Как считают в Агентстве передовых исследований в области энергетики США (ARPA-E), за счет применения датчиков, контролирующих состояние каждого элемента аккумулятора, можно уменьшить размер батареи электромобиля на 20−30%, а батареи гибридного бензино-электрического автомобиля ­­- вдвое. Цель стартовавшей около года назад программы ARPA-E с бюджетом в 30 млн долларов — разработка необходимых для этого технологий.
Датчики позволят уменьшить батареи электромобилей
Такие небольшие оптоволоконные датчики, разработанные в PARC, позволят производителям электромобилей добиться максимальной эффективности аккумуляторных батарей.

Используемые в современных электромобилях аккумуляторы никогда не заряжаются до предела — это позволяет избежать работы их элементов при повышенных электрических напряжениях, вызывающих деградацию материалов, а иногда и возгорание батарей. Такие меры безопасности являются вынужденными, так как в существующих батареях невозможно контролировать состояние каждого элемента (температуру, химический состав электролита, механические деформации, электрическое напряжение на электродах и т. д.) в отдельности.

Проведенное в ARPA-E компьютерное моделирование показало, что использование данных о состоянии элементов в комбинации с улучшенным программным обеспечением управления зарядкой и компьютерными моделями батарей позволит безопасно эксплуатировать элементы в предельных режимах. Увеличение эксплуатационной емкости отдельных элементов сделает возможным уменьшить размеры батарей без ухудшения их рабочих характеристик.

В исследовательском центре PARC в Пало-Альто реализуется один из 14 проектов, составляющих программу ARPA-E, — разработка оптоволоконных датчиков, которые легко могут быть встроены в конструкцию батареи, не нарушая ее работу. Уменьшение размеров и стоимости батареи за счет их применения может составить до 25%.

Другой проект ARPA-E, над которым работает Окриджская национальная лаборатория, включает в себя разработку не только датчиков для контроля состояния элементов, но и технологии, позволяющей охлаждать или подогревать каждый элемент изнутри, обеспечивая его работу при оптимальной температуре, — это существенно увеличит срок службы батареи.

Еще один участник программы — компания «Форд» — разрабатывает сверхточный тестер, обнаруживающий протекание слабых нежелательных химических реакций внутри элементов. Тестер создается для ускорения разработки батарей, использующих новые химические процессы, но специалисты компании считают перспективным и создание миниатюрной бортовой версии этого устройства, которая позволит накапливать в батарее максимально возможную энергию, зависящую от состояния батареи и условий эксплуатации автомобиля.

Оптимизм ARPA-E разделяют не все специалисты, занимающиеся разработкой аккумуляторов. Билл Уоллес, руководитель группы проектирования батарей компании GM, не участвующей в программе ARPA-E, считает, что разработка улучшенных датчиков (которую GM ведет самостоятельно) важна, но для уменьшения за счет их использования размеров аккумуляторов на 20−50% необходимо реализовать все теоретические возможности, а такое редко осуществляется на практике.

По сообщению MIT Technology Review