Įsivaizduokite baterijų bloką, kuris vis dar laiko įkrovą, bet nebegali tęsti tarnavimo. Tai įvyksta dažniau, nei vairuotojai supranta. Nauji lauko duomenys rodo, kad nedidelė, greitai senstančių elementų mažuma gali nulemti, kada visas elektromobilio baterijų blokas turi būti atsijungtas, palikdama netikėtai didelę dalį sukauptos energijos nenaudojamą.
Tyrėjai, stebėję realius elektromobilius daugiau nei tris metus (lengvieji automobiliai su nikelio-mangano-kobalto elementais (NMC) ir autobusai su ličio-geležies-fosfato elementais (LFP)), nustatė, kad skirtumai tarp gretimų elementų retai išlieka maži amžinai. Elementai veikia skirtingomis mikroklimato sąlygomis, gauna šiek tiek skirtingas gamybos tolerancijas ir patiria nevienodas sroves važiavimo bei įkrovimo metu. Per dešimtis tūkstančių kilometrų tos mažos spragos gali išsiplėsti. Daugelyje keleivinių automobilių maždaug prie 170 000 km kai kurie elementai pradeda atsilikti greičiau, sustiprinant disbalansą visame bloke.
Kodėl vienas silpnas elementas turi tiek didelę reikšmę? Daugumoje blokų elementai sujungti nuosekliai. Tokia konstrukcija reiškia, kad naudojama bloko įtampa ir srovė ribojami silpniausių grandžių. Įkraunant mažos talpos elementas pasiekia savo įtampos ribą anksčiau už kitus. Iškraunant arba esant dideliam galios poreikiui, didesnės varžos elementas įkaista arba anksčiau pasiekia eksploatacines ribas nei jo kaimynai. Rezultatas: nors dauguma elementų vis dar turi likutinę talpą, visas blokas yra apribojamas, kad būtų apsaugoti keli silpnėjantys elementai.
Norėdami kiekybiškai įvertinti tai, tyrėjai analizavo įprastą automobilio telemetriją, įskaitant įtampos, srovės, temperatūros ir įkrovos būsenos žurnalus, ir derino fizika pagrįstus baterijų modelius su dirbtinių neuroninių tinklų įvertinimais. Jie koregavo sezonines temperatūras ir važiavimo sąlygas, kad elementus būtų galima sąžiningai palyginti. Jų duomenų rinkinyje buvo automobiliai, nuvažiavę iki 300 000 km, suteikiantys retą galimybę pažvelgti į ilgalaikį, realioje aplinkoje vykstantį senėjimą.
Skaičiai atšiaurūs. Nelygus senėjimas sumažino bloko lygio būklės rodiklį maždaug 6,2 % keleiviniuose automobiliuose ir 7,5 % autobusuose. Palyginę bloko išėmimo datas su atskirų elementų vidutiniu tarnavimo laiku, tyrėjai nustatė, kad bloko gyvavimo laikas buvo maždaug 17,7 % trumpesnis automobiliuose ir 22,8 % trumpesnis autobusuose. Galios tiekimas taip pat nukentėjo: skirtumai vidinėje varžoje sumažino prieinamą galią maždaug 12,9 % automobiliams ir 15,1 % autobusams. Per bloko gyvavimo laikotarpį automobiliai panaudojo apie 80,7 % savo elementų potencialios energijos; autobusai panaudojo tik apie 72,9 %. Tai reiškia, kad paliekama beveik penktadalį iki daugiau nei ketvirtadalio galimos talpos nenaudojamos, kai silpniausi elementai nulemia bloko pabaigą.
Keletas silpnų elementų gali nulemti viso baterijų bloko likimą.
Šios išvados turi praktinių pasekmių. Vertinant bloką pagal vidutinę elementų būklę problema gali likti nepastebėta. Kai kurie parkai sensta blogiau nei kiti, o tai rodo, kad balansavimo strategijos, terminis valdymas ir elementų grupavimas yra labai svarbūs. Tyrimas nurodo sprendimus, kurie skamba paprastai, bet realybėje yra nelengvai įgyvendinami: griežtesnės gamybos tolerancijos, protingesnis elementų rūšiavimas prieš surinkimą, agresyvesnis arba adaptuojamas aktyvus balansavimas, geresnis šiluminis valdymas, kad elementai veikimo metu išliktų toje pačioje temperatūros zonoje, ir net perkonfigūruojamos bloko architektūros, leidžiančios keisti nuoseklių ir lygiagrečių jungčių kombinacijas, kai elementų savybės išsiskiria.
Yra ir sisteminio inžinerinio požiūrio aspektas. Geresnis jutimas ir diagnostika po vieną elementą, su prognostiniais modeliais, kurie anksti aptinka greitai senstančius nukrypėlius, galėtų leisti parkams pratęsti eksploatacijos laiką ir susigrąžinti energiją, kuri šiandien lieka nenaudojama. Dizaineriams žinia aiški: maksimalus tarnavimo laikas priklauso ne tik nuo vidutinės elementų chemijos gerinimo, bet ir nuo našumo skirtumo susiaurinimo tarp elementų bloke.
Publikuota žurnale Nature Energy, Dalian Institute of Chemical Physics ir Chalmers University of Technology vykdyta studija perorientuoja mūsų požiūrį į elektromobilių baterijų išėmimą iš eksploatacijos. Ji užduoda svarbų praktinį klausimą su plačiomis pasekmėmis: ar mes išnaudojame paskutinį džaulį iš šiandieninių baterijų, ar keli silpni ryšiai palieka vertę nepanaudotą?
Palikti komentarą
Komentarai
Komentarų dar nėra. Būkite pirmas.