Svage battericeller kan i fremtiden kobles automatisk fra, viser et nyt studie fra Chalmers. Det kan forlænge levetiden på elbilbatterier markant.
Et elbilbatteri består af mange sammenkoblede celler. De ældes ikke i samme tempo. I traditionelle batteripakker er det derfor den svageste celle, der sætter grænsen for både kapacitet og levetid for hele pakken.
Det problem undersøger forskere fra Chalmers i et nyt studie. De ser nærmere på såkaldte omkonfigurerbare batteripakker. Her kan kontakter og styresystemer ændre, hvordan de enkelte celler eller cellegrupper er koblet sammen. Svage celler kan dermed kobles fra, mens resten af pakken fortsat bruges.
Op til 20 procent længere levetid i simuleringer
I det mest avancerede scenarie, hvor hver enkelt celle kan styres separat, viser simuleringer, at levetiden for visse højspændingskøretøjer kan forlænges med mere end 20 procent. Potentialet er ifølge studiet særligt stort for elektriske lastbiler og langdistance-elbiler med mange celler koblet i serie.
Forskerne illustrerer effekten med et eksempel: et batteri på 80 kWh med en årlig kørsel på 12.000 kilometer. En traditionel batteripakke udskiftes typisk efter ti år. Den omkonfigurerbare pakke når i modellen samme grad af nedslidning først efter cirka elleve år. Det svarer til omkring 14 måneder ekstra.
Restværdien bliver samtidig højere, fordi pakken er mindre nedslidt. Teknologien kræver mere elektronik og dermed en højere anskaffelsespris. Ifølge studiet kan den længere levetid og den højere restværdi dog opveje den ekstra omkostning under realistiske forhold.
Endnu ikke i produktionsbiler
Teknologien findes ikke i produktionsbiler i dag. Den er allerede testet i forskningsprojekter og industrielle prototyper. I praksis vil det formentlig blive cellegrupper, der styres, frem for enkeltceller. De over 20 procent længere levetid er derfor et teoretisk loft snarere end en realistisk forventning.
Forskerne peger også på fordele i produktionen. I dag skal celler med ensartede egenskaber testes og matches grundigt, før de samles i en pakke. Omkonfigurerbare pakker kan tåle større forskelle mellem cellerne. Det kan reducere behovet for den omfattende cellematchning.
Arkitekturen kan desuden give fordele, når batterier får et andet liv. Pakker kan blive i bilerne længere og senere genbruges som stationær lagerkapacitet. En enkelt svag celle vil ikke nødvendigvis tvinge hele pakken ud af drift, som det er tilfældet i dag. En tidligere analyse af knap 10.000 elbiler har netop vist, at batterihelbredet varierer betydeligt mellem mærker og modeller.
Del af bredere forskning i batterilevetid
Chalmers arbejder allerede med flere tilgange til at forlænge batteriers levetid. I maj præsenterede et andet hold fra universitetet en AI-baseret hurtigladestrategi. Den tilpasser opladningen til batteriets tilstand og forventes i simuleringer at forlænge levetiden med omkring 23 procent.
Den nye omkonfigurerbare arkitektur adskiller sig fra hurtigladestrategien ved at virke direkte inde i selve batteripakken. Her er formålet specifikt at koble svage celler fra, mens hurtigladestrategien i stedet justerer selve opladningsprocessen.
Studiet bærer titlen „System-level assessment of dynamic reconfiguration for lifetime and cost outcomes in electric vehicle battery packs”. Det er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Nature Communications. Ud over forskere fra Chalmers har repræsentanter fra PHINIA og Scania også deltaget i arbejdet.
