En enda svag cell kan begränsa kapaciteten i ett helt elbilsbatteri, även om de övriga cellerna fortfarande fungerar bra. Forskare vid Chalmers har undersökt hur elektroniska brytare kan koppla förbi försvagade celler och därmed förlänga batteriets livslängd. I bästa fall handlar det om mer än 20 procent.
I dagens elbilsbatterier är ett stort antal celler seriekopplade. Problemet är att cellerna åldras olika snabbt. När den svagaste cellen når sin gräns måste hela batteripaketets användning begränsas, trots att det finns kapacitet kvar i de andra cellerna.
Forskare vid Chalmers tekniska högskola har tillsammans med bland andra Scania och Phinia Sweden undersökt en annan batteriarkitektur. I så kallade omkonfigurerbara batteripaket används elektroniska brytare och ett styrsystem som dynamiskt kan ändra kopplingarna mellan cellerna.
När en cell försvagas kan styrsystemet koppla förbi den och låta de övriga cellerna fortsätta leverera energi.
– Eftersom cellerna är bundna till varandra måste alla hålla samma takt som den långsammaste cellen. Med lösningen i vår studie kan batteriet i stället koppla förbi cellen som orsakar problem och fortsätta framåt, förklarar Albert Škegro, doktorand vid Chalmers och studiens försteförfattare.
Forskarna har analyserat hur olika nivåer av omkonfigurering påverkar batteriernas livslängd och totala kostnader. Den mest avancerade arkitekturen, där varje cell kan styras individuellt, kan enligt modellerna förlänga livslängden med över 20 procent i vissa högspänningsfordon.
Det gäller framför allt eldrivna lastbilar och personbilar med lång räckvidd, där många celler är seriekopplade.
Resultatet är dock en teoretisk övre gräns. Att utrusta varje cell med individuell styrning kräver omfattande extra elektronik. I praktiska batteripaket är det därför mer sannolikt att grupper av celler styrs tillsammans.
I ett mer konkret räkneexempel analyserade forskarna ett batteripaket på 80 kilowattimmar i en bil som körs 12 000 kilometer per år. Om ett konventionellt batteri antas behöva bytas efter tio år kan ett omkonfigurerbart batteri enligt modellen användas ungefär 14 månader längre.
Den extra elektroniken gör batteriet dyrare att tillverka. Forskarna visar ändå att den längre livslängden och det högre restvärdet kan kompensera för merkostnaden under många realistiska förhållanden.
Omkonfigurerbara batterier har redan demonstrerats i forsknings- och industriprototyper, men tekniken används ännu inte i serieproducerade fordon.
Studien "System-level assessment of dynamic reconfiguration for lifetime and cost outcomes in electric vehicle battery packs" har publicerats i Nature Communications. Bakom arbetet står forskare från Chalmers, Scania CV och Phinia Sweden.
Illustration av Albert Škegro med hjälp av AI.