Een elektrotechnisch ingenieur aan de Universiteit van Toledo, die als meisje bijna stierf in Afrika door gebrek aan stroom in een ziekenhuis, heeft een nieuwe energieopslagoplossing ontwikkeld om batterijpakketten in elektrische voertuigen te maken, satellieten, vliegtuigen en gridstations gaan langer mee en kosten minder.

De nieuwe technologie, een bilevel-equalizer genaamd, is de eerste hybride die de hoge prestaties van een actieve equalizer combineert met de lage kosten van de passieve equalizer.

"Het is een game changer omdat we het probleem met de zwakke cellen in de opslag van lithium-ionbatterijen hebben opgelost voor packs met honderden cellen, " zei Dr. Ngalula Mubenga, universitair docent elektrotechniek aan de UT. "Als we het over batterijen hebben, we hebben het over cellen die in een reeks zijn verbonden. Overuren, de batterij is niet gebalanceerd en beperkt door de zwakste cel in de batterij."

Voor de bilevel-equalizer, batterijfabrikanten en autofabrikanten balanceerden de celspanningen in een groot batterijpakket met behulp van een passief circuit, die meer energie verliest, of een actief circuit, dat is 10 keer duurder.

"Ondanks hun aanzienlijke verliezen, passieve equalizers worden in de meeste toepassingen gebruikt omdat ze relatief eenvoudig en goedkoop zijn, ' zei Mubenga.

In de nieuwe technologie van Mubenga, de cellen zijn gegroepeerd in secties. Elke cel binnen de sectie wordt gebalanceerd door een passieve equalizer, terwijl de hele sectie wordt gecompenseerd door een actieve equalizer.

"Als er 120 cellen in een batterij zitten, verdeel de cellen in 10 groepen van 12, "Zei Mubenga. "Dan heb je maar negen actieve equalizer-eenheden en 120 passieve equalizer-eenheden nodig die de bilevel-equalizer gebruiken. Met huidige actieve equalizers, fabrikanten zouden 120 actieve equalizers moeten gebruiken. Voor fabrikanten die het zich niet kunnen veroorloven om alleen actieve equalizers te gebruiken, de bilevel-equalizer is de oplossing voor het probleem."

Experimenten hebben aangetoond dat de bilevel-equalizer de ontlaadcapaciteit van lithium-ionbatterijen met ongeveer 30 procent verhoogt, en de verpakking gaat langer mee omdat de cellen in balans zijn.

"In plaats van de batterij van een elektrische auto die maar vier jaar meegaat, het zou veel langer duren, ' zei Mubenga.

Mubenga werkte aan het project samen met Dr. Tom Stuart, emeritus hoogleraar bij de faculteit Elektrotechniek en Informatica van de UT, die het idee had voor de bilevel equalizer.

Hun team geeft fabrikanten licenties voor de hybride equalizer en retrofit-kit. Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in Batterijen , een internationaal tijdschrift. Projectfinanciering werd verstrekt door het Ohio I-Corps-programma en het Ohio Third Frontier-programma.

Mubenga is van plan om hun nieuwe, gepatenteerde technologie om 14.00 uur Woensdag, 7 maart op de Advanced Design and Manufacturing Expo in het Huntington Convention Center van Cleveland in een sessie getiteld "De kosten van energieopslag voor E/HV- en nettoepassingen verlagen met behulp van een bilevel-equalizer voor grote Li-ionbatterijen."

Mubenga begrijpt de levensveranderende kracht van elektriciteit. Toen ze 17 jaar oud was in haar geboorteland, de Democratische Republiek Congo in Afrika, ze wachtte drie dagen op een operatie nadat haar appendix was gebarsten omdat er geen stroom was in het ziekenhuis.

"Ik woonde in een klein stadje genaamd Kikwit, ver weg van de grote en mooie hoofdstad Kinshasa, " zei Mubenga. "Ik was erg ziek, dokters moesten geopereerd worden, maar ze konden geen gas vinden om de stroomgenerator aan te zetten. Gedurende drie dagen, mijn leven hing af van elektriciteit. Ik was aan het bidden. Ik kon niet eten. En besloot of ik het levend zou redden, Ik zou werken aan een oplossing zodat mensen niet zouden sterven door gebrek aan elektriciteit."

Het ziekenhuis vond brandstof om de generator van stroom te voorzien, artsen deden de operatie en Mubenga overleefde.

Ze begon in 2000 hernieuwbare energie te studeren aan het UT College of Engineering en behaalde een bachelordiploma, master's degree en PhD in elektrotechniek. Na het behalen van haar professionele ingenieurslicentie in Ohio, ging ze verder met het oprichten van haar bedrijf genaamd de SMIN Power Group, die zonne-energiesystemen ontwikkelt en installeert in gemeenschappen in de Democratische Republiek Congo.

"Mijn passie is diep, " zei Mubenga. "In plaatsen zoals dat kleine stadje Kikwit, als je zonne-energie hebt, je kunt elektriciteit hebben en levens redden."

Een andere factor die Mubenga's onderzoeksmotivatie voedt, is een verband tussen haar geboorteland en lithium-ionbatterijen.

"De meeste mineralen voor de hedendaagse elektronica worden gewonnen in de Democratische Republiek Congo, " zei Mubenga. "De Democratische Republiek Congo is een toonaangevende producent van kobalt, koper, goud, diamant, tantaal en tin ter wereld. Inderdaad, de Democratische Republiek Congo bevat ongeveer 50 procent van de wereldvoorraad aan kobalt, een mineraal dat wordt gebruikt om lithium-ionbatterijen te maken."