Een elektrische auto waarvan de batterij langer meegaat, zonder dat daarvoor nieuwe batterijchemie nodig is. Zweedse onderzoekers hebben een slimme batterijarchitectuur ontwikkeld die verouderde cellen automatisch kan omzeilen. Volgens computersimulaties kan dat de levensduur van een accupakket met meer dan 20 procent verlengen.
De batterij is een van de duurste onderdelen van een elektrische auto. Hoewel moderne lithium-ionaccu’s steeds langer meegaan, blijft één probleem bestaan: niet alle batterijcellen verouderen even snel. Zoals we eerder op TW.nl beschreven, kan een relatief zwakke cel de levensduur van een compleet accupakket flink beperken. Uit jarenlang praktijkonderzoek bleek zelfs dat dit de levensduur bij elektrische bussen met maximaal 22,8 procent kan verkorten.
Onderzoekers van de Chalmers University of Technology in Zweden denken daarvoor een oplossing te hebben gevonden. Hun onderzoek, gepubliceerd in Nature Communications, laat zien hoe een flexibel batterijontwerp de levensduur aanzienlijk kan verlengen
Batterij schakelt zwakke cellen automatisch uit
In conventionele accupakketten zijn batterijcellen volgens een grotendeels vaste configuratie met elkaar verbonden. Wanneer één cel sneller capaciteit verliest, kan die de laad- en ontlaadmogelijkheden van de hele reeks beperken. De Zweedse onderzoekers stellen een zogenoemd reconfigureerbaar accupakket voor. Hierbij kunnen elektronische schakelaars de onderlinge verbindingen tijdens het gebruik aanpassen.
Wanneer een cel te sterk achteruitgaat, kan het batterijmanagementsysteem deze elektrisch omzeilen. De overige cellen blijven functioneren, waardoor meer van de beschikbare batterijcapaciteit benut kan worden. Het bijzondere is dat deze aanpak niet afhankelijk is van een revolutionair nieuw batterijmateriaal. De innovatie zit vooral in de vermogenselektronica en de software die de cellen aanstuurt.
Accuvervanging ruim een jaar uitgesteld
Om de mogelijke voordelen te onderzoeken, simuleerden de onderzoekers uiteenlopende batterijtypen, temperaturen, gebruikspatronen en verouderingsprocessen. Per scenario voerden ze duizend Monte Carlo-simulaties uit.
Bij een gesimuleerd accupakket van 80 kWh kon een noodzakelijke vervanging ongeveer veertien maanden worden uitgesteld. De grootste potentiële verbetering, meer dan 20 procent, trad op onder gunstige omstandigheden bij hoogspanningssystemen. Dat maakt de technologie vooral interessant voor elektrische vrachtwagens en personenauto’s met grote accupakketten.
Financieel aantrekkelijk
Meer schakelaars betekenen uiteraard extra kosten, complexiteit en mogelijk extra storingspunten. Toch wijzen de economische berekeningen op interessante mogelijkheden. Vooral bij accupakketten groter dan circa 50 kWh kan de langere levensduur financieel aantrekkelijk zijn, mits de meerkosten beperkt blijven. Ook een hogere restwaarde kan de investering helpen terugverdienen.
Daarnaast biedt de technologie mogelijk voordelen voor de circulaire economie. Accupakketten waarvan enkele cellen sterk zijn verouderd, zouden langer bruikbaar kunnen blijven, bijvoorbeeld voor stationaire energieopslag.
Praktijk moet het nog bewijzen
De levensduurwinst is voornamelijk gebaseerd op computersimulaties, niet op jarenlang praktijkgebruik in productieauto’s. Bovendien veronderstelt de maximale verbetering dat afzonderlijke cellen individueel kunnen worden aangestuurd. In commerciële accupakketten ligt schakeling per groep cellen meer voor de hand, omdat dat goedkoper en eenvoudiger is.
De volgende uitdaging is daarom om aan te tonen dat de voordelen opwegen tegen de extra elektronica, warmteontwikkeling en technische complexiteit. Als dat lukt, kan deze aanpak een interessante verschuiving betekenen: niet alleen betere batterijcellen ontwikkelen, maar vooral slimmer omgaan met de cellen die er al zijn.
