Żywotność akumulatorów w samochodach elektrycznych może wzrosnąć o ponad 20% dzięki rozwiązaniu opracowanemu przez naukowców ze szwedzkiego Uniwersytetu Technicznego Chalmersa. Zamiast pozwalać, by najsłabsze ogniwa ograniczały możliwości całego akumulatora, badacze proponują sterowanie każdym z nich osobno. Technologia może wydłużyć okres eksploatacji baterii i ograniczyć koszty użytkowania samochodów elektrycznych.
Jedno słabe ogniwo ogranicza cały akumulator
Akumulator trakcyjny samochodu elektrycznego składa się z wielu połączonych ze sobą ogniw. Problem pojawia się wtedy, gdy poszczególne ogniwa tracą pojemność w różnym tempie. Wystarczy jedno wyraźnie słabsze ogniwo, aby ograniczyć możliwości większej części pakietu, mimo że pozostałe nadal dysponują użyteczną pojemnością.
To szczególnie istotne w przypadku połączeń szeregowych, w których przez wszystkie ogniwa przepływa ten sam prąd. Gdy jedno z nich osiąga dopuszczalną granicę rozładowania wcześniej niż pozostałe, system zarządzania baterią musi odpowiednio ograniczyć pracę całego połączenia. W rezultacie część energii zgromadzonej w sprawniejszych ogniwach pozostaje niewykorzystana.
Naukowcy z Uniwersytetu Technicznego Chalmersa w Göteborgu opracowali rozwiązanie, które pozwala ograniczyć ten problem. Zamiast traktować wszystkie ogniwa jako elementy wymagające jednakowego obciążenia, proponują indywidualne sterowanie ich pracą.
Słabsze ogniwa można ominąć
Podstawą opracowanej metody jest możliwość selektywnego omijania ogniw, których stan techniczny odbiega od pozostałych. Odpowiednia elektronika pozwala wyłączyć słabsze ogniwo z aktywnego obwodu, dzięki czemu nie musi ono ograniczać wykorzystania energii zgromadzonej w sprawniejszych częściach akumulatora.
Takie podejście zmienia sposób zarządzania starzejącą się baterią. Zamiast podporządkowywać działanie całego pakietu najsłabszemu elementowi, system może dostosowywać pracę poszczególnych ogniw do ich rzeczywistego stanu.
fot. BMW
Według badaczy zastosowanie tej metody może wydłużyć żywotność akumulatorów w niektórych samochodach elektrycznych o ponad 20%. Nie oznacza to jednak, że każda bateria automatycznie zyska taki sam dodatkowy okres eksploatacji. Korzyści zależą między innymi od różnic w stopniu zużycia ogniw oraz konstrukcji całego układu.
Korzyści nie tylko dla prywatnych kierowców
Wydłużenie okresu użytkowania akumulatora może mieć znaczenie zarówno dla indywidualnych właścicieli samochodów elektrycznych, jak i przedsiębiorstw zarządzających dużymi flotami. Bateria jest jednym z najkosztowniejszych podzespołów pojazdu, dlatego możliwość dłuższego wykorzystywania jej dostępnej pojemności ma wymiar ekonomiczny.
Na ten aspekt zwraca uwagę Albert Škegro, doktorant na Wydziale Elektrotechniki Uniwersytetu Technicznego Chalmersa i jeden z autorów badania:
Dla prywatnego właściciela samochodu elektrycznego dużą zaletą jest to, że akumulator pojazdu działa dłużej. W przypadku floty obejmującej setki pakietów akumulatorowych wydłużenie ich żywotności może oznaczać znaczne oszczędności.
Potencjalne korzyści dotyczą również rynku samochodów używanych. Jeżeli akumulator dłużej zachowuje przydatność eksploatacyjną, może to pozytywnie wpływać na wartość rezydualną pojazdu. Nie jest to jednak równoznaczne z gwarancją wyższej ceny odsprzedaży, ponieważ ta zależy także od wielu innych czynników.
Większa trwałość ma swoją cenę
Rozwiązanie szwedzkich naukowców nie jest pozbawione wad. Indywidualne sterowanie ogniwami wymaga zastosowania dodatkowej elektroniki, co zwiększa koszt budowy akumulatora, a w konsekwencji może podnieść cenę samochodu.
Badacze zakładają jednak, że wydłużona żywotność baterii i potencjalnie wyższa wartość pojazdu na rynku wtórnym mogą zrekompensować dodatkowe wydatki. Ostateczna opłacalność takiego rozwiązania będzie zależała od kosztów jego wdrożenia oraz rzeczywistych korzyści uzyskiwanych podczas wieloletniej eksploatacji.
Istotne jest również to, że metoda nie zatrzymuje chemicznego starzenia się ogniw ani nie przywraca im utraconej pojemności. Pozwala natomiast efektywniej wykorzystywać energię dostępną w pozostałych częściach akumulatora, ograniczając wpływ nierównomiernego zużycia na działanie całego pakietu.
Badania opublikowano w Nature Communications
Wyniki prac zespołu z Göteborga zostały opublikowane w czasopiśmie naukowym „Nature Communications”. To ważny etap rozwoju technologii, ale nie oznacza jeszcze, że rozwiązanie trafiło do seryjnie produkowanych samochodów elektrycznych.
Przed ewentualnym wdrożeniem producenci będą musieli uwzględnić dodatkowe koszty i złożoność układu sterowania. Jeśli jednak technologia okaże się opłacalna w zastosowaniach produkcyjnych, może pomóc wydłużyć okres użytkowania akumulatorów bez konieczności zmiany chemii samych ogniw.
