Rekonfigurowalne pakiety mogą wydłużyć żywotność akumulatorów trakcyjnych
Albert Škegro / AIPojedyncze słabsze ogniwo może ograniczać żywotność całego akumulatora trakcyjnego, nawet jeśli pozostałe ogniwa nadal zachowują dobre parametry. Naukowcy z Uniwersytetu Technologicznego Chalmersa w Szwecji wykazali w modelach, że rekonfigurowalne pakiety akumulatorowe mogą w optymalnych warunkach wydłużyć żywotność akumulatorów niektórych pojazdów o ponad 20%. Rozwiązanie może również obniżyć łączny koszt akumulatora w całym okresie eksploatacji.
Celem prac jest opracowanie akumulatorów, które potrafiłyby omijać słabsze ogniwa i lepiej wykorzystywać pojemność pozostałych. Pakiety akumulatorowe w pojazdach elektrycznych (ang. electric vehicles, EV) składają się z wielu połączonych ogniw, które starzeją się w różnym tempie. W konwencjonalnym pakiecie o stałej konfiguracji połączeń najsłabsze ogniwo może wyznaczać granicę dostępnej pojemności i parametrów pracy całego układu.
Albert Škegro, doktorant na Wydziale Elektrotechniki Uniwersytetu Technologicznego Chalmersa, posługuje się analogią: ogniwa są jakby połączone liną i próbują wspólnie poruszać się naprzód.
Ponieważ są ze sobą związane, wszystkie muszą utrzymywać to samo tempo co najwolniejsze ogniwo i zatrzymać się, gdy ono się zatrzyma. Dzięki rozwiązaniu z naszego badania akumulator może zamiast tego ominąć ogniwo, które sprawia problemy, i iść dalej – mówi Albert Škegro, pierwszy autor badania opublikowanego w „Nature Communications” i przeprowadzonego we współpracy z przemysłem.
Znaczenie różnic między ogniwami dla wydajności i żywotności akumulatorów wykazały już wcześniejsze badania. W niedawno opublikowanej pracy, której współautorem jest Changfu Zou z tej samej uczelni, naukowcy stwierdzili, że najsłabsze ogniwa wyraźnie ograniczają wykorzystanie całego pakietu.
Jak działa rekonfigurowalny pakiet akumulatorowy
W omawianym badaniu naukowcy ocenili korzyści wynikające z zastosowania rekonfigurowalnych pakietów akumulatorowych. W takich pakietach przełączniki i układy sterowania umożliwiają zmianę połączeń między ogniwami. Dzięki omijaniu słabszych ogniw można wykorzystać większą część pozostałej pojemności.
W modelach najbardziej zaawansowana konfiguracja, umożliwiająca niezależne sterowanie każdym ogniwem, może wydłużyć żywotność akumulatora trakcyjnego o ponad 20% w niektórych pojazdach wysokonapięciowych, takich jak elektryczne samochody ciężarowe i samochody osobowe o dużym zasięgu. W praktyce bardziej prawdopodobne jest sterowanie grupami ogniw. Wartość ta stanowi więc teoretyczną górną granicę.
Rekonfiguracja nie jest kwestią »włączone albo wyłączone«. To spektrum, a miejsce, które producent wybierze na tym spektrum, decyduje o tym, jaką część potencjalnych korzyści da się zrealizować – mówi Changfu Zou, profesor na tym samym wydziale i współautor badania.
Żywotność a koszt akumulatora trakcyjnego – wyniki analizy
Aby zilustrować znaczenie wyników, naukowcy przeanalizowali typowy akumulator trakcyjny pojazdu EV o energii nominalnej 80 kWh przy rocznym przebiegu 12 000 km. W analizie przyjęto wymianę konwencjonalnego pakietu po 10 latach, zgodnie z obecną praktyką branżową. Pakiet rekonfigurowalny osiąga w modelu ten sam punkt po ok. 11 latach, czyli mniej więcej o 14 miesięcy później. Dzięki mniejszej degradacji wskutek starzenia zachowuje on również wyższą wartość rezydualną, czyli wartość pozostałą na koniec analizowanego okresu.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Dla prywatnego właściciela samochodu elektrycznego to duża zaleta, że akumulator auta wytrzymuje dłużej. W przypadku floty z setkami pakietów akumulatorowych wydłużenie żywotności akumulatora może oznaczać znaczne oszczędności – mówi Albert Škegro.
Według komunikatu uczelni technologia nie jest jeszcze stosowana w pojazdach produkowanych seryjnie, ale była testowana w prototypach badawczych i przemysłowych. Dodatkowa elektronika zwiększa koszt początkowy. Wyniki analizy wskazują jednak, że w wielu realistycznych warunkach dłuższa żywotność i wyższa wartość rezydualna mogą zrekompensować ten wydatek. Największy potencjał dotyczy pojazdów wysokonapięciowych o dużym zasięgu i z wieloma ogniwami połączonymi szeregowo.
Dobór ogniw i drugie życie akumulatorów trakcyjnych
Naukowcy wskazują także na korzyści środowiskowe. Obecnie podczas produkcji znaczne zasoby przeznacza się na testowanie i dobieranie ogniw o zbliżonych parametrach. Rekonfigurowalne pakiety mogą tolerować większe różnice między ogniwami, co mogłoby ograniczyć potrzebę ich precyzyjnego doboru. Większa część pakietów może też otrzymać drugie życie, np. jako stacjonarne magazyny energii.
Pakiet akumulatorowy wycofany z eksploatacji przedwcześnie oznacza zarówno zmarnowany materiał, jak i zmarnowaną energię. Dłuższe utrzymywanie pakietów akumulatorowych w użyciu jest więc argumentem za zrównoważonym rozwojem, jeszcze zanim weźmie się pod uwagę aspekt ekonomiczny – mówi Albert Škegro.
Badanie Chalmersa opublikowane w „Nature Communications”
Badanie „System-level assessment of dynamic reconfiguration for lifetime and cost outcomes in electric vehicle battery packs” opublikowano 8 lipca 2026 r. w „Nature Communications”. Jego autorami są Albert Škegro, Torsten Wik i Changfu Zou z Uniwersytetu Technologicznego Chalmersa, Bo Bijlenga z PHINIA Inc. w Åmål oraz Alexander Bessman ze Scania CV AB w Södertälje.
Źródło informacji: Chalmers University of Technology
