Технология cell bypass может продлить срок службы аккумуляторов электромобилей

В исследовании Технологического университета Чалмерса рассматриваются переконфигурируемые аккумуляторные блоки, способные выборочно исключать из работы («обходить») более слабые ячейки. В оптимальных условиях это может увеличить срок службы батарей в некоторых высоковольтных транспортных средствах более чем на 20 процентов.

Аккумуляторные блоки электромобилей состоят из множества взаимосвязанных ячеек, которые стареют с разной скоростью. В традиционных конструкциях одна особо слабая ячейка может ограничивать полезную емкость и срок службы всего блока.

Согласно результатам моделирования, в наиболее совершенном варианте — когда каждой ячейкой можно управлять отдельно — срок службы некоторых высоковольтных аккумуляторных систем может быть увеличен более чем на 20 процентов. Как отмечается в исследовании, этот потенциал особенно значим для электрических грузовиков и электромобилей с большим запасом хода, в которых последовательно соединено множество ячеек.

Переконфигурируемые аккумуляторные блоки позволяют исключать из работы слабые ячейки

Чтобы проиллюстрировать масштаб эффекта, исследователи приводят пример с аккумулятором емкостью 80 кВт·ч при годовом пробеге 12 000 км. Если обычный аккумуляторный блок требует замены через десять лет, то, согласно модели, переконфигурируемый блок достигнет того же уровня износа лишь примерно через одиннадцать лет — то есть прослужит на 14 месяцев дольше.

Кроме того, остаточная стоимость такого блока оказывается выше, поскольку он изнашивается меньше. Хотя внедрение этой технологии требует дополнительной электроники и, следовательно, увеличивает первоначальные затраты, авторы исследования полагают, что более длительный срок службы и более высокая остаточная стоимость могут компенсировать эти расходы в реальных условиях эксплуатации.

На данный момент эта технология еще не применяется в серийных автомобилях, однако она уже прошла испытания в рамках исследовательских и промышленных прототипов. На практике, скорее всего, будет использоваться управление группами ячеек, а не каждой ячейкой по отдельности. Таким образом, увеличение срока службы более чем на 20 процентов представляет собой теоретический предел.

Помимо продления срока службы, исследователи также отмечают преимущества данной технологии для процесса производства. В настоящее время элементы питания, обладающие максимально схожими характеристиками, должны проходить тщательное тестирование и подбор. Использование переконфигурируемых аккумуляторных блоков позволило бы допускать более значительные различия между отдельными элементами, что сократило бы трудозатраты на их подбор (так называемый «матчинг»).

Такая архитектура также может быть полезна для «второй жизни» аккумуляторов. Батарейные блоки могли бы дольше эксплуатироваться в транспортных средствах, а затем эффективнее использоваться в качестве стационарных систем хранения энергии, поскольку выход из строя или снижение характеристик отдельных слабых элементов не приводило бы к необходимости вывода из эксплуатации всего блока.

В Технологическом университете Чалмерса уже ведется работа над рядом подходов, направленных на продление срока службы аккумуляторов. В мае исследовательская группа университета представила стратегию быстрой зарядки на основе искусственного интеллекта: она адаптирует процесс зарядки к текущему состоянию батареи и, согласно результатам моделирования, способна увеличить срок ее службы примерно на 23%. В свою очередь, новая концепция переконфигурируемой архитектуры работает непосредственно внутри аккумуляторного блока, позволяя избирательно исключать из цепи более слабые элементы.

Исследование под названием «Оценка на системном уровне динамической реконфигурации для увеличения срока службы и оптимизации затрат в аккумуляторных блоках электромобилей» («System-level assessment of dynamic reconfiguration for lifetime and cost outcomes in electric vehicle battery packs») было опубликовано в журнале Nature Communications. В работе приняли участие исследователи из Технологического университета Чалмерса, а также представители компаний PHINIA и Scania.