Ingeniører skaber løsning til billigere, batteripakker med længere levetid

En elektrisk ingeniør ved University of Toledo, der næsten døde som pige i Afrika på grund af et hospitals mangel på magt, har udviklet en ny energilagringsløsning til fremstilling af batteripakker i elektriske køretøjer, satellitter, fly og netstationer holder længere og koster mindre.

Den nye teknologi kaldet en bilevel equalizer er den første hybrid, der kombinerer den høje ydeevne af en aktiv equalizer med de lave omkostninger ved den passive equalizer.

"Det er en game changer, fordi vi løste problemet med svage celler i lithium-ion batteriopbevaring til pakker med hundredvis af celler, " sagde Dr. Ngalula Mubenga, adjunkt i elektroteknik ved UT. "Når vi taler om batterier, vi taler om celler forbundet i en serie. Over tid, batteriet er ikke afbalanceret og begrænset af den svageste celle i batteriet."

Før bilevel equalizeren, batteriproducenter og bilproducenter afbalancerede cellespændingerne i en stor batteripakke ved hjælp af enten et passivt kredsløb, som mister mere energi, eller et aktivt kredsløb, hvilket er 10 gange dyrere.

"På trods af deres betydelige tab, passive equalizere bruges i de fleste applikationer, fordi de er relativt enkle og lave omkostninger, " sagde Mubenga.

I Mubengas nye teknologi, cellerne er grupperet i sektioner. Hver celle i sektionen er afbalanceret af en passiv equalizer, mens hele sektionen er afbalanceret af en aktiv equalizer.

"Hvis der er 120 celler i et batteri, opdel cellerne i 10 grupper af 12, " sagde Mubenga. "Så har du kun brug for ni aktive equalizer-enheder og 120 passive equalizer-enheder ved at bruge bilevel-equalizeren. Med aktuelle aktive equalizere, producenter skulle bruge 120 aktive equalizere. For producenter, der ikke har råd til kun at bruge aktive equalizere, bilevel equalizeren er løsningen på problemet."

Eksperimenter har vist, at bilevel-equalizeren øger afladningskapaciteten af ​​lithium-ion-batterier med omkring 30 procent, og pakken holder længere, fordi cellerne er afbalancerede.

"I stedet for at et elektrisk køretøjs batteri kun holder fire år, det ville vare meget længere, " sagde Mubenga.

Mubenga arbejdede på projektet med Dr. Tom Stuart, professor emeritus ved UT Institut for Elektroteknik og Datalogi, der havde ideen til bilevel-equalizeren.

Deres team licenserer hybrid equalizer og eftermonteringssættet til producenter. Forskningen blev for nylig offentliggjort i Batterier , et internationalt tidsskrift. Projektfinansiering blev leveret af Ohio I-Corps-programmet og Ohio Third Frontier-programmet.

Mubenga planlægger at præsentere deres nye, patenteret teknologi kl. 14.00. Onsdag, 7. marts på Advanced Design and Manufacturing Expo i Huntington Convention Center i Cleveland i en session med titlen "Sænkning af omkostningerne ved energilagring til E/HV og netapplikationer ved hjælp af en bilevel equalizer til store Li-Ion-batterier."

Mubenga forstår elektricitets livsændrende kraft. Da hun var 17 år gammel i sit hjemland Den Demokratiske Republik Congo i Afrika, hun ventede tre dage på operation, efter at hendes blindtarm brast, fordi der ikke var strøm på hospitalet.

"Jeg boede i en lille by kaldet Kikwit, langt væk fra den store og smukke hovedstad Kinshasa, " sagde Mubenga. "Jeg var meget syg, læger skulle opereres, men de kunne ikke finde nogen gas til at tænde for strømgeneratoren. I tre dage, mit liv var afhængig af elektricitet. Jeg bad. Jeg kunne ikke spise. Og besluttede, om jeg gjorde det levende, Jeg ville arbejde på at finde en løsning, så folk ikke ville dø på grund af mangel på elektricitet."

Hospitalet fandt brændstof til at drive generatoren, lægerne foretog operationen, og Mubenga overlevede.

Hun begyndte at studere vedvarende energi på UT College of Engineering i 2000 og fik en bachelorgrad, kandidatgrad og ph.d. i elektroteknik. Efter at have opnået sin professionelle ingeniørlicens i Ohio, hun fortsatte med at stifte sit firma kaldet SMIN Power Group, som udvikler og installerer solenergisystemer i samfund i hele Den Demokratiske Republik Congo.

"Min passion er dyb, " sagde Mubenga. "På steder som den lille by Kikwit, hvis du har solenergi, du kan få strøm og redde liv."

En anden faktor, der fremmer Mubengas forskningsmotivation, er en forbindelse mellem hendes hjemland og lithium-ion-batterier.

"De fleste af mineralerne til nutidens elektronik udvindes i Den Demokratiske Republik Congo, " sagde Mubenga. "Den Demokratiske Republik Congo er en førende producent af kobolt, kobber, guld, diamant, tantal og tin i verden. Ja, Den Demokratiske Republik Congo indeholder omkring 50 procent af verdens reserve af kobolt, a mineral used to make lithium ion batteries."