Herconfigureerbare EV-accu kan volgens model ruim 20% langer meegaan

© A. Krivonosov

Eén versleten cel kan de levensduur van een volledig accupakket van een elektrische auto beperken, ook wanneer de overige cellen nog goed functioneren. Onderzoekers van Chalmers University of Technology in Zweden beoordeelden een herconfigureerbare architectuur die verzwakte cellen kan omzeilen en de resterende capaciteit kan blijven benutten. In een model met een batterij van 80 kWh en 12.000 km per jaar kon vervanging ongeveer 14 maanden worden uitgesteld.

In conventionele accupakketten liggen de elektrische verbindingen grotendeels vast, waardoor de zwakste cel een hele serieschakeling kan begrenzen. De voorgestelde constructie voegt elektronische schakelaars en aansturing toe waarmee een versleten cel of groep cellen kan worden geïsoleerd en de stroom via de overige elementen kan lopen.

De studie in Nature Communications liet zien dat de meest gedetailleerde en geïdealiseerde configuratie bij sommige hoogspanningsaccu's een potentiële levensduurwinst van meer dan 20% kan geven. Het effect was het grootst bij elektrische vrachtwagens en personenauto's met veel cellen in serie. De onderzoekers benadrukken dat meer dan 20% een theoretische bovengrens is, omdat het model individuele aansturing van elke cel veronderstelt. Praktischer systemen die groepen cellen schakelen hebben minder elektronica nodig, maar leveren ook minder winst.

Daar staat een kostenstijging tegenover. Met de huidige componentprijzen verhoogt de extra elektronica de geraamde pakketkosten met ongeveer 9%. De onderzoekers plaatsen het geschatte break-evenpunt rond 12%; daarboven wordt economisch voordeel over de levensduur minder waarschijnlijk. Een robuuster modelscenario ging uit van minder dan ongeveer 7% meerkosten, meer dan 50 kWh capaciteit en minder dan 12.150 km per jaar. De huidige hardwareberekening is bovendien gebaseerd op slechts circa 1.000 sets, dus bijna prototypeschaal.

De techniek gaat verder dan gewone diagnose van celgezondheid. Het systeem moet degradatie niet alleen herkennen, maar ook de elektrische configuratie van het pakket dynamisch wijzigen en zwakke cellen of groepen uit het actieve circuit halen.

Er is nog geen serieauto of vrachtwagen met precies de onderzochte architectuur. Experimentele systemen en demonstrators bestaan wel; Chalmers noemt onder meer Volvo SmartCell en wegtests met een prototype van een grote autofabrikant. De modelresultaten mogen daarom niet rechtstreeks op huidige productie-EV's worden toegepast. Het onderzoek laat vooral zien hoe een accupakket mogelijk langer kan worden benut en hoe enkele sneller verouderende cellen minder snel tot volledige vervanging hoeven te leiden.