Znanstvenici iz Hrvatske i Kazahstana razvili tehnologiju ubrzanog punjenja za litij-titanatne baterije
Hrvatski znanstvenici sudjelovali su u projektu koji je rezultirao razvojem bržeg punjenja vrste litij-ionskih baterija. Punjenje je sada kraće za 10 do 25 posto, a kako bi se postiglo, dovoljno je samo izmijeniti softver za punjenje.
Istraživači sa Sveučilišta u Zagrebu, zagrebačke tvrtke AVL-AST i Južnokazahstanskog sveučilišta razvili su poboljšani sustav punjenja za litij-titanatne baterije. Kako izvještava GlobalEnergyPrize.org, on omogućuje značajno smanjenje vremena punjenja bez kompromisa u pogledu pouzdanosti i trajnosti baterija. Za primjenu ove tehnologije nije potrebno mijenjati postojeću opremu – dovoljno je ažurirati softver postojećeg punjača.
Litij-titanatne baterije su posebna vrsta dobro poznatih litij-ionskih baterija. Specifične su po anodi, koja je kod njih izrađena od litij-titanata (Li₄Ti₅O₁₂). Odlikuju se velikom brzinom punjenja, stabilnim radom pri niskim temperaturama i iznimno dugim vijekom trajanja. Mogu podnijeti preko 20.000 ciklusa punjenja i pražnjenja. Zbog tih svojstava koriste se u električnim vozilima, uključujući e-autobuse i vlakove, u pomorskim plovilima, zrakoplovstvu te u sustavima za akumulaciju energije, osobito u solarnim i hibridnim elektranama. Međutim, kako bi im se produljio vijek trajanja i osigurala sigurna uporaba, tijekom punjenja potrebno je vrlo precizno upravljanje naponom i strujom.
Bolji način punjenja baterija
Baterije se u pravilu pune prema standardnoj shemi: prvo izravnom strujom, a nakon postizanja unaprijed određene granice, punjač prelazi na način rada sa stalnim naponom, pri čemu se struja postupno smanjuje. Taj se postupak naziva stalna struja / stalni napon (Constant Current / Constant Voltage – CCCV). Iako jednostavan i široko primjenjivan, ne uzima u obzir stvarno stanje baterije, zbog čega punjenje često traje dulje nego što je potrebno, osobito ako baterija nije bila potpuno ispražnjena.
Kako bi riješili taj problem, znanstvenici su predložili nadogradnju klasične sheme punjenja uvođenjem adaptivne povratne sprege. Razvijeni sustav nazvan je CCCV-OCV i koristi podatke o trenutačnom stanju baterije. Posebno u obzir uzima napon u otvorenom krugu (OCV – open-circuit voltage), koji je izravno povezan s razinom napunjenosti. Sustav u stvarnom vremenu prati taj napon i na temelju njegove vrijednosti regulira brzinu punjenja, omogućujući tako brže i sigurnije punjenje.
10 do 25 posto brže punjenje
Tehnologija se temelji na matematičkom modeliranju baterije i posebnom adaptivnom algoritmu koji procjenjuje unutarnje parametre baterije na temelju stvarnih vrijednosti struje i napona. Kako bi se poboljšala točnost, u krug punjenja uveden je ispitni signal, a stabilnost i pouzdanost sustava (čak i u uvjetima smetnji i grešaka) osigurana je pomoću Ljapunovljevog kriterija – matematičke metode koja jamči stabilnost algoritma u širokom rasponu uvjeta.
Učinkovitost novog sustava ispitana je i putem računalne simulacije i na pilot postrojenju. Znanstvenici su usporedili tradicionalni i adaptivni pristup pri različitim početnim razinama napunjenosti i različitim vrijednostima punjačke struje.
Rezultati su pokazali da razvijeni sustav može skratiti vrijeme punjenja u prosjeku za 10 do 25 posto, osobito kada baterija nije potpuno ispražnjena. Konačna razina napunjenosti ne razlikuje se od one postignute standardnim postupkom punjenja – razlika je manja od 0,25 posto. Osim toga, razina toplinskih gubitaka ostala je nepromijenjena, što potvrđuje sigurnost predložene metode.
Jedna od ključnih prednosti nove tehnologije jest njezina kompatibilnost s postojećim punjačima: za prelazak na poboljšani način punjenja dovoljno je samo ažurirati softver, bez potrebe za zamjenom opreme.
