効果は、直列接続セル数が多い電動トラックや長距離型の乗用EVで特に大きかった。ただし研究チームは、20%以上という数字は理論上の上限だと強調している。モデルが各セルを個別に制御できることを前提にしているためだ。セル群単位で制御する現実的な方式では必要な電子部品を減らせる一方、効果も小さくなる。
コストとの兼ね合いもある。現在の部品見積もりでは、追加電子部品によってパック価格は約9%上昇する。研究チームは損益分岐点をおよそ12%とみており、それを超えると車両寿命全体での経済的利点は得にくくなる。より堅実なモデル条件では、追加コストを約7%未満、容量を50 kWh超、年間走行距離を1万2150 km未満としていた。また現在のハードウェア見積もりは約1000セットの生産を前提としており、量産というより試作に近い規模である。
この技術はセル状態を診断するだけではない。劣化を検知したうえでバッテリー内部の電気接続を動的に変更し、弱ったセルやセル群を作動回路から外す必要がある。
研究対象とまったく同じアーキテクチャを採用した量産乗用車やトラックはまだない。一方で実験システムや実証機は存在し、チャルマース工科大学はボルボ・スマートセルや、大手自動車メーカーによる試作車の公道試験を例に挙げている。したがって、このシミュレーション結果を現在の量産EVバッテリーにそのまま当てはめることはできない。研究が示すのは、少数の早く劣化するセルのためにパック全体を早期交換する可能性を下げ、より長く使うための一つの方法である。