Ny svensk teknik kan ge elbilsbatterier längre liv

Forskare vid Chalmers tekniska högskola i Göteborg har tillsammans med industripartner undersökt en ny batterikonstruktion. Resultaten visar att batteriets livslängd i vissa fall kan förlängas med över 20 procent genom att svaga battericeller kopplas förbi.

Tekniken skulle kunna minska behovet av kostsamma batteribyten och göra det möjligt att använda större delar av batteriets ursprungliga kapacitet.

En enda cell kan begränsa hela batteriet

Ett modernt elbilsbatteri består av hundratals eller tusentals individuella battericeller som tillsammans lagrar den energi bilen behöver.

Problemet är att cellerna inte åldras i samma takt. Skillnader i tillverkning, temperatur och användning gör att vissa celler förlorar kapacitet snabbare än andra.

I traditionella batteripaket är cellerna sammankopplade i en fast struktur. Det innebär att en svag cell kan begränsa hur mycket energi hela batteripaketet kan leverera, även om majoriteten av cellerna fortfarande är i gott skick.

Det är just detta forskarna vill förändra.

Batteriet kan koppla bort sina svagaste celler

Den nya lösningen bygger på så kallade omkonfigurerbara batteripaket.

I stället för att använda fasta elektriska kopplingar utrustas batteriet med elektroniska brytare och ett intelligent styrsystem.

När en cell börjar prestera sämre kan systemet ändra hur cellerna är sammankopplade. Strömmen leds då förbi den svaga cellen medan resten av batteriet fortsätter att användas.

Det betyder inte att den skadade eller utslitna cellen repareras. I stället kan batteriet utnyttja de fungerande cellerna mer effektivt.

Forskarna har undersökt flera varianter av tekniken. Störst effekt uppnås när varje battericell kan styras individuellt, men en sådan konstruktion kräver också mer avancerad elektronik.

En enklare lösning är att styra grupper av celler tillsammans. Det kan bli mer realistiskt för biltillverkare, även om livslängdsvinsten då kan bli mindre.

Batteribytet kan skjutas upp med 14 månader

För att undersöka den ekonomiska betydelsen har forskarna modellerat ett elbilsbatteri på 80 kWh. Beräkningen utgår från en bil som körs 12 000 kilometer per år och där ett traditionellt batteripaket antas behöva bytas efter tio år.

Med den nya batterikonstruktionen kunde motsvarande batteribyte skjutas upp med omkring 14 månader. Det är en betydande skillnad för den som planerar att behålla sin elbil under många år.

Samtidigt betonar forskarna att livslängdsökningen på över 20 procent gäller under särskilt gynnsamma förhållanden. Den ska inte tolkas som en garanterad förbättring för alla elbilar.

Den största potentialen finns i fordon med många seriekopplade battericeller, exempelvis långdistanselbilar och elektriska lastbilar.

Dyrare att tillverka, men billigare i längden

En nackdel är att den nya batterikonstruktionen kräver fler elektroniska komponenter.

Enligt Chalmers beräkningar skulle den extra hårdvaran öka batteripaketets tillverkningskostnad med omkring 9 procent vid den produktionsvolym som undersökts.

Trots det kan tekniken bli ekonomiskt fördelaktig. Batteriet behöver inte bytas lika tidigt och kan dessutom ha ett högre restvärde när det tas ur bilen.

Forskarna identifierade särskilt gynnsamma förhållanden för batterier över cirka 50 kWh, med en årlig körsträcka under 12 150 kilometer och en merkostnad för tekniken under ungefär 7 procent.

Det är intressant ur ett svenskt perspektiv eftersom en privatägd personbil i Sverige enligt Chalmers i genomsnitt körs omkring 11 400 kilometer per år.

Volvo har redan testat liknande teknik

Omkonfigurerbara batterier är fortfarande under utveckling, men tekniken har redan demonstrerats i prototyper.

Volvo Cars har exempelvis arbetat med ett koncept kallat SmartCell. Även andra fordonstillverkare har undersökt liknande lösningar.

Den aktuella forskningsstudien har genomförts av forskare vid Chalmers tillsammans med representanter från bland annat Scania och Phinia Sweden.

Än så länge finns dock inga serietillverkade personbilar eller lastbilar på marknaden med den batteriarkitektur som studien undersöker.

För dagens elbilsägare innebär forskningen därför inte att befintliga batterier plötsligt kan få längre livslängd genom en mjukvaruuppdatering. Lösningen kräver en annan konstruktion med särskilda elektroniska brytare.

På längre sikt kan tekniken däremot förändra hur elbilsbatterier byggs. Om fler battericeller kan fortsätta användas trots att några har försämrats kan både batteribyten och materialförbrukning minska.

Det kan också bli enklare att återanvända gamla elbilsbatterier som energilager när de inte längre passar för fordonsdrift.