Rekonfigurowalna bateria EV może w modelu działać o ponad 20% dłużej

© A. Krivonosov

Jedno zdegradowane ogniwo może ograniczać żywotność całego akumulatora samochodu elektrycznego, mimo że pozostałe elementy nadal działają prawidłowo. Badacze z Politechniki Chalmers w Szwecji ocenili rekonfigurowalną architekturę, która pozwala omijać osłabione ogniwa i dalej wykorzystywać pozostałą pojemność. W modelowanym scenariuszu z baterią 80 kWh i przebiegiem 12 000 km rocznie wymianę można było odsunąć o około 14 miesięcy.

W typowym pakiecie połączenia elektryczne są w dużej mierze stałe, dlatego najsłabsze ogniwo może ograniczyć cały szereg. Badana konstrukcja dodaje elektroniczne przełączniki i układ sterowania, które mogą odizolować zdegradowane ogniwo lub grupę i skierować prąd przez pozostałe elementy.

Badanie opublikowane w Nature Communications wskazuje, że najbardziej szczegółowa i wyidealizowana konfiguracja mogłaby zwiększyć żywotność niektórych baterii wysokonapięciowych o ponad 20%. Efekt był szczególnie widoczny w ciężarówkach elektrycznych i autach o dużym zasięgu z wieloma ogniwami połączonymi szeregowo. Autorzy podkreślają jednak, że ponad 20% to teoretyczna górna granica, bo model zakłada indywidualne sterowanie każdym ogniwem. Bardziej praktyczne systemy pracujące na grupach wymagają mniej elektroniki, ale dają mniejszą korzyść.

Jest też kompromis kosztowy. Przy obecnych szacunkach dodatkowa elektronika podnosi koszt pakietu o około 9%. Badacze określają orientacyjny próg opłacalności na około 12%; powyżej niego korzyść ekonomiczna w całym okresie użytkowania staje się mniej prawdopodobna. Bardziej stabilny scenariusz modelowy zakładał wzrost kosztu poniżej około 7%, pojemność ponad 50 kWh i roczny przebieg poniżej 12 150 km. Obecna kalkulacja sprzętu opiera się ponadto na produkcji tylko około 1 000 zestawów, czyli skali bliskiej prototypowej.

Technologia wykracza poza zwykłą diagnostykę stanu ogniw. System musi nie tylko wykrywać degradację, ale również dynamicznie zmieniać konfigurację elektryczną baterii, odłączając słabe ogniwa lub grupy od aktywnego obwodu.

Nie ma jeszcze seryjnego samochodu osobowego ani ciężarówki wykorzystującej dokładnie badaną architekturę. Istnieją jednak układy eksperymentalne i demonstratory; Chalmers wskazuje między innymi Volvo SmartCell oraz drogowe testy prototypu prowadzone przez dużego producenta. Wyników modelowania nie należy więc bezpośrednio przenosić na dzisiejsze seryjne baterie EV. Praca pokazuje raczej możliwy sposób dłuższego wykorzystania pakietu i ograniczenia ryzyka jego przedwczesnej wymiany z powodu kilku szybciej starzejących się ogniw.