Článek
Vědci z Chalmersovy technické univerzity ve Švédsku nyní ukázali cestu, jak tento problém obejít. Rekonfigurovatelná baterie by podle jejich modelů mohla u některých elektromobilů prodloužit životnost o více než 20 procent.
Představte si tým běžců lanem. Všichni mohou být ve skvělé kondici, ale pokud jeden z nich zpomalí, nebo dokonce selže, odnese to celý zbytek skupiny.
Přibližně tak nějak dnes funguje problém uvnitř bateriových bloků elektromobilů.
Jednotlivé články totiž nestárnou úplně stejně. Některé si udrží svou kapacitu déle, jiné se opotřebují rychleji. A právě nejslabší článek může postupně začít určovat, co zvládne celý bateriový blok.
Výzkumníci ze švédské Chalmers University of Technology se proto ptají na zdánlivě jednoduchou otázku: Co kdyby se baterie dokázala nejslabšímu článku vyhnout?
Baterie, která umí měnit své zapojení
Řešením je takzvaná rekonfigurovatelná baterie. Nejde jen o klasický bateriový management, který sleduje stav článků a hlídá jejich bezpečný provoz. Nová koncepce umožňuje pomocí přepínačů a řídicí elektroniky měnit propojení jednotlivých článků.
Pokud se některý článek začne výrazněji zhoršovat, systém ho může z elektrického zapojení dočasně vyřadit, ale ostatní články nechá pokračovat v provozu.
„Baterie může místo toho obejít buňku, která způsobuje problémy, a pokračovat v pohybu,“ vysvětluje Albert Škegro, doktorand Chalmersovy technická univerzity a první autor studie publikované v časopise Nature Communications.
Právě tato schopnost by mohla změnit způsob, jakým se na stárnutí baterií elektromobilů díváme.
Dnes je totiž baterie do určité míry tak silná, jak silný je její nejslabší článek. V budoucnu by ale mohla být mnohem flexibilnější.
Více než 20 procent navíc? Záleží na konstrukci
Vědci vytvořili modely různých způsobů rekonfigurace bateriového bloku. Nejambicióznější varianta umožňuje řídit každý článek samostatně.
Podle výsledků modelování by takové řešení mohlo u některých vozidel s vysokým napětím, dlouhým dojezdem a velkým počtem sériově zapojených článků prodloužit životnost baterie o více než 20 procent.
Je však důležité dodat, že jde o teoretickou horní hranici. V reálném elektromobilu je pravděpodobnější společné řízení skupin článků než naprostá nezávislost jednotlivých článků.
„Rekonfigurace není otázkou „zapnutí nebo vypnutí“. Je to spektrum a to, kde se výrobce rozhodne v tomto spektru sedět, určuje, kolik potenciálního přínosu lze realizovat,“ říká Changfu Zou, profesor Chalmerské univerzity a spoluautor studie.
Jinými slovy: nejde o jedinou technologii s jediným výsledkem. Výrobce si může zvolit, jak složitý a flexibilní systém chce vytvořit.
O rok delší životnost může mít vysokou cenu
Co by taková technologie znamenala pro běžného řidiče?
Vědci to ilustrovali na modelovém příkladu elektromobilu s baterií o kapacitě 80 kWh a ročním nájezdu 12 000 kilometrů.
U konvenční baterie model předpokládá výměnu po deseti letech. Rekonfigurovatelný bateriový blok by ve stejném scénáři dosáhl odpovídajícího bodu přibližně po 11 letech.
To představuje zhruba 14 měsíců provozu navíc.
Pro jednotlivce může znamenat delší životnost především pozdější nutnost řešit výměnu baterie. U firemních flotil může být dopad ještě výraznější. Pokud provozovatel spravuje stovky elektromobilů, každý rok navíc může znamenat značnou hodnotu.
A nejde jen o dobu, po kterou baterie zůstane ve vozidle. Méně opotřebovaný bateriový blok může mít také vyšší zbytkovou hodnotu.
Dražší elektronika, ale potenciálně levnější provoz
Technologie však není zadarmo.
Rekonfigurovatelná baterie potřebuje další přepínače, elektroniku a řídicí systém. To znamená vyšší pořizovací náklady oproti tradičnímu řešení.
Vědci proto porovnávali nejen technickou stránku, ale také ekonomiku. Jejich modely naznačují, že v řadě realistických scénářů mohou delší životnost a vyšší zbytková hodnota baterie kompenzovat dodatečné náklady.
Největší smysl může technologie dávat tam, kde je baterie obzvlášť drahá a intenzivně využívaná, například u elektrických nákladních vozidel, elektromobilů s dlouhým dojezdem, nebo vysokonapěťových systémů.
Konec dokonalého párování článků?
Zajímavý dopad může mít technologie ještě předtím, než baterie vůbec vyjede z továrny.
Výrobci dnes věnují značné prostředky tomu, aby články v jednom bateriovém bloku měly co nejpodobnější vlastnosti. Dává to smysl: pokud články stárnou podobným tempem, baterie může fungovat efektivněji.
Rekonfigurovatelná architektura by ale mohla tuto potřebu částečně změnit.
Pokud baterie dokáže reagovat na rozdíly mezi jednotlivými články, nemusí být jejich absolutní shoda tak kritická. Výrobci by tak potenciálně mohli pracovat s větší variabilitou článků a omezit část nákladů spojených s jejich tříděním a párováním.
Ale tím příběh baterie ještě zdaleka nekončí.
Druhý život pro baterie
Delší životnost baterií má totiž význam i mimo samotné elektromobily.
Jakmile baterie přestane být vhodná pro automobil, nemusí být automaticky nepoužitelná. Články s nižším výkonem mohou stále posloužit například ve stacionárních úložištích energie.
Pokud navíc rekonfigurovatelný systém dokáže lépe pracovat s nerovnoměrným stárnutím jednotlivých článků, může se zvýšit podíl baterií, které lze využít i po jejich automobilové kariéře.
To je důležité nejen ekonomicky, ale také z hlediska materiálů a energie vložené do výroby baterií.
„Předčasné vyřazení baterií z provozu znamená plýtvání materiálem i energií. Delší používání baterií je proto argumentem udržitelnosti, a to i bez zohlednění ekonomiky,“ upozorňuje Škegro.
Elektromobil budoucnosti nemusí mít jen lepší články
Výzkum tak naznačuje zajímavý posun v uvažování ohledně baterií. Dosavadní cesta vede především přes vývoj lepších článků: větší kapacita, rychlejší nabíjení, vyšší energetická hustota a delší životnost.
Nová koncepce přidává jinou možnost: nemusíme mít dokonale stejné články, pokud dokážeme dostatečně inteligentně řídit celý systém.
Místo toho, aby nejslabší článek diktoval tempo celé baterii, mohla by baterie reagovat na své vlastní stárnutí a průběžně měnit své zapojení.
Technologie zatím není součástí sériově vyráběných elektromobilů. Byla však testovaná ve výzkumných a průmyslových prototypech a výsledky modelování ukazují, že právě u velkých a drahých bateriových systémů může být její potenciál značný.
Budoucnost elektromobilů tak možná nebude stát pouze na tom, jak dobrý je každý jednotlivý článek, ale také na tom, jak chytře dokáže celý bateriový systém pracovat s tím, že některé články budou stárnout rychleji než jiné.
Zdroj: EurekAlert; Zdrojová studie: Albert Škegro, Torsten Wik, Changfu Zou, Bo Bijlenga a Alexander Bessman, „Systémové posouzení dynamické rekonfigurace z hlediska životnosti a nákladů u bateriových sad elektromobilů“, Nature Communications, DOI 10.1038/s41467-026-74951-8,