En elektroingenjör vid University of Toledo, som nästan dog som flicka i Afrika på grund av ett sjukhuss brist på makt, har utvecklat en ny energilagringslösning för att tillverka batteripaket i elfordon, satelliter, flygplan och nätstationer håller längre och kostar mindre.

Den nya tekniken som kallas en bilevel-equalizer är den första hybriden som kombinerar den höga prestandan hos en aktiv equalizer med den låga kostnaden för den passiva equalizern.

"Det är en game changer eftersom vi löste problemet med svaga celler i litiumjonbatterilagring för paket med hundratals celler, " sa Dr. Ngalula Mubenga, biträdande professor i elektroteknik vid UT. "När vi pratar om batterier, vi talar om celler kopplade i en serie. Över tid, batteriet är inte balanserat och begränsat av den svagaste cellen i batteriet."

Innan bilevel-utjämnaren, batteritillverkare och biltillverkare balanserade cellspänningarna i ett stort batteripaket med antingen en passiv krets, som förlorar mer energi, eller en aktiv krets, vilket är 10 gånger dyrare.

"Trots deras betydande förluster, passiva utjämnare används i de flesta applikationer eftersom de är relativt enkla och billiga, " sa Mubenga.

I Mubengas nya teknik, cellerna är grupperade i sektioner. Varje cell inom sektionen balanseras av en passiv utjämnare, medan hela sektionen balanseras av en aktiv equalizer.

"Om det finns 120 celler i ett batteri, dela upp cellerna i 10 grupper om 12, ", sade Mubenga. "Då behöver du bara nio aktiva utjämnarenheter och 120 passiva utjämnarenheter med hjälp av tvånivåutjämnaren. Med nuvarande aktiva utjämnare, tillverkare skulle behöva använda 120 aktiva utjämnare. För tillverkare som inte har råd att bara använda aktiva utjämnare, bilevel-utjämnaren är lösningen på problemet."

Experiment har visat att bilevel-utjämnaren ökar urladdningskapaciteten hos litiumjonbatterier med cirka 30 procent, och packningen håller längre eftersom cellerna är balanserade.

"Istället för ett elfordons batteri som bara räcker i fyra år, det skulle vara mycket längre, " sa Mubenga.

Mubenga arbetade på projektet med Dr. Tom Stuart, professor emeritus vid UT Institutionen för elektroteknik och datavetenskap, som hade idén till bilevel-equalizern.

Deras team licensierar hybridutjämnaren och eftermonteringssatsen till tillverkare. Forskningen publicerades nyligen i Batterier , en internationell tidskrift. Projektfinansiering tillhandahölls av Ohio I-Corps-programmet och Ohio Third Frontier-programmet.

Mubenga planerar att presentera sin nya, patenterad teknik kl. 14.00. onsdag, 7 mars på Advanced Design and Manufacturing Expo på Huntington Convention Center i Cleveland i en session med titeln "Sänka kostnaden för energilagring för E/HV och Grid Applications Using a Bilevel Equalizer for Large Li-Ion Batteries."

Mubenga förstår elektricitetens livsförändrande kraft. När hon var 17 år gammal i sitt hemland, Demokratiska republiken Kongo i Afrika, hon väntade tre dagar på operation efter att hennes blindtarm sprack eftersom det inte fanns någon ström på sjukhuset.

"Jag bodde i en liten stad som heter Kikwit, långt borta från den stora och vackra huvudstaden Kinshasa, " sade Mubenga. "Jag var väldigt sjuk, läkare behövde göra operation, men de kunde inte hitta någon gas för att slå på elgeneratorn. I tre dagar, mitt liv var beroende av elektricitet. Jag bad. Jag kunde inte äta. Och bestämde mig för om jag gjorde det levande, Jag skulle arbeta för att hitta en lösning så att folk inte skulle dö på grund av brist på el."

Sjukhuset hittade bränsle för att driva generatorn, läkare gjorde operationen och Mubenga överlevde.

Hon började studera förnybar energi vid UT College of Engineering 2000 och tog en kandidatexamen, magisterexamen och doktorsexamen i elektroteknik. Efter att ha tagit sin professionella ingenjörslicens i Ohio, hon fortsatte med att grunda sitt företag som heter SMIN Power Group, som utvecklar och installerar solenergisystem i samhällen i hela Demokratiska republiken Kongo.

"Min passion är djup, " sade Mubenga. "På platser som den där lilla staden Kikwit, om du har solenergi, du kan ha el och rädda liv."

En annan faktor som driver Mubengas forskningsmotivation är en koppling mellan hennes hemland och litiumjonbatterier.

"De flesta av mineralerna för dagens elektronik bryts i Demokratiska republiken Kongo, " sade Mubenga. "Demokratiska republiken Kongo är en ledande producent av kobolt, koppar, guld, diamant, tantal och tenn i världen. Verkligen, Demokratiska republiken Kongo innehåller cirka 50 procent av världens reserv av kobolt, a mineral used to make lithium ion batteries."