GERÇEK ZAMANLI ÖLÇÜM YÖNTEMİ PİLLERİN ÖMRÜNÜ UZATIYOR VE GÜVENLİĞİNİ ARTIRIYOR
Yüksek Çözünürlüklü Ölçüm Yöntemi ve Doğrudan Analiz
Güçlü ve güvenli aküler, elektrikli mobilitenin başarısında kilit bir bileşendir. Bu, bir akünün kapasitesini ve durumunu ölçmeyi kritik bir faktör haline getirir. Bunu yapmanın en bilgilendirici yöntemi empedans spektroskopisidir. Empedansın kendisi doğrudan ölçülemez; bunun yerine akım ve voltaj arasındaki ilişkiden hesaplanır. Empedans, akünün şarj durumu (SoC) hakkında bilgi sağlar ve sağlık durumu (SoH, yani akünün içindeki katot, anot ve elektrolitin bulunduğu durum) veya güvenlik durumu hakkında sonuçlara varılmasını sağlar.
Gerekli tüm verilerin toplanması zaman alıcı ölçümler ve analitik yöntemler gerektirir. Üstelik, empedans ölçümü şimdiye kadar yalnızca dinlenme durumunda mümkün olmuştur. Pilin karakterizasyonu için gereken verilerin hazır ve kullanılabilir hale gelmesi genellikle 20 dakikaya kadar sürebilir.
Fraunhofer IFAM araştırmacıları, Fabio La Mantia liderliğinde bu yöntemi daha da geliştirdiler. Dinamik empedans spektroskopisi, ilk kez, canlı çalışma sırasında pilin durumuyla ilgili ölçümlerin hesaplanmasını ve gerçek zamanlı olarak sunulmasını mümkün kılıyor. Bu şekilde elde edilen bilgiler, şarj kapasitesi veya kalan çalışma süresiyle ilgili basit verilerden çok daha fazlasını kapsıyor. Pilin içinde neler olup bittiğine dair ayrıntılı, doğru ve derinlemesine bir resim sunuyor. Bu aynı zamanda pil hücresinin potansiyel ömrünü ayrı ayrı tahmin etmeyi de mümkün kılıyor.
Örneğin elektrikli otomobillerde araç elektroniğine entegre edilmiş mevcut pil şarj durumu göstergeleri de kullanım sırasında sürekli olarak ölçümler alsa da daha az bilgi sunar, çok daha yavaş yanıt verir ve o kadar doğru değildir.
Projenin başındaki Hermann Pleteit, "Öncelikle, dinamik empedans spektroskopisi, pil yönetimini optimize etmek için yeni olanaklar sunuyor ve böylece pillerin ömrünü uzatıyor. Ayrıca, bu pillerin güvenlik açısından kritik uygulamalarda kullanılmasının da önünü açıyor," diye açıklıyor.
Yüksek Çözünürlüklü Ölçüm Yöntemi ve Doğrudan Analiz
Bu yenilikçi yöntemde, deşarj veya şarj akımı, çok frekanslı bir test sinyaliyle üst üste bindirilir. Farklı frekanslar, pil içindeki belirli bileşenlerin veya işlemlerin durumu hakkında sonuçlar çıkarmayı mümkün kılar. Akım ve voltajdan gelen tepki sinyali saniyede bir milyon defaya kadar ölçülür. Yüksek çözünürlüklü ölçüm yönteminden elde edilen tüm veriler, aynı anda çalışan bir veri işleme sistemine aktarılır. Bir yazılım programı, bu bilgileri kullanarak empedans değerlerinin değişimini hesaplar ve ardından ilgili pil hücresinin durumu hakkında çıkarımlarda bulunur.
Fraunhofer araştırmacıları, yüksek çözünürlüklü ölçümlerle üretilen muazzam veri hacmine rağmen gerçek zamanlı sonuçlar elde etmek için başka bir akıllıca yöntem geliştirdiler. Pleteit, "İlgili bilgileri kaybetmeden analiz öncesinde veri hacmini önemli ölçüde azaltan algoritmalar geliştirdik," diyor. Bu gelişmeler doğrultusunda, empedans spektroskopisi aracılığıyla pilin tüm durumlarının gerçek zamanlı kontrolü önemli avantajlar sunuyor.
Aşırı Isınan Hücreleri Hızla Kapatma
Akü yönetim sistemleri, örneğin sürüş sırasında bir hücrenin yerel olarak aşırı ısınması durumunda empedans verilerini kullanarak bunu anında algılayabilir. Ardından, hücreyi kapatır veya gücünü azaltır. Bu, akü hücresinin dışına yerleştirilen ve termal sorunları gecikmeli olarak kaydeden geleneksel sıcaklık sensörlerine olan ihtiyacı ortadan kaldırır. Bu noktada, hücrenin hasar görmesini önlemek için genellikle çok geçtir.
Elektrikli araç şarj cihazlarının da avantajları vardır. Örneğin, bu teknoloji ekstra hızlı şarj ile daha yavaş ancak aynı zamanda pil aşınmasını da azaltan şarj arasında seçim yapmak için kullanılabilir. Bir mola yerinde kısa bir mola sırasında, pil yönetim sistemi pili hızlı bir şekilde şarj ederken aynı zamanda tehlikeli sıcaklık artışları olmamasını ve dahili bileşenlerin aşırı zorlanmamasını sağlar. Araç birkaç saat şarj cihazına takılı kalırsa, yönetim sistemi aşınmayı azaltmak ve ömrünü uzatmak için pili yavaşça şarj eder.
Yenilenebilir Enerji ve Havacılık İçin Uygulama
Elektrik üretimindeki dalgalanmaları enerji depolama ile telafi etmek zorunda olan rüzgar enerjisi veya fotovoltaik gibi yenilenebilir enerji sağlayıcılarına, Fraunhofer teknolojisi sayesinde her an kontrol edilebilen, kararlı batarya modül sistemleri sunuluyor.
Pil durumunun gerçek zamanlı izlenmesi, ileride güvenlik açısından kritik senaryolarda bile kullanım olasılığını ortaya çıkaracak. Pleteit, "Bu tür sistemler, örneğin çevre dostu elektrikli uçaklarda kullanılabilir. Bu pazar şu anda emekleme aşamasında. Denizcilik sektörü de teknolojiye ilgi gösteriyor," diyor.
Empedans spektroskopisi, günümüzde yaygın olarak kullanılan lityum iyon piller için uygun olmakla kalmaz, aynı zamanda katı hal, sodyum iyon veya lityum-kükürt pillere veya gelecekteki diğer teknolojilere de uygulanabilir.
