Rýchle nabíjanie má háčik
Rýchle nabíjanie patrí medzi najväčšie výhody aj najväčšie kompromisy elektromobilov. Pri bežnom používaní doma ho vodič často nepotrebuje, no pri dlhších trasách rozhoduje o tom, či elektromobil pôsobí ako plnohodnotná náhrada spaľovacieho auta. Taxíky, firemné flotily, dodávky alebo služobné autá potrebujú rýchle doplnenie energie ešte viac.
Problém vzniká vo vnútri článkov. Keď nabíjačka tlačí do batérie vysoký prúd, články dostávajú väčšiu záťaž. Batéria nabije energiu rýchlo, no chemické procesy v nej môžu časom zrýchliť degradáciu. Vodič si to nevšimne po jednom nabití. Prejav príde až po rokoch, keď auto stratí časť pôvodného dojazdu a nabitie na 100 % už neznamená to isté ako pri novom aute.
Výskumníci z Chalmers University of Technology preto riešili otázku, či sa dá rýchle nabíjanie zachovať a zároveň menej ničiť batériu. Odpoveď nehľadali v novom type článkov ani vo väčšom akumulátore, ale v inteligentnejšom riadení nabíjania.
Umelá inteligencia mení spôsob nabíjania
Nová metóda využíva umelú inteligenciu, ktorá počas rýchleho nabíjania upravuje nabíjací prúd podľa stavu batérie. Nepracuje teda s batériou ako s novou a rovnakou súčiastkou počas celej životnosti auta. Berie do úvahy, že články starnú, menia vlastnosti a inak reagujú na vysoké prúdy po tisícoch kilometrov než v prvých mesiacoch používania.
Bežné nabíjacie stratégie často používajú pevné limity napätia a prúdu. Auto síce sleduje bezpečnosť a teplotu, no samotný profil rýchleho nabíjania sa nemusí dostatočne prispôsobiť tomu, ako veľmi batéria zostarla. Práve tu prichádza na rad umelá inteligencia. Algoritmus sa učí vyberať taký priebeh nabíjania, ktorý drží krátky čas nabíjania, no zároveň obmedzuje chemické procesy, ktoré ničia články.
Výsledok znie zaujímavo najmä preto, že nevyžaduje pomalšie nabíjanie. Chalmers uvádza predĺženie životnosti o 22,9 % v porovnaní so štandardným postupom. Priemerný čas nabíjania zostal prakticky rovnaký: 24,12 minúty namiesto 24,15 minúty.
Najväčší nepriateľ sa volá lithium plating
Pri rýchlom nabíjaní patrí medzi rizikové javy takzvaný lithium plating. Ide o stav, pri ktorom sa kovové lítium začne ukladať na elektróde namiesto toho, aby sa správne zabudovalo do štruktúry batérie. Takýto proces znižuje kapacitu, zvyšuje vnútorný odpor článku a pri vážnom priebehu môže ovplyvniť aj bezpečnosť.
Riziko rastie so starnutím batérie. Nový akumulátor zvládne niektoré nabíjacie režimy lepšie než článok, ktorý už má za sebou stovky cyklov, horúce letá, zimné nabíjania a rôzne štýly používania. Práve preto dáva zmysel nabíjať staršiu batériu inak než novú.
Umelá inteligencia používa princíp posilňovaného učenia. Zjednodušene povedané, algoritmus skúša rôzne rozhodnutia v simulačnom prostredí a postupne uprednostňuje tie, ktoré prinášajú lepší výsledok. V tomto prípade dostáva odmenu za krátky čas nabíjania aj za menšie poškodzovanie batérie. Tak sa učí hľadať kompromis, ktorý človek cez pevne nastavené pravidlá nemusí nájsť tak presne.
Pre koho by to malo najväčší prínos?
Zaujímavý prínos by mohli pocítiť najmä autá, ktoré často využívajú rýchlonabíjanie. Týka sa to taxislužieb, služobných elektromobilov, kuriérov, flotíl a vodičov bez možnosti nabíjať z domácej siete. Práve tam sa rýchle DC nabíjanie opakuje častejšie a batéria dostáva vyššiu záťaž.
Automobilkám by stačil softvér, no ešte nie hneď
Najväčšie lákadlo výskumu spočíva v jednoduchej implementácii. Výskumníci tvrdia, že automobilky by mohli podobný princíp nasadiť cez aktualizáciu softvéru v systéme riadenia batérie. Netreba meniť chémiu článkov, montovať nové senzory ani zväčšovať batériu.
Má to však podmienku. Algoritmus treba prispôsobiť konkrétnemu typu batérie, jej chémii a teplotným podmienkam. Výskumníci preto počítajú s transfer learningom, teda s prenosom už naučených poznatkov na ďalšie typy článkov. V praxi by to mohlo zrýchliť kalibráciu pre rôzne batérie a znížiť náklady na vývoj.
Výskum zatiaľ neznamená, že sa takáto funkcia objaví v najbližšej aktualizácii vášho auta. Ďalší krok prinesie testovanie priamo na reálnych batériách. Až potom sa ukáže, ako dobre bude stratégia fungovať mimo simulačného prostredia a laboratórnych podmienok.
Malá zmena, veľký dopad na hodnotu auta
Pre vodiča má pomalšia degradácia jednoduchý význam. Auto si dlhšie udrží použiteľný dojazd, batéria nestratí kapacitu tak rýchlo a jazdený elektromobil môže mať vyššiu zostatkovú hodnotu. Pre automobilky môže takmer o 23 % dlhšia životnosť znamenať nižšie riziko záručných opráv. Pre celý priemysel zasa lepšie využitie drahých a kritických surovín v batériách.
Elektromobilita sa často rieši väčšími batériami, výkonnejšími nabíjačkami a hustejšou sieťou staníc. Tento výskum ukazuje inú cestu. Niekedy netreba pridať viac hardvéru. Stačí lepšie rozmýšľať nad tým, ako s existujúcou batériou zaobchádzať.
