Lūžta EV įkrovimo kliūtis su tiksliu aušinimu

Greitas nuolatinės srovės įkrovimas gali įkrauti elektromobilio akumuliatorių nuo maždaug 20 procentų iki 80 procentų per 20 minučių. Tai nėra blogai, bet vis tiek maždaug šešis kartus ilgiau, nei reikia užpildyti įprastos benzinu varomos transporto priemonės baką.

Viena iš pagrindinių dar greitesnio įkrovimo kliūčių yra aušinimas, ypač netolygus aušinimas didelių elektromobilių akumuliatorių blokuose, kai pakuotė kraunama. HidrohercasDidžiosios Britanijos startuolis, kurį įkūrė buvę automobilių sporto ir elektros elektronikos inžinieriai, teigia, kad turi išeitį: paleisti skystą aušinimo skystį tiksliai ten, kur jo reikia įkrovimo metu. Jo sprendimas, paskelbtas lapkritį, yra rotacinis aušinimo skysčio maršrutizatorius, kuris paleidžia aušinimo skystį tiksliai ten, kur pakyla temperatūra, ir per milisekundes – daug greičiau, nei gali reaguoti bet kuri vienos kilpos sistema. Laboratorinių bandymų metu ši aušinimo technologija leido saugiai įkrauti EV bateriją per mažiau nei pusę laiko, nei buvo įmanoma naudojant įprastą aušinimo architektūrą.

Sumanesnis būdas perkelti aušinimo skystį

„Hydrohertz“ savo sprendimą vadina „Dectravalve“. Jis atrodo kaip paprastas kolektorius, tačiau jame yra du koncentriniai cilindrai ir žingsninis variklis, nukreipiantis aušinimo skystį į keturias akumuliatoriaus bloko zonas. Jis sumontuotas tarp pakuotės šaltų plokščiųkurios skirtos efektyviai pašalinti šilumą iš akumuliatoriaus elementų per fizinį kontaktą ir pagrindinę aušinimo skysčio tiekimo kilpą, pakeičiant vožtuvų, laikiklių, jutiklių ir žarnų raizginį.

Kad sąnaudos būtų mažos, Hydrohertz sukūrė „Dectravalve“, kad būtų galima gaminti naudojant jau paruoštas medžiagas, sandariklius ir leistinus nuokrypius. Jei viskas būtų paprasta ir palyginti pigu, „Dectravalve“ galėtų pasivyti automobilių gamintojus ir tiekėjus, garsėjančius taupumu. „Šiluminis valdymas linkęs paprastumo ir itin mažų sąnaudų“, – sako Chao-Yang Wangmechanikos ir chemijos inžinerijos profesorius Penn State kurių tyrimų sritys apima problemų, susijusių su baterijų ir kuro elementų vidiniais skysčiais, sprendimą. Jis pažymi, kad automobilių gamintojai norėtų pasyvaus aušinimo, bet ne, jei jis sulėtina greitą įkrovimą. Taigi, bent jau kol kas išmanusis valdymas yra būtinas.

„Jei „Dectravalve“ veiks taip, kaip reklamuojama, tikiuosi, kad baterijos tarnavimo laikas pagerėtų maždaug 20 procentų, o tai yra daug.
– Anna Stefanopoulou, Mičigano universitetas

„Hydrohertz“ sukūrė „Dectravalve“, kad veiktų su įprastu vandens glikoliu, kitaip vadinamu antifrizu, todėl integravimas yra paprastas. Naudojant bendrąjį antifrizą išvengiama patvirtinimo proceso etapo, kai tiekėjas arba EV gamintojas turėtų nustatyti, ar tam tikra speciali formulė yra suderinama su likusia aušinimo sistema ir nesukelia nenumatytų komplikacijų. Kadangi vienas „Dectravalve“ gali pakeisti kelis įprastos aušinimo sistemos vožtuvus ir vandentiekio mazgus, jis sumažina dalių skaičių, sumažina nuotėkio vietas ir sumažina garantijos riziką, teigia „Hydrohertz“ įkūrėjas ir technologijų vadovas Martynas Talbotas. Griežtesnė šiluminė kontrolė taip pat leidžia automobilių gamintojams susitraukti per didelius siurblius, žarnas ir šilumokaičius, taip pagerinant išlaidas ir transporto priemonių pakuotę.

Vožtuvas kelis kartus per sekundę nuskaito pakuotės temperatūrą ir akimirksniu pakeičia aušinimo skysčio srautą. Jei artėja didelės apkrovos įvykis, pavyzdžiui, greitas įkrovimas, jis iš anksto išsidėsto, kad daugiau aušinimo skysčio būtų paskirstyta į žinomus karštus taškus, kol jose nepakyla temperatūra.

Kelių zonų valdymas taip pat gali pagreitinti įšilimą, kad būtų išvengta akumuliatoriaus gedimo dėl įkrovimo esant šaltai temperatūrai. „Galite siųsti šildantį skystį, kad pusė pakuotės greitai pašildytų, kad ji galėtų saugiai imti apkrovą“, – sako Anna Stefanopoulou, Mičigano universiteto mechanikos inžinerijos profesorė, kuri specializuojasi valdymo sistemų, energijos ir transportavimo technologijų srityse. Ta pusė gali pradėti priimti apkrovą, o sistema pradeda šildyti likusią pakuotės dalį laipsniškai, aiškina ji. Tačiau pagrindinė „Dectravalve“ funkcija išlieka aušinti greitai įkaistančias varginančius elementus, kad jie nesulėtėtų įkrovimo.

Greitas reagavimas į temperatūros pokyčius akumuliatoriaus viduje nepadidina aušinimo pajėgumo, tačiau daug veiksmingiau išnaudoja esamą techninę įrangą. „Tiksliau valdykite aušinimo skystį ir gausite daugiau našumo nemokamai“, – sako Talbot.

Įkrovimo laikas gali būti sutrumpintas 60 procentų

2025 m. pradžioje „Dectravalve“ buvo išbandytas ant stendo, kurį atliko Warwick Manufacturing Group (WMG), Koventry (Anglija) esančio Varviko universiteto daugiadalykis tyrimų centras, bendradarbiaujantis su transporto įmonėmis, kad pagerintų akumuliatorių sistemų ir kitų technologijų gamybos galimybes. WMG palygino „Dectravalve“ aušinimo efektyvumą su įprastos vienos kilpos aušinimo sistema, naudojant tą patį 100 kilovatvalandžių akumuliatorių. Per 10–80 procentų greito įkrovimo bandymus „Dectravalve“ išlaikė aukščiausią elementų temperatūrą žemiau 44,5 °C ir išlaikė temperatūros skirtumus tarp elementų iki šiek tiek žemiau 3 °C be akumuliatoriaus valdymo sistemos įsikišimo. Panašus vienos kilpos sistemos šiluminis našumas buvo įmanomas tik sumažinus akumuliatoriaus priimtiną galią – tai labai siaurėjanti, todėl greitas įkrovimas neprilygsta degalų papildymui.

Svarbiausia buvo išlaikyti elementų temperatūrą žemesnę nei 50 ° C, nes virš šios temperatūros prasideda ličio dengimas. Akumuliatorius patiria negrįžtamą žalą, kai ličiu pradeda dengti anodo paviršių – baterijos dalį, kurioje kaupiamas elektros krūvis įkrovimo metu – užuot užpildęs vidinį porų tinklą, kaip tai daro vanduo, kai jį sugeria kempinė. Dengimas labai sumažina akumuliatoriaus įkrovos talpą. Leisdami akumuliatoriui įkaisti per daug, elektrolitas taip pat gali sugesti. Rezultatas yra slopinamas jonų srautas tarp elektrodų. Sumažėjęs srautas akumuliatoriuje reiškia sumažėjusį srautą išorinėje grandinėje, kuri maitina transporto priemonės variklius.

Kadangi „Dectravalve“ palaiko žemą ir vienodą temperatūrą, o akumuliatoriaus valdymo sistemai nereikėjo žaisti energijos eismo policininko ir lėto įkrovimo, kad būtų išvengta perkaitimo, įkrovimo laikas sutrumpėjo maždaug 60 procentų. Remiantis Hydrohertz, naudojant „Dectravalve“ akumuliatorius pasiekė 80 procentų įkrovimo būseną per 10–13 minučių, o naudojant vieną aušinimo kilpą – 30 minučių.

Kai baterijos laikomos vėsios, jos tarnauja ilgiau

Naudodamasi Warwick temperatūros duomenimis, Hydrohertz taikė standartinius degradacijos modelius ir nustatė, kad vėsesnės, vienodesnės pakuotės tarnauja ilgiau. Stefanopoulou apskaičiavo, kad jei „Dectravalve“ veiks taip, kaip reklamuojama, baterijos veikimo laikas gali pailgėti maždaug 20 procentų. „Tai daug“, – sako ji.

Vis dėlto gali praeiti metai, kol sistema pasirodys naujuose elektromobiliuose, jei kada nors. Automobilių gamintojams prireiks metų ciklo bandymų, avarijų bandymų ir sąnaudų tyrimų, prieš pradėdami naudoti naują aušinimo skysčio architektūrą. „Hydrohertz“ teigia, kad keli elektromobilių gamintojai ir baterijų tiekėjai pradėjo patvirtinimo programas, o Talbot tikisi, kad licencijavimo sandoriai sustiprės, kai bus gauti rezultatai. Tačiau net ir geriausiu atveju „Dectravalve“ nelaikys gamybinio modelio elektromobilių baterijų vėsioje bent trejus modelio metus.