Isang Onsa ng Pag-iwas ay Katumbas ng Isang Libra ng Lunas – Paano Ginagamit ang EIS para Mapabuti ang Kalusugan ng Baterya sa mga EV

Ang mga electric vehicle (EV) ay nakakakuha ng malaking atensyon sa mga nagdaang taon, dulot ng pandaigdigang paglipat tungo sa malinis na enerhiya at napapanatiling transportasyon.

Dahil wala silang inilalabas na usok mula sa tailpipe, ang mga EV ay lubos na mas maganda para sa kapaligiran kumpara sa kanilang mga katapat na gasolina at diesel. Ginagawa nitong susi ang mga EV sa pag-decarbonize ng transportasyong kalsada, na responsable sa halos isang-anim na bahagi ng pandaigdigang emisyon.

Mas mababa rin ang kanilang gastos sa pagpapatakbo at pagmamantine kumpara sa mga sasakyang may internal combustion, kaya’t mas epektibo at abot-kaya ang mga ito.

Dahil dito, ang kasikatan at pag-aampon ng mga EV ay lumalago nang malaki, halos isa sa limang kotse na nabenta noong 2023 ay de-kuryente. Matapos maabot ang 10 milyong marka noong 2020, umabot sa 40 milyong de-kuryenteng sasakyan ang nasa kalsada noong nakaraang taon.

Sa taong 2023 lamang, ang benta ng mga de-kuryenteng kotse ay halos 14 milyong unit, kung saan 95% ay nasa Tsina, Europa, at Estados Unidos. Bilang resulta ng paglawak na ito, ang mga EV ay kumakatawan na sa halos 20% ng lahat ng bagong benta ng kotse sa buong mundo, na inaasahang aabot sa 50% pagsapit ng 2030.

Walang iisang uri lamang ng EV; sa halip, may ilang uri:

• Battery Electric Vehicles (BEVs)
• Plug-In Hybrid Electric Vehicles (PHEVs)
• Hybrid Electric Vehicles (HEVs)
• Fuel Cell Electric Vehicles (FCEVs)

Sa mga ito, ang mga bateryang pinapagana na EV ang pinaka-karaniwan, na bumubuo ng 70% ng kabuuang bilang ng de-kuryenteng kotse noong 2023.

Ang mga BEV ay ganap na pinapagana ng kuryente at maaaring i-recharge mula sa panlabas na pinagmumulan. Mas epektibo ang mga ito kumpara sa mga hybrid at plug-in hybrid na sasakyan.

Dahil ang mga baterya ang pinagmumulan ng enerhiya ng mga EV, sila ang pinakamahalagang bahagi ng isang de-kuryenteng sasakyan. Sa pamamagitan ng pagpapalit ng mga internal combustion engine, ang mga bateryang EV ay maaaring makabuluhang bawasan ang polusyon, tumulong sa pagsasama ng mga renewable na pinagmumulan tulad ng hangin at araw, at magtaguyod ng napapanatiling pag-unlad.

Sa mga EV, ang kalagayan ng mga baterya ang nagtatakda ng kanilang pagganap. At ang sukat nito, na sinusukat sa kilowatt-oras, ay nagpapakita kung gaano karaming kuryente ang maaaring itago ng baterya at kung gaano kalayo ang kayang takbuhin ng de-kuryenteng kotse sa isang charge.

Kapag mas mataas ang energy density ng baterya, mas malayo ang saklaw sa bawat charge. Mahalaga rin ang mabilis na pag-charge upang mapahintulutan ang mga may-ari ng EV na mabilis na i-recharge ang kanilang mga sasakyan.

Sa kasalukuyan, gumagamit ang mga EV ng iba’t ibang uri ng baterya, kabilang ang lithium-ion na pinaka-karaniwan. Ang lead acid ay popular na pagpipilian, lalo na sa US, dahil sa pagiging matipid at mahabang buhay ng serbisyo, samantalang ang lithium sulfur ay nagpapataas ng teoriyang kapasidad ng pag-charge.

Bukod sa lumalawak na kamalayan sa kapaligiran at mga insentibo mula sa gobyerno, ang mga pag-unlad sa teknolohiya ng baterya, partikular na nagpadali sa pagiging mas epektibo at abot-kaya ng mga EV, ay nagtutulak ng pag-aampon ng de-kuryenteng sasakyan.

Kaya, ang mga baterya ay may kritikal na papel sa mga EV at sa mas malawak na paglipat patungo sa malinis na enerhiya, na nagiging mahalaga na magkaroon ng mas malinaw na ideya kung gaano kahusay ang kanilang kalagayan. Dahil dito, nakabuo ang mga mananaliksik ng bagong teknolohiya na sumusubaybay sa kalagayan ng mga baterya nang may mataas na katumpakan upang mapalaki ang kanilang kahusayan at katatagan sa pangmatagalan.

Teknolohiya para sa Tumpak na Diagnosis ng mga Baterya ng EV

Ang mga mananaliksik mula sa Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) ay lumikha ng bagong teknolohiyang ito para sa tumpak na diagnosis ng kalagayan ng mga baterya ng EV, na mahalaga para sa kanilang epektibong pamamahala at ligtas na paggamit, gamit lamang ang maliit na halaga ng kuryente.

Ang pag-unlad na ito ay inihayag noong nakaraang linggo ng KAIST, na binanggit na ang isang pangkat ng mga mananaliksik na pinamumunuan nina Propesor Sang-Gug Lee at Kyeongha Kwon mula sa School of Electrical Engineering ay nakabuo ng teknolohiyang electrochemical impedance spectroscopy (EIS).

Ang teknolohiyang EIS na ito ay maaaring gamitin upang mapabuti ang pagganap at katatagan ng mga high-capacity na baterya sa mga de-kuryenteng sasakyan.

Ang electrochemical impedance spectroscopy ay isang makapangyarihang kasangkapan na sumusukat sa magnitude ng impedance at mga pagbabago sa baterya, na nagbibigay-daan sa pagsusuri ng kahusayan at pagkawala ng baterya.

Ang impedance ng baterya ay simpleng sukatan ng resistensya sa daloy ng kuryente sa loob ng baterya. Ang hindi nakakaabala na paraan ng pag-iwas sa pagkasira ng baterya ay simpleng tinutukoy ang mga maagang palatandaan ng kahinaan o pagkasira at sinusuri ang pagganap at kalagayan nito.

Bilang mahalagang kasangkapan para sa pagtatasa ng estado ng charge at kalusugan ng baterya, maaari rin nitong suriin ang mga kemikal o pisikal na pagbabago, ilarawan ang mga katangiang termal, tukuyin kung ano ang sanhi ng mga pagkabigo, at hulaan ang haba ng buhay ng baterya.

Gayunpaman, ang tradisyonal na kagamitan ng EIS ay hindi lamang mahal kundi kumplikado rin, na nagpapahirap sa pag-install, operasyon, at pagpapanatili.

Mayroon din ang usapin ng mga limitasyon sa katumpakan at sensitibidad, na nangangahulugang kapag nag-apply tayo ng mga pag-aabala ng kuryente na ilang amperes sa isang baterya, maaaring magdulot ito ng malaking stress sa elektrisidad. Dahil dito, tumataas ang panganib ng sunog o pagkasira ng baterya, kaya’t nagiging mahirap itong gamitin sa praktika.

Kaya, upang harapin ang lahat ng isyung ito, ang engineering team mula sa KAIST ay lumikha ng low-current EIS system upang i-diagnose ang kalagayan ng lubos na epektibong mga baterya ng EV pati na rin ang kanilang kalusugan.

Ang bagong sistemang ito ay maaaring sukatin ang impedance ng baterya nang tumpak gamit ang mababang pag-aabala ng kuryente, hal. 10mA. Sa proseso ng pagsukat, binabawasan ng bagong teknolohiyang EIS ang mga epekto ng init at mga isyu sa kaligtasan.

Isa pang benepisyo ng sistemang ito ay binabawasan nito ang pangangailangan para sa malalaking at magastos na komponent. Kaya madaling maisama ito sa mga sasakyan.

Ang bagong EIS system ay talagang napatunayan ang tagumpay nito sa pagtukoy ng mga electrochemical na katangian ng mga baterya ng EV sa ilalim ng iba’t ibang kondisyon ng operasyon. Kabilang dito ang iba’t ibang temperatura at antas ng state of charge (SOC).

Ang madaling pagsasama ng sistema sa battery management system (BMS) ng mga EV, kasama ang mataas na katumpakan ng pagsukat at nabawasang komplikasyon at gastos kumpara sa tradisyonal na high-current EIS na pamamaraan, ay talagang kapaki-pakinabang para sa mga EV.

Ayon kay Propesor Kyeongha Kwon, ang may-akdang tumutugma, ang sistema ay maaari ring mag-ambag sa diagnosis ng baterya at pagpapabuti ng pagganap para sa mga energy storage system (ESS).

Iba pang Pag-unlad sa Kalagayan at Kaligtasan ng Baterya ng EV

Dahil sa kahalagahan ng mga baterya, nagsusumikap ang mga mananaliksik na maghanap ng iba’t ibang paraan upang mas maunawaan ang kanilang kalagayan. Pagkatapos ng lahat, ang kapasidad ng mga baterya ng EV ay bumababa ng halos 10% sa loob ng humigit-kumulang 6.5 taon ng patuloy na operasyon. Dito, ang sobrang pag-charge at sobrang pag-discharge ay nakakadagdag din sa pagbagsak na ito.

Noong nakaraang taon, isang pangkat ng mga mananaliksik mula sa Michigan Engineering lumikha ng isang formula upang i-diagnose at subaybayan ang isang baterya nang hindi ito binubuksan. Ang formula, na maaari ring ilapat sa iba pang photonic at electronic na mga aparato, ay gumagana para sa anumang kombinasyon ng mga materyales ng baterya.

Isang pamamaraan na ginagamit ng mga mananaliksik upang siyasatin ang mga baterya ay ang pag-aaplay ng mahinang alternating current, katulad ng nagmumula sa saksakan ngunit mas mahina, upang tuklasin ang baterya. Sa prosesong ito, nagbabago ang impedance depende sa dalas ng alternating current o kung gaano kabilis itong nagbabago ng direksyon.

Isang mahalagang sukat ay kung paano nagbabago ang impedance sa dalas, na nakukuha sa pamamagitan ng pag-sweep ng dalas mula mababa hanggang mataas. Upang makamit ito, kailangang itayo ang ugnayan sa pagitan ng mga materyales ng baterya at kanilang lagda. Gayunpaman, nakabuo ang pangkat ng sarili nitong formula upang ilarawan ang ugnayan. At kapag nasukat na ang impedance sa ilang dalas, maaaring hulaan ng formula ang impedance bilang function ng dalas para sa malawak na saklaw ng dalas.

Ayon sa pangkat, ang formula ay nagsisilbing paraan upang ipakita ang impedance ng materyal gamit lamang ang ilang data point mula sa eksperimento. Pinapasimple nito ang buong proseso ng pagmomodelo ng pagdaloy ng kuryente sa mga aparato na gawa sa iba’t ibang materyales at hindi na kailangang alamin ang microstructure ng materyal nang pauna.

Maaari rin itong makatulong sa pagdidisenyo ng mas mahusay na solid electrolytes, tukuyin ang mga tampok ng impedance ng iba pang bahagi ng baterya, at bumuo ng tumpak na mga modelo ng baterya upang maghatid ng mas ligtas at mas epektibong kontrol sa pag-charge at pag-discharge.

Noong panahong iyon, sinabi ng pangkat na plano nilang gamitin ang formula upang maunawaan at pagkatapos ay idisenyo ang solid-state electrolytes na may halo-halong materyales, na maaaring magbigay ng mas mataas na kapasidad at mas mahusay na kaligtasan.

Patuloy ang mga pag-unlad sa disenyo ng structural battery, mga materyales, at mga monitoring system, na nagpalakas ng mga hakbang sa kaligtasan upang maiwasan ang internal short circuits at thermal runaway. Dahil dito, mas pinagtutuunan ng pansin ng mga mananaliksik ang papel ng silicon-based na anodes, partikular ang pamamahagi ng SiO particle sa loob ng anode layer, upang makamit ang mas mataas na energy density habang kinokontrol ang mga hindi kanais-nais na epekto sa pag-ikot, kaya pinapabuti ang kaligtasan at katagalan.

Sa disenyo at pag-assemble ng baterya, ang mga adhesive ay lumalabas din bilang mahalagang bahagi, na nag-aalok ng mga benepisyo tulad ng pinahusay na pagganap sa pamamagitan ng pag-optimize ng thermal interface sa pagitan ng mga selula ng baterya at cooling system, mas malaking flexibility sa disenyo sa pamamagitan ng pag-bond ng iba’t ibang materyales, pinabuting pamamahala ng enerhiya para sa kaligtasan, at pagtitipid sa gastos sa pamamagitan ng pagpapasimple ng mga proseso ng paggawa.

Gumagamit din ang mga mananaliksik at kumpanya ng AI para sa pagtuklas ng materyales ng baterya at paggawa. Bagaman malaki ang pag-unlad ng teknolohiya ng baterya ng EV sa mga nagdaang taon, may ilang isyu pa rin sa materyal, disenyo, saklaw, at mga battery management system.

Ang battery management system (BMS) sa isang EV ay tungkol sa pagtiyak ng kahusayan, kaligtasan, at katagalan sa pamamagitan ng pag-optimize ng pagganap ng baterya. Ang tradisyonal na pagtatantiya ng kalusugan at charge ng baterya upang hulaan ang hinaharap na pag-degrade ay hindi naging tumpak, kaya nagkaroon ng mga ML algorithm para sa BMS na sinusuri ang real-time na datos para sa eksaktong pagtatantiya ng battery state of health (SOH) at state of charge (SOC). Pagkatapos, ginagamit ng BMS ang mga pagtatantiyang ito upang i-optimize ang pagganap ng baterya.

Ang pandaigdigang merkado ng EV battery formation at testing ay talagang mabilis na lumalago, na tinatiya sa $1.9 bilyon noong 2023. Inaasahang lalago ang merkado na may CAGR na higit sa 17.6% sa susunod na walong taon upang maabot ang $7.8 bilyon pagsapit ng 2032.

Ang paglago na ito ay pinapagana ng pagtaas ng pag-aampon ng EV at kasunod na produksyon ng baterya, mga pag-unlad sa teknolohiya ng kimika ng baterya, kaligtasan ng baterya, at mga pangangailangan sa pagiging maaasahan, pati na rin ang pagtaas ng pokus sa napapanatiling pag-unlad at pagbawas ng carbon emissions.

Ilang buwan na ang nakalipas, ang US Department of Energy (DOE) ay nang nag-anunsyo ng $43 milyong pondo para sa mga proyektong magpapaunlad ng pananaliksik, pag-develop, at deployment sa mga kritikal na larangan ng baterya. Layunin ng inisyatiba na pasiglahin ang mga inobasyon sa murang paggawa ng baterya para sa EV, bawasan ang mga pagkabigo, pagbutihin ang kaligtasan ng baterya, at palakasin ang domestic supply chain ng mga materyales ng baterya.

Ito ay alinsunod sa US National Blueprint for Transportation Decarbonization, na naglalayong alisin ang lahat ng emisyon mula sa sektor ng transportasyon pagsapit ng 2050 sa pamamagitan ng pagpapalawak ng mga teknolohiya ng baterya.

Mga Kumpanyang Tumulong sa Pagpapaunlad ng Pamamahala ng Baterya ng EV

Ngayon, tingnan natin ang mga kumpanyang nagtatrabaho sa intersection ng teknolohiya ng kalusugan ng baterya ng EV, mga sistema ng BMS, at mga pag-unlad ng EIS, na lahat ay mahalaga para mapanatili ang merkado ng EV at i-optimize ang buhay at kaligtasan ng baterya.

Ang Tesla ni Elon Musk (TSLA ) ay isa sa mga pinaka-kilalang kumpanya, at malalim ang pamumuhunan nito sa high-capacity at long-life na mga baterya para sa mga EV. Sa pagtaas ng 4.83% ng mga shares ng Tesla ngayong taon, ang market cap nito ay kasalukuyang $830.7 bilyon.

Pagkatapos ay narito ang $3.24 bilyong market cap na QuantumScape Corporation (QS ), na nagde-develop ng solid-state lithium-metal na mga baterya para sa mga EV, habang ang $1.9 bilyong market cap na Enovix Corporation (ENVX ) ay nagde-develop ng advanced silicon-anode lithium-ion na mga baterya. Ang $11.18 bilyong market cap na Albemarle Corporation (ALB ) ay nangungunang producer ng lithium at kasangkot sa pagpapabuti ng kahusayan at kaligtasan ng baterya. Ang mga shares ng QS, ALB, at ALB ay bumaba ng 6.47%, 34.14%, at 13.14% ngayong taon, ayon sa pagkakasunod.

Analog Devices (ADI ) ay isang $114 bilyong kumpanya na ang mga shares ay tumaas ng 15.67% ngayong taon. Kasabay nito, nagbibigay ito ng mga solusyon sa battery management system (BMS) para sa mga baterya ng EV.

Ngayon, tingnan natin nang mas malalim ang isa pang kaugnay na kumpanya na nagpakita ng magandang pagganap ngayong taon.

General Motors Company

Ang $59.2 bilyong market cap na higanteng automobila ay nakaranas ng magandang pagtaas ng shares ngayong taon. Sa natitirang higit dalawang buwan ng 2024, tumaas ng 46.77% ang presyo ng GM na nagte-trade sa $52.9. Mayroon itong EPS (TTM) na 9.37 at P/E ratio (TTM) na 5.63, kasama ang dividend yield na 0.91%.

Ang General Motors (GM ) ay kasangkot sa pagdidisenyo, paggawa, at pagbebenta ng mga kotse, trak, at mga piyesa ng sasakyan, bukod pa sa pagbibigay ng mga serbisyong pinapagana ng software. Nangunguna rin ito sa mga pag-unlad sa teknolohiya ng baterya, kaligtasan, at pagganap para sa kanyang fleet ng EV sa pamamagitan ng Ultium platform.

Ultium ay unang ipinakilala noong 2020, at ang CEO nito, Mary Barra, ay tinawag ito:

“Isang multi-brand, multi-segment na estratehiya ng EV na may mga ekonomiya ng sukat na katumbas ng aming negosyo sa full-size na trak na may mas kaunting komplikasyon at higit pang flexibility.”

Sa isang kamakailang pulong, inanunsyo ni Barra na ang Ultium battery brand ay aalis na ngunit sinabi na tataas ang benta ng EV. Kasama sa lineup ng EV ng GM ang Chevy Equinox at Blazer, GMC Hummer EV, Cadillac Lyriq, at Cadillac Celestiq.

Kurt Kelty, GM vice president of the battery cell, however, acknowledged the importance of Ultium in helping it launch the wide range of all-new EV models, noting:

“(Ang kumpanya) paglipat mula sa isang sukat na akma sa lahat patungo sa mga bagong program-specific na baterya.”

Ngayon, tinitingnan ng GM ang ilang mga kimika ng baterya upang mas mahusay nitong matugunan ang mga pangangailangan sa pagganap.

Ang kumpanya ng sasakyan ay nagbabalak ding magtayo ng isang battery prototyping center sa Michigan na magbubukas sa 2027, na makatutulong na paikliin ang oras ng pag-develop ng mga baterya ng hanggang isang taon.

Sa linggong ito, iniulat ng GM ang kanilang pinansyal para sa Q3 2024, na nagpakita na ang kanilang kita para sa quarter ay $49 bilyon, tumaas ng 10% YoY, habang ang adjusted automotive free cash flow ay $5.8 bilyon, isang pagtaas ng $900 milyon kumpara sa nakaraang taon. Sa panahong ito, nagbili ng $1 bilyong halaga ng mga stock ang GM.

Nakita ng kumpanya na tumaas ang kanilang retail market share sa US sa Q3 habang ang operating environment sa China ay nanatiling hamon. Tumaas din ang kanilang mga gastos sa warranty dahil sa mga presyur ng implasyon.

Tungkol sa mga EV, nasa tamang landas ang kumpanya na makagawa ng 200,000 EV sa North America ngayong taon. Habang umuusad, patuloy pa rin ang negosyo ng EV ng GM na magsikap para sa pagiging kumikita at inaasahan ang $2 bilyon hanggang $4 bilyon na pagbuti sa mga pagkalugi ng EV.

Konklusyon

Habang mabilis na umuusad ang paglipat sa malinis na enerhiya, na tinutulungan ng mga patakaran ng gobyerno, insentibo, at mga estratehiya ng industriya, lumipat na ang mundo sa mga de-kuryenteng sasakyan. Ang mabilis na paglago ng mga EV ay binibigyang-diin ang mahalagang papel ng mga baterya at, dahil dito, nangangailangan ng mataas na kahusayan at kaligtasan. Dito, ang mga teknolohiya tulad ng electrochemical impedance spectroscopy at mga makabagong battery management system ay makatutulong na pagbutihin kung paano natin sinusubaybayan ang kalusugan ng baterya ng EV at mag-ambag sa mas ligtas, mas napapanatiling paggamit ng mga EV.

Habang dumarami ang mga pag-aaral, kumpanya, at pamahalaan na nakatuon sa pagpapabuti ng diagnostics ng baterya ng EV, makakakita tayo ng mas matagal na tumatagal na mga baterya, mas ligtas na disenyo, at epektibong pag-imbak ng enerhiya, na lahat ay mahalaga para sa mga EV na maabot ang mainstream adoption. Ang mga inobasyong ito ay makatutulong pang maabot ang ambisyosong pandaigdigang layunin sa klima, na magdudulot ng mas malinis at mas napapanatiling kinabukasan.

I-click dito para sa listahan ng top 10 na EV stocks na maaaring pag-invest-an.