Беспроводной мониторинг аккумуляторов: в Германии создали «болтливую» батарею, предупреждающую о перегреве

Ученые из Кильского университета (Германия) разработали инновационный элемент питания, способный передавать данные о своем внутреннем состоянии без использования дополнительных проводов. Об этом сообщает отраслевое издание Interesting Engineering .

Разработку уже успели в шутку окрестить «болтливой батареей». Все важные параметры она делится через ту же силовую электронику, которая отвечает за процессы зарядки и разрядки. По словам изобретателей, подобная технология станет незаменимой для электромобилей, домашних систем хранения энергии (ESS) и масштабных объектов возобновляемой энергетики.

В чем проблема современных аккумуляторов?

Современные батарейные модули состоят из большого количества отдельных ячеек. Однако большинство температурных датчиков в них устанавливают только извне модуля.

Главная опасность состоит в том, что термический разгон и перегрев всегда начинаются глубоко внутри ячейки. Пока тепло дойдет до наружной поверхности, где его зафиксирует датчик, предотвратить аварию или возгорание бывает уже поздно. Интегрировать сенсоры внутрь каждой ячейки раньше было сложно, ведь для этого необходимо большое количество дополнительных сигнальных кабелей и вспомогательной электроники. Это существенно усложняло производство и отнимало дефицитное место внутри плотно упакованного аккумуляторного блока.

Решения от немецких ученых

Исследователи из Кильского университета нашли элегантный выход. Они спроектировали миниатюрную электронную микросхему, легко вмещающуюся непосредственно внутри ячейки. Она считывает характеристики внутреннего датчика температуры и преобразует их в цифровой сигнал.

Этот сигнал передается непосредственно через существующие силовые контакты (шины питания), по которым течет зарядный ток. Никаких дополнительных информационных кабелей или проводов не требуется.

«Наша работа – это первый шаг к созданию по-настоящему интеллектуальных батарей, которые непрерывно отслеживают и транслируют свое внутреннее состояние. Это сделает аккумуляторные системы более безопасными и экономически выгодными», — отмечает один из авторов исследования, ученый Бейранванд.

По предварительным оценкам команды разработчиков полный отказ от сигнальной проводки для датчиков позволит удешевить производство систем мониторинга аккумуляторов примерно на 35%. Кроме того, высвобождение внутреннего пространства позволит увеличить плотность энергии в модуле.

Результаты эксперимента, опубликованные в авторитетном научном журнале Communications Engineering , доказали работоспособность метода. Ученые планируют еще больше снизить размеры микросхемы и в будущем встраивать ее непосредственно в структуру материалов аккумулятора. Более того, концепция не ограничивается только температурой — по этому принципу силовые кабели смогут передавать данные о давлении, выделении газов или других внутренних параметрах батареи.

Роль стабилизаторов напряжения в системах с интеллектуальными накопителями

Хотя «болтливые батареи» способны защитить себя изнутри, контролируя внутреннюю температуру, они остаются уязвимыми к внешним факторам при зарядке от общей электросети.

Для надежной работы домашних систем хранения энергии, зарядных станций электромобилей и крупных промышленных аккумуляторов критически важна стабильность входного тока. Резкие прыжки, просадка или искажение напряжения в сети могут привести к:

• Сбоев в работе чувствительных микросхем мониторинга внутри батарей.
• Нарушение методов беспроводной передачи данных через силовые шины.
• Ускоренной деградации ячеек из-за неравномерных циклов зарядки.

Именно поэтому подключение интеллектуальных накопителей и зарядных устройств обязательно должно производиться через стабилизаторы напряжения . Стабилизатор выступает первой линией обороны: он нивелирует какие-либо колебания внешней сети, подавая на зарядные модули идеально ровную синусоиду. Это гарантирует, что высокотехнологичная внутренняя электроника батареи будет работать без сбоев, а процесс беспроводной передачи данных изнутри ячеек не будет испытывать помех от сетевых помех.