Ερευνητές του Πολυτεχνείου Chalmers εξετάζουν μπαταρίες που παρακάμπτουν τα αδύναμα κελιά μπαταρίας και σε προσομοιώσεις αυξάνουν τη διάρκεια ζωής του πακέτου πάνω από 20% σε ορισμένα οχήματα υψηλής τάσης. Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο Nature Communications, με συμμετοχή εκπροσώπων των PHINIA και Scania, και αφορά κυρίως ηλεκτρικά φορτηγά και αυτοκίνητα μεγάλης αυτονομίας.
Τα κελιά μπαταρίας και το πρόβλημα της φθοράς
Σε μια συμβατική μπαταρία τα κελιά δεν γερνούν με τον ίδιο ρυθμό, και ένα αδύναμο κελί περιορίζει τη χωρητικότητα και τη διάρκεια ζωής όλου του πακέτου. Οι μπαταρίες με δυναμική αναδιάταξη χρησιμοποιούν διακόπτες και συστήματα ελέγχου που αλλάζουν τον τρόπο σύνδεσης των κελιών ή των ομάδων τους. Το αδύναμο κελί παρακάμπτεται και το υπόλοιπο πακέτο συνεχίζει να λειτουργεί.
Τι δείχνουν οι προσομοιώσεις
Το πλεονέκτημα εξαρτάται από το πόσο λεπτομερής είναι ο έλεγχος. Αν κάθε κελί ελέγχεται ξεχωριστά, η διάρκεια ζωής ορισμένων οχημάτων υψηλής τάσης μπορεί να αυξηθεί πάνω από 20%. Η μεγαλύτερη ωφέλεια αναμένεται στα ηλεκτρικά φορτηγά και στα αυτοκίνητα μεγάλης αυτονομίας, που έχουν πολλά κελιά συνδεδεμένα σε σειρά.
Σε ένα παράδειγμα με μπαταρία 80 kWh και 12.000 χλμ. τον χρόνο, ένα συμβατικό πακέτο που φτάνει τα δέκα χρόνια λειτουργίας αντιστοιχεί σε αναδιατασσόμενο πακέτο περίπου ένδεκα ετών, δηλαδή περίπου 14 μήνες αργότερα. Επειδή η μπαταρία έχει γεράσει λιγότερο, ανεβαίνει και η υπολειπόμενη αξία του οχήματος.
Τα πρόσθετα ηλεκτρονικά ανεβάζουν το αρχικό κόστος, αλλά η μελέτη εκτιμά ότι η μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και η υψηλότερη υπολειπόμενη αξία μπορούν να το αντισταθμίσουν υπό ρεαλιστικές συνθήκες.
Τα όρια της μελέτης
Η μελέτη, των Άλμπερτ Σκέγκρο, Τόρστεν Βικ και Τσανγκφού Ζου από το Chalmers, του Μπο Μπέιλενγκα της PHINIA και του Αλεξάντερ Μπέσμαν της Scania, βασίζεται σε λεπτομερή μοντελοποίηση κελιών για διαφορετικά σχέδια και συνθήκες χρήσης. Η ανάλυση ευαισθησίας δείχνει ότι η λύση αποδίδει οικονομικά όταν η χωρητικότητα της μπαταρίας ξεπερνά περίπου τις 50 kWh, η ετήσια διανυόμενη απόσταση είναι κάτω από 12.150 χλμ. και το πρόσθετο αρχικό κόστος κάτω από 7,16%. Οι ερευνητές το παρουσιάζουν ως επιλογή βελτιστοποιημένου κόστους για τις επόμενες πλατφόρμες μπαταριών, επειδή αναβάλλει τις αντικαταστάσεις.
Η τεχνολογία δεν βρίσκεται σε οχήματα παραγωγής, παρότι υπάρχουν ερευνητικά και βιομηχανικά πρωτότυπα. Στην πράξη είναι πιθανότερο να ελέγχονται ομάδες κελιών και όχι μεμονωμένα κελιά, οπότε το 20% θεωρείται θεωρητικό ανώτατο όριο.
Η προσέγγιση θα μπορούσε επίσης να μειώσει την προσπάθεια ταιριάσματος κελιών στην παραγωγή, αφού τα πακέτα θα ανέχονταν μεγαλύτερες διαφορές μεταξύ τους. Σε δεύτερη ζωή, ένα αδύναμο κελί δεν θα έβγαζε εκτός χρήσης ολόκληρη τη μπαταρία, κάτι που διευκολύνει την επαναχρησιμοποίησή της σε σταθερά συστήματα αποθήκευσης.
Το Chalmers έχει παρουσιάσει τον Μάιο και μια ξεχωριστή στρατηγική γρήγορης φόρτισης με τεχνητή νοημοσύνη, που σε προσομοιώσεις αναμένεται να επεκτείνει τη ζωή της μπαταρίας κατά περίπου 23%.
Πηγές: electrive.com, electrive.net, Chalmers Research
