Una coppia di ricercatori dell'Università di Toledo (UT) ha sviluppato un sistema di immagazzinamento dell'energia che aumenta la longevità e le prestazioni dei pacchi batteria nei veicoli elettrici, nei satelliti, negli aerei, nelle stazioni della rete e altro.

La ricerca è pubblicata in Batterie, un giornale internazionale, e lo fu presentato al Advanced Design and Manufacturing Expo presso l'Huntington Convention Center di Cleveland marzo 7.

Batterie convenzionali

Le batterie sono costituite da una serie di celle collegate. La potenza di una batteria è limitata alla capacità della sua cella più debole, quindi tutti i livelli di tensione delle celle devono essere bilanciati affinché una batteria funzioni in modo efficiente. Nel corso del tempo, il bilanciamento delle celle in una batteria inizia a scivolare e la potenza della batteria cade a quella della sua cella più debole.

In passato, i tecnici delle batterie tentavano di mantenere il bilanciamento delle loro batterie usando un equalizzatore passivo, che perde energia preziosa, o un equalizzatore attivo, che costa 10 volte tanto quanto un equalizzatore passivo.

nuova tecnologia

Questa tecnologia rivoluzionaria, chiamata equalizzatore a due livelli, combina tuttavia il basso costo degli equalizzatori passivi con le alte prestazioni di un equalizzatore attivo.

"Prima dell'equalizzatore bilivello, c'erano due opzioni per bilanciare le celle", ha detto Ngalula Mubenga, assistente professore di tecnologia elettrotecnica presso UT.

"Le persone del settore erano consapevoli del problema delle cellule deboli, ma non potevano fare nulla a causa dei costi", ha continuato. “L'equalizzatore bilivello offre un'opzione a basso costo e con prestazioni elevate. Questa è un'opzione ideale per i sistemi di accumulo di energia con batteria agli ioni di litio che deve essere economica e durare a lungo. L'equalizzatore bilivello aumenta la capacità di scarica di oltre il 30 percento e aumenta la longevità del pacco batteria perché le celle sono bilanciate. "

L'equalizzatore a due livelli funziona raggruppando le celle della batteria in sezioni da quattro a celle 14, ha detto Mubenga. All'interno di ciascuna sezione, ogni cella specifica viene bilanciata con un equalizzatore passivo e un equalizzatore attivo funziona per bilanciare la tensione dell'intera sezione.

"In passato, al fine di equalizzare un banco di batterie con celle 192, simile a una batteria per veicoli ibridi, un progettista avrebbe usato unità di equalizzazione attive 192", ha affermato Mubenga. “Con l'equalizzatore bilivello, lo stack è diviso in sezioni 16 di celle 12, che richiedono solo unità di equalizzazione attive 15. Ricorda che l'equalizzatore attivo costa circa 10 volte l'equalizzatore passivo, quindi si tratta di un notevole risparmio sui costi ".

Ispirazione

Per Mubenga, cresciuto in una regione povera di energia nella Repubblica Democratica del Congo in Africa, questo studio colpisce vicino a casa.

Quando aveva solo 17, scoppiò l'appendice di Mubenga. Poiché non c'era energia all'ospedale, dovette attendere tre giorni prima di poter essere operata.

"Sono quasi morto a causa della mancanza di elettricità", ha detto Mubenga. "Mi sono ammalato e ho dovuto subire un intervento chirurgico, ma non c'era carburante per avviare il generatore di corrente in ospedale. Quindi, la mia vita è dipesa dall'elettricità per tre giorni. Questo è quando ho capito che l'elettricità salva la vita. Ho quindi deciso di diventare un ingegnere elettrico in modo che un giorno avrei guidato un'azienda che fornisce elettricità in luoghi come quella piccola città. "

Fu quindi immediatamente incuriosita quando il suo collega, Tom Stuart, professore emerito nel Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica del UT, è venuto da lei con l'idea dell'equalizzatore a due livelli.

"All'epoca avevo appena iniziato il mio dottorato di ricerca in ingegneria elettrica presso l'Università di Toledo e stavo cercando un grande progetto in grado di risolvere un problema legato ai miei principali interessi, che erano le energie rinnovabili e i veicoli elettrici", ha affermato Mubenga. “Un sistema di gestione della batteria ha sicuramente servito entrambi gli interessi. Quindi quando Tom ha menzionato la sua idea, ero ansioso di lavorare con lui per sviluppare l'equalizzatore bilivello ".

Mubenga ha modellato la maggior parte della sua carriera professionale dopo aver aiutato quelli nel suo paese natale.

Dopo aver conseguito la licenza di ingegnere in Ohio, Mubenga ha fondato la sua società, denominata SMIN Power Group, che aiuta le comunità nella Repubblica Democratica del Congo sviluppando e installando sistemi di energia solare.

Mubenga riconosce anche che il progresso delle batterie agli ioni di litio aiuterebbe l'economia del suo paese natale.

"La maggior parte dei minerali per l'elettronica di oggi vengono estratti nella Repubblica Democratica del Congo", ha detto Mubenga in una nota. “La Repubblica Democratica del Congo è uno dei principali produttori mondiali di cobalto, rame, oro, diamanti, tantalio e stagno. In effetti, la Repubblica Democratica del Congo contiene circa il 50 per cento della riserva mondiale di cobalto, un minerale utilizzato per produrre batterie agli ioni di litio ".

I ricercatori stanno autorizzando la loro invenzione ai produttori.