Elektrik ve bilgisayar mühendisliği profesörü Mihri Özkan ve Marlan ve Rosemary Bourns Mühendislik Koleji'nde makine mühendisliği profesörü olan Cengiz Özkan, Tesla otomobillerinde bulunan bir dizi deşarj olmuş Panasonic NCR 18650B silindirik lityum-iyon pili, otoyollarda bulunan hızlı şarj cihazlarıyla aynı endüstri hızlı şarj yöntemini kullanarak şarj eden bir gruba liderlik etti.

Sadece 25 endüstri standardı hızlı şarj döngüsü, araçlardaki pilleri bozabilir.

Ekip, pilin iç direncine dayanan yeni bir hızlı şarj algoritması kullanarak bir set şarj ettiler. Bir pilin iç direnci sıcaklık, şarj durumu, pil ömrü ve diğer faktörlere göre dalgalanır. Yüksek iç direnç şarj sırasında sorunlara neden olabilir.

UC Riverside Pil Takımı şarj yöntemi, şarj sırasında pilin iç direncini kontrol ederek pilden öğrenen uyarlanabilir bir sistemdir. Şarj direnci kaybını ortadan kaldırmak için iç direnç devreye girdiğinde sistem dinlenir.

İlk 13 şarj döngüsü için, her iki şarj tekniği için de pil depolama kapasiteleri benzer kaldı. Ancak bundan sonra, endüstri hızlı şarj tekniği kapasitenin çok daha hızlı yok olmasına neden oldu. 40 şarj döngüsünden sonra piller depolama kapasitelerinin sadece % 60'ını tuttu. Ekibin geliştirdiği direnç şarj yöntemi kullanılarak şarj edilen piller 40. döngüden sonra % 80'den fazla kapasiteyi korumayı başardı.

Endüstri hızlı şarj yöntemi kullanılarak şarj edilen piller 25 şarj döngüsünden sonra bu noktaya ulaşırken, dahili direnç yöntemi pilleri 36 döngü için iyiydi.

Doktora öğrencisi ve yardımcı yazar Tanner Zerrin, “Endüstriyel hızlı şarj, pillerin iç direncindeki artış nedeniyle lityum iyon pillerin ömrünü olumsuz etkiliyor” diyor.

Daha da kötüsü, 60 şarj döngüsünden sonra, endüstri yöntemi pil kutularını çatlatı, elektrotları ve elektroliti havaya maruz bıraktı ve yangın veya patlama riskini artırdı. 60 santigrat / 140 santigrat derece yüksek sıcaklıklar hem hasarı hem de riski hızlandırdı.

Mihri Özkan, “Kapasite kaybı, dahili kimyasal ve mekanik hasar, her batarya için yüksek ısı, özellikle Tesla Model S'de 7.104 lityum-iyon pil ve Tesla Model 3'te 4.416 pil olduğunu göz önünde bulundurarak önemli güvenlik endişeleridir” dedi.

Doktora öğrencisi Bo Dong ise, “Önerilen uyarlanabilir hızlı şarj, daha iyi güvenlik performansı ve daha uzun pil ömrü olan elektrikli araçlar için hızlı şarj teknolojisinin tasarımı için yeni bir bakış açısı sağlıyor” dedi.

Araştırmacılar, pil ve otomobil üreticileri tarafından lisanslanabilen adaptif dahili direnç hızlı şarj algoritması hakkında bir patent başvurusunda bulundular.

Resim 1- Endüstri standardı hızlı şarjdan önce ve sonra bir elektrikli araç pili (Özkan Laboratuvarı / UCR)

*University of California Riverside (UCR)’da Öğretim Görevlisi olan Prof. Dr. Cengiz ÖZKAN ve Prof. Dr. Mihri ÖZKAN, Lityum pillerin özellikleri, elektrotları, kapasite, performans ölçümü ve geliştirilmesi gibi konularda çalışmaktadırlar.