Elektrikli araç bataryasında zayıf hücreler elektronik anahtarla devre dışı bırakılıyor

İsveç'teki Chalmers Teknoloji Üniversitesi araştırmacıları, Scania ve PHINIA ile ortak yürüttükleri çalışmada elektrikli araç bataryalarının kullanım süresini artıran dinamik bir yapı tasarladı. Geliştirilen sistem, kapasitesi azalan veya arıza belirtisi gösteren zayıf hücreleri elektronik anahtarlar aracılığıyla devre dışı bırakıyor. Nature Communications dergisinde yayımlanan araştırmaya göre, 80 kWh kapasiteli bir otomobilde batarya değişim zamanı yaklaşık 14 ay daha geç geliyor.

Geleneksel bataryalarda, yüzlerce hatta binlerce lityum iyon hücre seri ve paralel bağlanarak paket oluşturuluyor. Üretimden çıktığında neredeyse aynı özelliklere sahip hücreler, şarj döngüleri, sıcaklık farkları ve kullanım alışkanlıkları nedeniyle zamanla farklı oranlarda yıpranıyor. Sabit bağlantı hatlarına sahip geleneksel paketlerde en zayıf hücre, tüm sistemin performansını ve kullanım limitini belirliyor.

Yeni mimaride, batarya yönetim sistemiyle uyumlu çalışan elektronik anahtarlar, araç hareket halindeyken veya şarj esnasında kapasitesi düşen ya da arıza sinyali veren hücreleri anında devre dışı bırakıyor. Akım bu sayede daha sağlıklı hücrelere yönlendiriliyor ve paketin tamamının erken tükenmesi engelleniyor.

Araştırma ekibi, 15 farklı üreticinin 20 elektrikli araç modelini ve çeşitli hücre kimyalarını kapsayan 1.000 Monte Carlo simülasyonu gerçekleştirdi. Yılda 12.000 kilometre yol alan ve 80 kWh bataryaya sahip bir otomobilde, standart mimaride 10 yıl olan batarya değişim ömrü yaklaşık 14 ay uzadı. Bu durum, ideal koşullarda batarya ömründe yüzde 20'yi aşan bir iyileşme sağlıyor. Yüksek voltajlı ve seri bağlı hücre sayısı fazla olan ağır ticari elektrikli kamyonlar ile uzun menzilli binek araçlar bu teknolojiden en fazla faydayı görüyor. Ancak bu sonuçlar simülasyon verilerine dayanıyor.

Maliyet analizlerine göre, ek anahtarlama donanımının getirdiği masraf, bataryanın ikinci el değeri ve uzayan ömrü sayesinde karşılanabiliyor. Teknoloji; 50 kWh üzerindeki paketlerde, yıllık sürüş mesafesinin 12.150 kilometrenin altında kaldığı senaryolarda ve donanım ek maliyetinin yüzde 7,16'yı aşmadığı durumlarda net ekonomik yarar sağlıyor.

Her hücrenin ayrı ayrı kontrol edilmesi en yüksek verimi sunsa da ticari ölçekte maliyeti düşürmek amacıyla hücre gruplarının kontrol edilmesi planlanıyor. Bu yöntem, üretim hattında hücrelerin kusursuz şekilde eşleştirilmesi gerekliliğini de ortadan kaldırıyor. Endüstriyel prototip aşamasındaki mimarinin seri üretim araçlara uyarlanabilmesi için uzun vadeli saha testlerinin tamamlanması bekleniyor.