Бездротовий моніторинг акумуляторів: у Німеччині створили «балакучу» батарею, що попереджає про перегрів

Вчені з Кільського університету (Німеччина) розробили інноваційний елемент живлення, який здатний передавати дані про свій внутрішній стан без використання додаткових дротів. Про це повідомляє галузеве видання Interesting Engineering.

Розробку вже встигли жартома охрестити «балакучою батареєю». Усіма важливими параметрами вона ділиться через ту саму силову електроніку, яка відповідає за процеси заряджання та розряджання. За словами винахідників, така технологія стане незамінною для електромобілів, домашніх систем зберігання енергії (ESS) та масштабних об'єктів відновлюваної енергетики.

У чому полягає проблема сучасних акумуляторів?

Сучасні батарейні модулі складаються з великої кількості окремих комірок. Проте більшість температурних датчиків у них встановлюють лише ззовні модуля.

Головна небезпека полягає в тому, що термічний розгін і перегрів завжди починаються глибоко всередині комірки. Поки тепло дійде до зовнішньої поверхні, де його зафіксує датчик, запобігти аварії або загорянню буває вже запізно. Інтегрувати сенсори всередину кожної комірки раніше було складно, адже для цього потрібна велика кількість додаткових сигнальних кабелів та допоміжної електроніки. Це суттєво ускладнювало виробництво та забирало дефіцитне місце всередині щільно упакованого акумуляторного блоку.

Рішення від німецьких науковців

Дослідники з Кільського університету знайшли елегантний вихід. Вони спроектували мініатюрну електронну мікросхему, яка легко вміщується безпосередньо всередині комірки. Вона зчитує показники внутрішнього датчика температури й перетворює їх на цифровий сигнал.

Цей сигнал передається безпосередньо через наявні силові контакти (шини живлення), якими тече зарядний струм. Жодних додаткових інформаційних кабелів чи дротів не потрібно.

«Наша робота — це перший крок до створення по-справжньому інтелектуальних батарей, які безперервно відстежують і транслюють свій внутрішній стан. Це зробить акумуляторні системи значно безпечнішими та економічно вигіднішими», — зазначає один із авторів дослідження, науковець Бейранванд.

За попередніми оцінками команди розробників, повна відмова від сигнальної проводки для датчиків дозволить здешевити виробництво систем моніторингу акумуляторів приблизно на 35%. Крім того, вивільнення внутрішнього простору дасть змогу збільшити щільність енергії в батарейному модулі.

Результати експерименту, опубліковані в авторитетному науковому журналі Communications Engineering, довели працездатність методу. Науковці планують ще більше зменшити розміри мікросхеми й у майбутньому вбудовувати її безпосередньо в структуру матеріалів акумулятора. Ба більше, концепція не обмежується лише температурою — за цим принципом силові кабелі зможуть передавати дані про тиск, виділення газів чи інші внутрішні параметри батареї.

Роль стабілізаторів напруги в системах з інтелектуальними накопичувачами

Хоча «балакучі батареї» здатні захистити себе зсередини, контролюючи внутрішню температуру, вони залишаються вразливими до зовнішніх чинників під час заряджання від загальної електромережі.

Для надійної роботи домашніх систем зберігання енергії, зарядних станцій електромобілів та великих промислових акумуляторів критично важливою є стабільність вхідного струму. Різкі стрибки, просідання або спотворення напруги в мережі можуть призвести до:

• Збоїв у роботі чутливих мікросхем моніторингу всередині батарей.
• Порушення алгоритмів бездротової передачі даних через силові шини.
• Прискореної деградації комірок через нерівномірні цикли заряджання.

Саме тому підключення інтелектуальних накопичувачів та зарядних пристроїв обов'язково має здійснюватися через стабілізатори напруги. Стабілізатор виступає першою лінією оборони: він нівелює будь-які коливання зовнішньої мережі, подаючи на зарядні модулі ідеально рівну синусоїду. Це гарантує, що високотехнологічна внутрішня електроніка батареї працюватиме без збоїв, а процес бездротової передачі даних зсередини комірок не зазнаватиме перешкод від мережевих завад.