De batterij vormt het hart van elektrische voertuigen. Onderzoekers van Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) hebben een opslagmedium ontwikkeld, dat over zijn totale levensloop beduidend goedkoper moet zijn dan de huidige modellen. Als een van de meer dan honderd cellen van deze intelligente batterij defect raakt, kan deze eenvoudig worden verwisseld. Tot nu toe wordt daarvoor de complete accu verwisseld.
Het hart van elektrische voertuigen wordt gevormd door hun batterijen. Tot nu toe is dit een monolietblock, waarin aparte batterijcellen en de noodzakelijke techniek zijn aangebracht. In principe zouden alle aparte cellen in theorie evenveel energie kunnen opslaan.
In de praktijk blijkt dat anders te zijn: vanuit de productie variëren de capaciteiten. Dat is een probleem omdat de cellen in serie zijn geschakeld. Daardoor is de totale batterij even sterk als de zwakste cel. Als deze leeg is, heb je aan de restenergie uit andere batterijen niets meer. De auto moet dus aan de lading.
Fabrikanten gaan daarom over op voorselectie en bouwen telkens een accu van cellen met een gelijke capaciteit. Omdat ook een aantal cellen wordt uitgeselecteerd, drijft dat de prijs van de batterijen op. Een ander manco: als er een cel defect is, staat het voertuig stil. Dat betekent, dat de complete energie opslag (complete batterij) moet worden vervangen.
Intelligente batterij
Onderzoekers van Fraunhofer-IPA hebben een alternatief opgezet: modulaire batterijsystemen lossen deze problemen op. De truc: elke batterijcel beschikt over een eigen geïntegreerde microcontroller, die fysieke parameters als temperatuur en ladingstoestand van de cel opneemt. Elke cel kent zijn eigen bedrijfstoestand.
Via al beschikbare hoogspanningskabels tussen de batterijcellen, waarmee de opgeslagen energie naar de gebruikers wordt geleid, ‘praten’ de cellen met elkaar. Men spreekt hierbij van powerline communicatie. De batterijen kunnen ook communiceren met andere apparatuur zoals de boordcomputer, die uit de data van de cellen berekend hoeveel rest energie de gehele batterij nog beschikbaar heeft.
Als een cel leeg is terwijl de anderen nog energie in voorraad hebben, hoeft de auto niet stil te blijven staan. De lege batterij koppelt zichzelf eenvoudig uit de schakeling en laat de stroom aan zich voorbijgaan. De anderen leveren nog steeds energie. Afhankelijk van de celkwaliteit zou de actieradius op deze manier met 4% kunnen worden verhoogd. In de loop van de tijd wordt het effect nog verder versterkt: als men bij een oudere batterij telkens lege cellen uitschakelt, valt aan te nemen dat tot 10% meer actieradius kan worden bereikt.
Kosten e-mobiliteit
Omdat een cel met een lagere capaciteit nauwelijks invloed meer heeft op de actieradius van de auto hoeven de producenten deze er niet meer vooraf uit te sorteren. Daardoor zouden de kosten beduidend kunnen dalen. Bovendien passen de capaciteit van de cellen zich in de loop der tijd aan elkaar aan. Exemplaren die minder energie opslaan, worden eerder afgekoppeld. De werkende cellen gaan daardoor overeenkomstig langer mee maar verouderen ook sneller: hun capaciteit daalt ook.
Zou een batterijcel zelfs compleet uitvallen, dan nog hoeft de chauffeur niet direct naar de werkplaats. De auto beschikt over meer dan honderd cellen en het komt dus niet op die ene cel aan. Als de bestuurder toch een reparatie wil, is het mogelijk om in plaats van de complete batterij maar een enkele cel te verwisselen.
Een prototype van de batterijcel hebben de onderzoekers al ontwikkeld. Nu moet de elektronica in de cellen nog worden verkleind. De wetenschappers willen er voor zorgen, dat deze minder dan € 1 kosten. Een deel van de ontwikkeling zullen de onderzoekers verder uitwerken in het EU project 3Ccar.
