Вместо того, чтобы заменять всю батарею, что является громоздким и требует большого и тяжелого оборудования, инженеры планируют заменять и перезаряжать меньшие блоки внутри батареи, известные как модули. Они назвали проект Modular Battery Exchange and Active Management, или сокращенно M-BEAM.Инженеры уже приобрели и переоборудовали четырехдверный Volkswagen Golf 2002 года выпуска.
Они также построили все модули для одного из двух аккумуляторных блоков, которые планируют использовать, и теперь ищут спонсоров для своего проекта, включая компании или частных лиц, которые ценят преимущества наличия небольших сменных аккумуляторных модулей в электромобиле.«Эта технология меняет правила игры», — сказал Лу Шринкл, инженер-электрик, который является одним из основных спонсоров проекта. «Эта идея может показаться простой, но нам пришлось решить ряд сложных технических проблем, чтобы сделать эту систему надежной и практичной».Замена аккумуляторных модулей также может иметь далеко идущие последствия для мобильных и децентрализованных систем хранения электроэнергии, таких как резервные солнечные батареи и портативные генераторы. По словам Шринкл, эта технология может сделать накопление энергии более настраиваемым, повысить безопасность, упростить обслуживание и в конечном итоге исключить использование ископаемого топлива для этих приложений.
Инженеры не только верят в жизнеспособность своего подхода, но и планируют его доказать. Они отправятся в путешествие по пересеченной местности на автомобиле, работающем от съемных перезаряжаемых аккумуляторных модулей M-BEAM.
Они планируют ездить от побережья к берегу только с перерывами на несколько минут, чтобы поменять модули, которые будут перезаряжаться в автомобиле погони. Они считают, что могут проехать от Сан-Диего до побережья Южной Каролины менее 60 часов — не превышая ограничения скорости.«Это требует совершенно другого подхода к управлению батареями», — сказал Раймон де Каллафон, профессор машиностроения в инженерной школе Джейкобса в Калифорнийском университете в Сан-Диего. «Емкость накопления электроэнергии увеличивается при параллельном подключении модулей, но это требует тщательного контроля паразитных токов между модулями».Алгоритмы оценки заряда и контроля тока
Команда под руководством де Каллафона разрабатывает алгоритмы оценки заряда и контроля тока, реализованные во встроенной системе, которая является частью системы управления батареями для каждого модуля. Алгоритмы смогут работать с аккумуляторными модулями с разным уровнем заряда, химическим составом, возрастом и состоянием и обеспечивать единообразную совместную работу модулей. Команда опубликовала свои выводы в недавнем документе под названием «Текущее планирование для модулей батарей с параллельным понижающим током» на Всемирном конгрессе МФБ, состоявшемся в Кейптауне, Южная Африка, в августе 2014 года.Синь Чжао, аспирант, входящий в состав команды, объясняет в статье, что сменные аккумуляторные модули в электромобилях решат множество проблем.
Возможность просто менять местами и комбинировать аккумуляторные модули устранит опасения по поводу дальности и расширит диапазон, в котором автомобили могут путешествовать бесконечно — средний запас хода наиболее доступных электромобилей составляет от 70 до 100 миль на одной зарядке. Сами батареи заряжаются от 4 до 12 часов от обычных источников питания. Более новая технология быстрой зарядки по-прежнему занимает около 30 минут и предполагает использование очень высокой мощности от батарей, что сокращает их срок службы и снижает безопасность.Что бы изменить
Команда говорит, что у их подхода к подзарядке и замене меньших модулей в большой батарее есть много преимуществ. Такой подход позволяет разделить покупку электромобиля и его аккумуляторной батареи. Цена на электромобили упадет примерно на 10 000 долларов, если съемные аккумуляторные модули будут сдаваться в аренду, а не встраиваться в электромобиль.Кроме того, на сегодняшний день более 40 процентов людей, живущих в городах, не имеют доступа к розеткам для зарядки своих электромобилей у обочины или в гараже.
Сменные модули можно было вынуть из машины и зарядить дома. Сменные модули также позволят расширить сочетание химического состава и плотности энергии, снизив затраты и улучшив диапазон. Съемные батареи можно даже принести в дом для зарядки и включения в систему резервного электроснабжения.Проблемы и будущая работа
Но есть проблемы. От 20 до 30 фунтов. каждый, модули не совсем легкие. Исследователи полагают, что по мере развития аккумуляторных технологий размер модуля уменьшится примерно до размера коробки для салфеток и весит менее 10 фунтов.
Возможность замены аккумуляторных модулей электромобиля позволяет легко адаптировать такую новую аккумуляторную технологию.Система батарей, основанная на сменных модулях, также потребует инфраструктуры, позволяющей пользователям арендовать или покупать перезаряжаемые модули. Компании, которые либо заряжают модули, либо сдают в аренду предварительно заряженные модули, также должны быть доступны по всей стране. Но инженеры отмечают, что станции зарядки электромобилей, особенно станции быстрой зарядки, также не являются широко доступными.
Станции обмена можно легко развернуть постепенно. Представьте, что вы просто меняете свои модули на местной заправочной станции, которая заряжает их для вас, так же, как вы можете заправить баллоны пропаном сегодня.Опасность поражения электрическим током может возникнуть при снятии и замене высоковольтных модулей. Система управления аккумулятором, разработанная исследовательской группой, гарантирует, что выходное напряжение аккумулятора равно нулю, если аккумулятор не находится в автомобиле и не включается переключателем с ключом.
Модули сконфигурированы так, чтобы показывать только безопасное низкое напряжение, даже если они полностью нарушены во время и после аварии, и имеют встроенные твердотельные переключатели для работы в условиях короткого замыкания.Профессор де Каллафон увлечен разработкой и испытанием аккумуляторных модулей в поездке по пересеченной местности на электромобиле. «Поездка по пересеченной местности позволит получить множество научных данных о характеристиках разработанных нами аккумуляторных модулей».
Команда надеется, что поездка по пересеченной местности изменит наше представление о мобильных накопителях энергии для электротранспорта.