Inteligentne sterowanie w systemie pojazdu elektrycznego z zintegrowanym DBS i BMS dla zrównoważonego rozwiązania

Dlaczego mądrzejsze baterie mają znaczenie dla samochodów elektrycznych

Samochody elektryczne obiecują czystsze powietrze i ciszej­sze ulice, ale ich powodzenie wciąż zależy od jednego uporczywego elementu: baterii. Kierowcy martwią się o zasięg, czas ładowania i to, jak długo bateria wytrzyma zanim będzie trzeba ją wymienić. Badanie to analizuje nowe podejście do zasilania pojazdu elektrycznego z użyciem dwóch współpracujących baterii, inteligentnego systemu sterowania oraz wsparcia ze słońca — wszystko współdziałające, by wycisnąć więcej użytecznej energii z każdego ładowania i utrzymać pakiet baterii w lepszym stanie przez dłuższy czas.

Dwie baterie lepsze niż jedna

Naukowcy proponują system podwójnych baterii, w którym pojazd elektryczny korzysta z dwóch oddzielnych pakietów zamiast polegać na jednym. Dedykowany moduł sterujący, znany jako system zarządzania baterią (BMS), nieustannie monitoruje napięcie, temperaturę i poziom naładowania obu pakietów. Zamiast pobierać moc równomiernie lub na ślepo, system decyduje w czasie rzeczywistym, która bateria powinna dostarczać energię, a która odpoczywać lub się ładować. Dzieląc obciążenie, dwie baterie unikają głębokich rozładowań i stresujących warunków pracy, które zwykle skracają żywotność baterii i ograniczają zasięg.

Jak inteligentne sterowanie utrzymuje równowagę energetyczną

W sercu rozwiązania znajduje się inteligentny kontroler wykonujący dynamiczne równoważenie obciążenia. Mierzy on stan naładowania każdej baterii i porównuje ich napięcia, a następnie używa przełączników elektronicznych do kierowania energii tam, gdzie jest potrzebna. Gdy jedna bateria jest bardziej rozładowana, kontroler może faworyzować zdrowszy pakiet albo doładować słabszy, jeśli dostępna jest energia z innych źródeł. Zespół zbudował i przetestował tę logikę przy użyciu symulacji MATLAB/Simulink oraz prototypu sprzętowego opartego na mikrokontrolerze Arduino, czujnikach, przekaźnikach i ogniwach litowo-jonowych. W prototypie jedna bateria może zasilać pojazd, podczas gdy druga jest uzupełniana, a system automatycznie zamienia ich role wraz ze zmianą poziomów naładowania.

Dodając słońce do miksu energetycznego

Konstrukcja pojazdu integruje także panele słoneczne wspierające baterie. Moduły fotowoltaiczne montowane zewnętrznie przekazują swoją moc przez przetwornicę, która nieustannie poszukuje najbardziej produktywnego punktu pracy panelu — metodę znaną jako śledzenie punktu mocy maksymalnej (MPPT). Zebrana energia słoneczna jest następnie kierowana do systemu podwójnych baterii przez ten sam inteligentny kontroler, który zarządza mocą napędową. Chociaż wkład energii słonecznej jest umiarkowany w porównaniu z główną pojemnością baterii, może wydłużyć czas pracy, pomóc utrzymać zdrowszy poziom naładowania w ciągu dnia i zmniejszyć zależność od energii z sieci, szczególnie w słonecznych regionach.

Od modelu laboratoryjnego do rzeczywistej jazdy

Aby zbadać zachowanie pomysłu w czasie, autorzy najpierw zmierzyli, jak pojedyncza bateria litowo-jonowa 12 V rozładowuje się podczas pracy obciążenia elektrycznego naśladującego mały pojazd. Napięcie i stan naładowania spadały stopniowo przez kilka godzin. Następnie powtórzyli testy z aktywnym systemem podwójnych baterii. W tym scenariuszu jedna bateria zaczynała dostarczać moc, podczas gdy druga była wielokrotnie doładowywana przez panele słoneczne i włączana do pracy, gdy osiągała docelowy poziom naładowania. W ciągu ośmiogodzinnego okresu pracy system łączony utrzymywał zdrowsze poziomy naładowania i bardziej stabilny profil napięcia niż sama bateria, przy jednoczesnym ciągłym dostarczaniu energii do silników.

Co te wyniki znaczą dla codziennych użytkowników

Mówiąc prosto, badanie pokazuje, że traktowanie pakietu baterii jako zarządzanego zespołu zamiast pojedynczego pracownika może się opłacić. Koordynując dwie baterie, inteligentnie kierując energię i dodając stały dopływ energii słonecznej, prototyp osiągnął wyższą ogólną sprawność (około 85%), zmniejszył straty energii i utrzymał baterie w bezpieczniejszym zakresie naładowania na poziomie około 60% zamiast pozwalać na skoki od prawie pełnego do niemal pustego. Dla kierowców ta kombinacja może przełożyć się na dłuższy zasięg na jedno ładowanie, mniej przystanków do podłączenia i wolniejsze starzenie się baterii. Choć prace są nadal na etapie eksperymentalnym, wskazują drogę ku przyszłym pojazdom elektrycznym, które dyskretnie żonglują wieloma źródłami energii, aby zapewnić płynniejszą, bardziej niezawodną i zrównoważoną jazdę.

Cytowanie: Prashant, Verma, G., Virmani, R. et al. An intelligent controlling in electric vehicle system with integrated DBS and BMS for sustainable solution. Sci Rep 16, 13734 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42354-w

Słowa kluczowe: pojazdy elektryczne, zarządzanie baterią, system podwójnych baterii, ładowanie słoneczne, efektywność energetyczna