Исследователи из инженерной школы имени Джейкобса при Университете штата Калифорния разработали усовершенствованный алгоритм оценки состояния литий-ионных и литий-полимерных батарей. В случае успеха он снизит себестоимость аккумуляторов на четверть, позволит заряжать их вдвое быстрее и увеличит полезную ёмкость.

Современные Li-Ion и Li-Pol аккумуляторы оснащаются системой автономного контроля параметров (BMS, battery management system), измеряющей температуру, скорость изменения напряжения и его фактическое значение.

Для увеличения срока службы производителем подбирается сложный режим зарядки. Обычно он состоит из чередующихся периодов разной продолжительности. Во время длительных интервалов батарея заряжается слабым током в единицы ампер, затем в серии коротких импульсов ток возрастает до десятков и даже сотен ампер.

Микроконтроллер ограничивает рабочий интервал в диапазоне от 15 до 95 процентов паспортной ёмкости аккумулятора, предотвращая глубокий разряд и перегрев элементов питания. Эффективность работы аккумуляторов во многом зависит от программной части, влияющей на их полезную ёмкость, срок службы и длительность зарядки.

Реклама на Компьютерре

Текущие алгоритмы судят о состоянии батареи преимущественно по напряжению, поэтому не отличаются точностью. Ради безопасности приходится делать аккумуляторы больших размеров и эксплуатировать их в щадящем режиме.

Коллективом под руководством профессора Мирослава Крстича (Miroslav Krstic) предпринята попытка усовершенствовать микроконтроллер BMS и контролировать с его помощью непосредственно физические и электрохимические процессы, протекающие в батарее.

Профессор Мирослав Крстич и докторант Скотт Мура (фото: Jacobs School of Engineering)

С новыми алгоритмами оценки, основанными на математических моделях, аккумуляторные блоки смогут заряжаться быстрее и полнее вырабатывать ресурс. Также это повысит безопасность и позволит применять более мощные электродвигатели.

Испытания новых BMS проводятся совместно с компаниями Bosch и Cobasys. Они ориентированы в первую очередь на аккумуляторы для электромобилей, поскольку их режим работы самый сложный и динамичный.

В случае успеха результаты легко экстраполируются на компактные аккумуляторы для мобильной техники. По предварительным оценкам авторов исследования, батареи большинства смартфонов, планшетов, фотоаппаратов и плееров можно будет заряжать менее чем за 15 минут без ущерба для срока службы элементов питания.