Et nytt trådløst system for overvåkning av elbilbatterier kan gi større kapasitet og nye måter å bygge batterier på.
Et elbilbatteri består av langt mer enn bare litiumionceller som lades opp for å forsyne motoren med strøm.
I tillegg kommer batteriadministrasjonssystemet, eller battery management system (BMS) som det heter på fagspråket. Dette overvåker alle cellene, temperatur, spenning og annet.
Det er for eksempel viktig å holde temperaturen i cellene innenfor et intervall, slik at de ikke skades eller i verste fall tar fyr.
Spenningen overvåkes slik at den ikke faller under et minimum, noe som vil skade dem.
Disse og andre parametere overvåkes kontinuerlig, noe som bringer med seg et ikke ubetydelig ledningsnett til alle sensorer og annet.
Går trådløst for å forbedre elbilbatteriet
Linear Technology utvikler slike systemer, og har nå lansert en aldri så liten nyvinning: Trådløs BMS.
Det betyr enkelt og greit at sensorene bare trenger strøm.
– Dette eliminerer koblinger som trenger vedlikehold, kabler og kabelkonfeksjon, sier Linears senior marketing engineer, Greg Zimmer, til Teknisk Ukeblad.
I batteriverdenen er det summen av alle de små forbedringene som i sum blir store fremskritt, så å unngå ledninger og koblinger er i så måte et fremskritt.
De har bygget en prototype, som er satt inn i en BMW i3. Det er satt sammen av et BMS-system fra LION Smart, det trådløse 2,4 GHz SmartMesh IP-systemet fra Linear, og bygget inn i en væskekjølt batteripakke fra Kreisel Electric bestående av 18650-celler.
400 kilometers BMW i3 som lades på et kvarter
Konseptbilen har et 55 kilowattimers batteri med en rekkevidde på over 40 mil, og mulighet for hurtiglading til 80 prosent på 18 minutter. Alt er gjort mulig ved hjelp av teknologi fra de involverte selskapene.
For å få til så rask lading, er det viktig at celletemperaturen holdes konstant på 30 grader. Det demonstrerte systemet klarer angivelig dette.
Målet er å ta frem et system som gir en betydelig økt stabilitet, som også er enklere å designe enn dagens batterier.
- Enkel, men avansert: Slik fungerer elbil-motoren
Strømkutt er uakseptabelt
Zimmer forteller at systemet også kan sørge for bedre driftssikkerhet. De fleste biler vil kutte batteriet dersom tap av sensordata oppstår.
Samtidig betrakter de fleste bilprodusenter tap av fremdrift som både uakseptabelt og utrygt, forklarer han.
Derfor stiller bilprodusenter krav om svært driftssikre løsninger. Kabler og koblinger har ifølge tilbakemeldinger fra bilprodusenter vært en stor utfordringer med tanke på dette.
Løsningen skal også gjøre det mulig å ta i bruk flere sensorer. Systemet måler temperaturen i cellene, men for å unngå separate ledningsnett er det gjerne integrert spennings- og strømmåler i samme enhet.
For å spare plass og redusere kompleksitet, er det vanlig at batterier ikke produseres med temperaturovervåking på hver eneste celle, men kanskje for hver andre eller tredje.
– Dette fungerer generelt bra, så lenge det ikke oppstår uventede termiske gradienter eller «hot spots», sier Zimmer.
Disse problemstillingene kan ifølge Linear enkelt kontrolleres med deres Smartmesh-system. Sensorer kan plasseres etter faktisk behov, og det vil ikke være nødvendig å plassere ut sensorer til flere steder enn det faktisk er behov for dem.
Det vil heller ikke være behov for å utvikle flere utgaver av samme sensor med varierende grad av måling. Det er enklere å bare produsere én type sensor i stedet for flere varianter.
- Les også: Derfor kan du ikke lade elbilen raskere
Kan gi større batterikapasitet
Færre kabler gir ifølge Zimmer også en rekke fordeler i seg selv. Det er ingen behov for å lage koblinger, og det vil ikke være behov for å kontrollere hver eneste kabel.
Når et batteri produseres, må disse undersøkes før det kan ferdigstilles. I det nye systemet trengs bare en trådløs tilkobling for å undersøke at alle sensorene fungerer.
Alt dette gir noen nye muligheter, særlig med tanke på utforming av batterier. Forskjellige bilprodusenters krav til overvåkning av batteriet kan ifølge Zimmer gi seg utslag i svært massive kabelbunter.
– Selv med en tynn, enkel kabelkonfeksjon, må designeren fortsatt sikre at den kan settes sammen tilfredsstillende, og at den er tilgjengelig for vedlikehold når den er plassert i bilen. Dette krever tilgangsluker, og plass til å feste kabelbunten der den skal gå, sier han.
Med denne biten eliminert, åpner det for plass til flere batterimoduler. Mer batterikapasitet på samme plass som før, med andre ord.
Det gir også større fleksibilitet i den fysiske utformingen av batteripakken. Siden det ikke følger med en rekke kabler, er det større frihet til å bygge slik man har behov for.
I produksjon «innen rimelig tid»
Systemet skal i praksis ha samme kostnad som installasjon av tradisjonell kablet BMS, men Zimmer antar at man over tid vil se en kostnadsreduksjon.
Man man imidlertid forvente at kostnaden for et kablet system vil øke etterhvert som batteriene får flere celler og større kompleksitet.
Strømforbruket vil også gå ned, forteller Zimmer. Kablet kommunikasjon over CAN-bus eller isoSPI bruker faktisk mer strøm, hevder han, men i det store bildet er forbruket uansett ubetydelig sammenlignet med energien i batteripakken.
Linear ble etablert i 1981, og deres system for trådløse sensorer er allerede i produksjon, og er i bruk på forskjellige industrielle bruksområder. Trådløs BMS til elbiler er imidlertid et nytt bruksområde.
For å demonstrere det, har Linear bygget en BMW i3 med sin egen BMS. De ser for seg at systemet vil komme i fullskala produksjon i løpet av rimelig tid. Linear sier ingenting om hvem som eventuelt skal ta det i bruk.
- Les flere saker om elbil.
