Vedci ukázali novú batériu, ktorá sa vie prispôsobiť starnutiu EV. Životnosť predĺžila o viac než 20 %

Batéria elektromobilu nemusí doslúžiť preto, že sú opotrebované všetky jej články. Výskumníci zo švédskej Chalmers University ukázali architektúru, ktorá dokáže problémovú bunku elektricky obísť a ďalej využívať zdravú časť akumulátora. V modeloch tým životnosť vybraných batérií predĺžili o viac než 20 %.

Batéria elektromobilu môže obsahovať stovky až tisíce jednotlivých článkov. Na papieri môžu byť rovnaké, v reálnom svete však nestarnú identicky. Rozdiely vznikajú už pri výrobe a postupne ich zväčšuje teplota, zaťaženie, nabíjanie či samotné starnutie.

Celý akumulátor môže brzdiť jeden článok

V klasickom batériovom packu sú články zapojené v pevne určenej konfigurácii. Ak jeden z nich stráca kapacitu rýchlejšie alebo začne skôr dosahovať bezpečnostné limity napätia, systém musí chrániť práve túto najslabšiu časť.

Výsledkom je zvláštny paradox. V batérii môže zostať množstvo zdravých článkov a využiteľnej energie, no vodič sa k nej už nedostane v rovnakom rozsahu.

Výskumníci prirovnávajú dnešný systém k skupine ľudí spojených lanom. Celá skupina musí spomaliť podľa najpomalšieho človeka.

Ich riešenie používa rekonfigurovateľný batériový pack. Medzi články alebo ich skupiny pribúdajú elektronické spínače, ktoré umožňujú meniť elektrické zapojenie počas života akumulátora. Ak riadiaci systém identifikuje bunku, ktorá začala výrazne zaostávať, môže ju vyradiť z aktívneho obvodu a prúd ďalej prechádza cez zvyšok batérie.

Nie je to pritom úplne akademický problém. V redakcii sme nedávno pri kúpe jazdeného elektromobilu upozorňovali, že pri stave batérie nestačí sledovať iba priemerné SOH. Jedna výrazne horšia bunka môže byť dôležitejšia než pekné priemerné číslo celého packu.

V ideálnom prípade viac než 20 %

Vedci riešenie neposudzovali na jednom type elektromobilu. Použili detailné a experimentálne overené modely článkov a simulovali rôzne chemické zloženia, konštrukcie packov aj štýly používania.

Do analýzy zahrnuli 20 reprezentatívnych elektromobilov od 15 výrobcov a pri jednotlivých scenároch používali po 1 000 Monte Carlo simulácií, aby zachytili prirodzené rozdiely medzi článkami.

Chalmers.se

Najväčší potenciál sa objavil pri vysokonapäťových batériách s veľkým množstvom sériovo zapojených článkov, teda napríklad pri elektromobiloch s dlhým dojazdom alebo elektrických nákladných vozidlách.

V najjemnejšom modeli, kde bolo možné samostatne ovládať jednotlivé články, vyšla životnosť dlhšia o viac než 20 percent. Autori však túto hodnotu považujú skôr za hornú hranicu za priaznivých podmienok. Sériové riešenie by pravdepodobne z dôvodu ceny a zložitosti pracovalo skôr s celými skupinami článkov.

Pri modelovom elektromobile s približne 80 kWh batériou dokázala rekonfigurácia posunúť potrebu jej výmeny asi o 14 mesiacov.

Drahšia elektronika sa môže zaplatiť sama

Viac spínačov, výkonovej elektroniky a sofistikovanejšie riadenie nie sú zadarmo. Výskumníci preto počítali aj ekonomiku celého riešenia.

Citlivostná analýza ukázala oblasť, v ktorej bola rekonfigurovateľná batéria ekonomicky výhodná takmer vo všetkých skúmaných scenároch: kapacita nad približne 50 kWh, dodatočné náklady systému pod 7,16 % a ročný nájazd pod 12 150 kilometrov. Nejde však o univerzálnu hranicu, podľa ktorej si má zákazník vyberať auto. Je to výsledok konkrétneho ekonomického modelu a použitých predpokladov.

V priaznivej oblasti vychádzala mediánová úspora počas životnosti približne na 1 040 eur pri LFP a 1 209 eur pri NMC batériách. V najlepších simulovaných prípadoch presahovala 3 200, respektíve 3 500 eur.

Dôvod nie je v nižšej spotrebe auta. Batéria jednoducho zostáva dlhšie využiteľná a pri vyradení si uchováva väčšiu zostatkovú hodnotu.

Aj reálne dáta pritom ukazujú, že samotná degradácia moderných batérií nemusí byť taká dramatická, ako sa kedysi očakávalo. Nedávna analýza takmer 10-tisíc reálnych testov ukázala pri viacerých modeloch veľmi vysoké zostatkové zdravie akumulátorov.

Zatiaľ to nie je batéria pripravená do sériového auta

Najväčšia brzda zostáva praktická realizácia. Každý ďalší spínač pridáva cenu, komplikovanejšie riadenie a elektrické straty. Čím jemnejšie chce výrobca ovládať jednotlivé články, tým náročnejší systém musí postaviť.

Štúdia navyše nepredstavuje dlhodobý test sériového elektromobilu. Je to rozsiahle modelovanie postavené na validovaných modeloch článkov. Ďalším krokom preto musí byť hardvér a reálna prevádzka.

Práve v tom je však výsledok zaujímavý. Vedci nemenia chémiu batérie ani nehľadajú nový exotický materiál. Snažia sa lepšie využiť články, ktoré už v akumulátore máme.

Ak sa podarí dostať náklady výkonovej elektroniky dostatočne nízko, problém budúcej batérie nemusí byť iba v tom, ako pomaly degraduje, ale aj v tom, či dokáže inteligentne pracovať so svojimi slabšími časťami namiesto toho, aby kvôli nim predčasne odpísala celý pack.

Čítajte viac z kategórie: Elektromobilita