งานวิจัยของสวีเดนแสดงให้เห็นว่าการออกแบบแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าใหม่สามารถขยายอายุการใช้งานได้เกิน 20%

นักวิจัยของสวีเดนระบุว่าการออกแบบแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าแบบใหม่สามารถขยายอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ได้โดยการอนุญาตให้กระแสไฟฟ้าเลี่ยงผ่านเซลล์แบตเตอรี่ที่เสื่อมสภาพ โดยคาดว่าจะเพิ่มขึ้นเกิน 20% สถาปัตยกรรมนี้ใช้สวิตช์อิเล็กทรอนิกส์และระบบควบคุมเพื่อเปลี่ยนแปลงวิธีการเชื่อมต่อของเซลล์แบตเตอรี่ระหว่างการทำงาน นักวิจัยของมหาวิทยาลัยเทคโนโลยี Chalmers พบว่าวิธีนี้สามารถปรับปรุงอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของยานยนต์แรงดันสูงได้อย่างมีนัยสำคัญ รวมถึงรถบรรทุกไฟฟ้าและรถโดยสารระยะไกล ในตัวอย่างการจำลองหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับแบตเตอรี่ 80 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ระบบนี้ล่าช้าการเปลี่ยนแบตเตอรี่ไปประมาณ 14 เดือน

นักวิจัยยังพบว่าอายุการใช้งานที่ขยายได้และค่าคงเหลือที่สูงขึ้นสามารถชดเชยค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้ ผลการค้นพบเหล่านี้อิงจากการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ ไม่ใช่การทดสอบระยะยาวในยานยนต์ที่ผลิตจริง นักวิจัยระบุว่าการปรับปรุงอายุการใช้งานสูงสุดแสดงถึงขีดจำกัดทางทฤษฎีภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสมที่สุด

หลักการทำงานของสถาปัตยกรรมใหม่

แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าแบบดั้งเดิมประกอบด้วยเซลล์จำนวนมากที่เชื่อมต่อกัน ซึ่งความจุจะลดลงเรื่อยๆ ตามเวลา เนื่องจากอัตราการเสื่อมสภาพของแต่ละเซลล์แตกต่างกัน เซลล์ที่เสียหายเพียงตัวเดียวอาจจำกัดความจุที่ใช้งานได้ของทั้งแพ็กแบตเตอรี่ สถาปัตยกรรมที่เสนอนี้แก้ไขข้อจำกัดนี้โดยการอนุญาตให้สวิตช์ตัดการเชื่อมต่อเซลล์ที่อ่อนแอออก ในขณะที่รักษาให้เซลล์ที่แข็งแรงทำงานต่อไป ระบบจัดการแบตเตอรี่ไม่ได้พึ่งพาการเชื่อมต่อไฟฟ้าที่คงที่อีกต่อไป แต่สามารถปรับเปลี่ยนการเชื่อมต่อตามสภาพของเซลล์ที่เปลี่ยนแปลงได้ "ในงานวิจัยของเรา วิธีแก้ปัญหานี้ทำให้แบตเตอรี่สามารถเลี่ยงผ่านเซลล์ที่ก่อให้เกิดปัญหาและทำงานต่อไปได้"

ผู้เขียนรายงานหลักของงานวิจัยนี้ นักดุษฎีบัณฑิตของ Chalmers ชื่อ Albert Skogro ระบุไว้

นักวิจัยใช้โมเดลแบตเตอรี่ที่ผ่านการตรวจสอบด้วยการทดลองและการจำลองขนาดใหญ่เพื่อตรวจสอบเคมีเซลล์ที่แตกต่างกัน การกำหนดค่าแพ็กแบตเตอรี่ เงื่อนไขการทำงาน และรูปแบบการเสื่อมสภาพ แต่ละสถานการณ์ประกอบด้วยการจำลองแบบ Monte Carlo 1,000 ครั้ง เพื่อคำนึงถึงความแปรปรวนระหว่างเซลล์ การวิเคราะห์ของพวกเขายังพิจารณารุ่นรถยนต์ไฟฟ้าที่เป็นตัวแทน 20 รุ่นจากผู้ผลิต 15 แห่ง ความสามารถในการปรับปรุงอายุการใช้งานโดยทั่วไปจะเพิ่มขึ้นตามแรงดันของแบตเตอรี่ ทำให้วิธีนี้มีความเป็นไปได้สูงมากสำหรับยานยนต์ที่มีเซลล์ต่ออนุกรมมาก อย่างไรก็ตาม ผลประโยชน์สูงสุดต้องการการควบคุมแต่ละเซลล์แยกกัน

การออกแบบเชิงพาณิชย์มีแนวโน้มที่จะควบคุมเซลล์เป็นกลุ่ม เพื่อลดความซับซ้อนและค่าใช้จ่ายของฮาร์ดแวร์

การวิเคราะห์ความสมเหตุสมผลทางเศรษฐกิจ

นักวิจัยยังตรวจสอบว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพิ่มเติมมีความสมเหตุสมผลทางเศรษฐกิจหรือไม่ ในสถานการณ์หนึ่ง พวกเขาจำลองแบตเตอรี่ 80 กิโลวัตต์-ชั่วโมงที่ขับเคลื่อนได้ 7,456 ไมล์ต่อปี แบตเตอรี่แบบดั้งเดิมถึงจุดที่คาดว่าจะต้องเปลี่ยนหลังจาก 10 ปี ในขณะที่การออกแบบที่สามารถกำหนดค่าใหม่ได้ขยายระยะเวลาดังกล่าวไปประมาณ 14 เดือน การวิเคราะห์ระบุเงื่อนไขทางเศรษฐกิจที่เป็นประโยชน์สำหรับแพ็กแบตเตอรี่ที่มีความจุเกินประมาณ 50 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ระยะทางขับเคลื่อนต่อปีต่ำกว่า 7,550 ไมล์ และค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมล่วงหน้าต่ำกว่า 7.16% เทคโนโลยีนี้ยังสามารถลดความจำเป็นในการจับคู่เซลล์แบตเตอรี่อย่างแม่นยำระหว่างกระบวนการผลิตได้ เนื่องจากแพ็กแบตเตอรี่สามารถปรับตัวเข้ากับความแตกต่างของประสิทธิภาพเซลล์ได้ดีขึ้น

นักวิจัยระบุว่าวิธีนี้อาจทำให้แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าที่ถูกทิ้งทิ้งได้มากขึ้นสามารถนำกลับมาใช้ใหม่สำหรับการเก็บพลังงานแบบคงที่

เทคโนโลยีนี้ได้ผ่านการวิจัยและการทดสอบต้นแบบอุตสาหกรรมแล้ว แต่ยังไม่ได้เปิดตัวในยานยนต์ที่ผลิตขนาดใหญ่ การทดสอบยานยนต์ระยะยาวยังคงจำเป็นต้องยืนยันว่าอายุการใช้งานและประโยชน์ทางต้นทุนจากการจำลองสามารถบรรลุได้ในทางปฏิบัติหรือไม่ งานวิจัยนี้ดำเนินการร่วมกับพันธมิตรในอุตสาหกรรม เช่น Scania และ PHINIA และตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications

ผลกระทบของเทคโนโลยีนี้ต่อตลาดรถยนต์ไฟฟ้า

ศักยภาพของการออกแบบแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าใหม่ไม่ได้อยู่ที่การขยายอายุการใช้งานแบตเตอรี่เพียงอย่างเดียว แต่ยังสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมได้ ซึ่งมีความสำคัญต่อการพัฒนาตลาดรถยนต์ไฟฟ้า ด้วยความต้องการรถยนต์ไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น การเพิ่มอายุการใช้งานและประสิทธิภาพของแบตเตอรี่สามารถลดความถี่ในการเปลี่ยนใหม่และลดต้นทุนของผู้ใช้ได้ การวิจัยแสดงให้เห็นว่าการออกแบบนี้สามารถจัดการกับปัญหาการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่แบบดั้งเดิมได้อย่างมีประสิทธิภาพ และอาจส่งเสริมการนำแบตเตอรี่ที่ถูกทิ้งกลับมาใช้ใหม่ ซึ่งมีผลกระทบเชิงบวกต่อสิ่งแวดล้อมและการรีไซเคิลทรัพยากร อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ยังต้องการการทดสอบเพิ่มเติมเพื่อให้มั่นใจถึงความเป็นไปได้และความสมเหตุสมผลทางเศรษฐกิจในการประยุกต์ใช้จริง