Omkonfigurerbart EV-batteri kan enligt modellen hålla över 20 % längre

© A. Krivonosov

En enda degraderad cell kan begränsa livslängden för ett helt elbilsbatteri även när övriga celler fortfarande fungerar bra. Forskare vid Chalmers tekniska högskola i Sverige har utvärderat en omkonfigurerbar arkitektur som kan koppla förbi försvagade celler och fortsätta använda den återstående kapaciteten. I ett modellerat scenario med ett batteri på 80 kWh och 12 000 km per år kunde batteribytet skjutas upp med cirka 14 månader.

I ett konventionellt batteripaket är de elektriska anslutningarna i stort sett fasta, vilket gör att den svagaste cellen kan begränsa en hel seriekopplad sträng. Den studerade lösningen lägger till elektroniska brytare och styrlogik som kan isolera en degraderad cell eller cellgrupp och leda strömmen genom de återstående delarna.

Studien i Nature Communications visar att den mest detaljerade och idealiserade konfigurationen kan ge mer än 20 % längre livslängd för vissa högspänningsbatterier. Effekten var särskilt tydlig i elektriska lastbilar och personbilar med lång räckvidd och många seriekopplade celler. Forskarna betonar att mer än 20 % är en teoretisk övre gräns eftersom modellen förutsätter individuell styrning av varje cell. Mer praktiska system som arbetar med grupper av celler kräver mindre elektronik men ger också en mindre förbättring.

Det finns också en kostnadsavvägning. Med dagens komponentuppskattningar ökar den extra elektroniken paketkostnaden med cirka 9 %. Forskarna placerar en ungefärlig brytpunkt nära 12 %; över den nivån blir en ekonomisk vinst över livslängden mindre sannolik. Ett mer robust modellsamband använde en merkostnad under ungefär 7 %, kapacitet över 50 kWh och en årlig körsträcka under 12 150 km. Den nuvarande hårdvarukalkylen bygger dessutom på bara omkring 1 000 uppsättningar, alltså nära prototypskala.

Tekniken går längre än vanlig diagnostik av cellhälsa. Systemet måste inte bara upptäcka degradering utan även dynamiskt ändra batteriets elektriska konfiguration och koppla bort svaga celler eller grupper från den aktiva kretsen.

Det finns ännu ingen serieproducerad personbil eller lastbil med exakt den studerade arkitekturen. Experimentella system och demonstratorer finns dock; Chalmers nämner Volvo SmartCell och vägtester av en prototyp hos en stor biltillverkare. Modellresultaten ska därför inte överföras direkt till dagens serieproducerade EV-batterier. Studien visar i stället en möjlig väg att använda ett batteripaket längre och minska risken att några celler som åldras snabbare tvingar fram ett för tidigt byte av hela paketet.