Dr Ngalula Mubenga, professeur adjoint de technologie du génie électrique à l'Université de Tolède, dans son labo. Crédit :Dan Miller, L'Université de Tolède
Ingénieur électricien à l'Université de Tolède, qui a failli mourir comme une fille en Afrique à cause du manque d'électricité d'un hôpital, a développé une nouvelle solution de stockage d'énergie pour fabriquer des packs de batteries dans les véhicules électriques, satellite, les avions et les stations de grille durent plus longtemps et coûtent moins cher.
La nouvelle technologie appelée égaliseur à deux niveaux est le premier hybride qui combine les hautes performances d'un égaliseur actif avec le faible coût de l'égaliseur passif.
« Cela change la donne car nous avons résolu le problème des cellules faibles dans le stockage des batteries lithium-ion pour les packs contenant des centaines de cellules, " a déclaré le Dr Ngalula Mubenga, professeur assistant de technologie du génie électrique à l'UT. "Chaque fois que nous parlons de batteries, nous parlons de cellules connectées en série. Heures supplémentaires, la batterie n'est pas équilibrée et limitée par la cellule la plus faible de la batterie."
Avant l'égaliseur à deux niveaux, les fabricants de batteries et les constructeurs automobiles ont équilibré les tensions des cellules dans une grande batterie en utilisant soit un circuit passif, qui perd plus d'énergie, ou un circuit actif, ce qui est 10 fois plus cher.
« Malgré leurs pertes importantes, les égaliseurs passifs sont utilisés dans la plupart des applications car ils sont relativement simples et peu coûteux, " a déclaré Mubenga.
Dans la nouvelle technologie de Mubenga, les cellules sont regroupées en sections. Chaque cellule de la section est équilibrée par un égaliseur passif, tandis que toute la section est équilibrée par un égaliseur actif.
"S'il y a 120 cellules dans une batterie, diviser les cellules en 10 groupes de 12, " a déclaré Mubenga. "Alors vous n'avez besoin que de neuf unités d'égalisation actives et de 120 unités d'égalisation passives utilisant l'égaliseur à deux niveaux. Avec les égaliseurs actifs actuels, les fabricants devraient utiliser 120 égaliseurs actifs. Pour les fabricants qui ne peuvent pas se permettre d'utiliser uniquement des égaliseurs actifs, l'égaliseur à deux niveaux est la solution au problème."
Des expériences ont montré que l'égaliseur à deux niveaux augmente la capacité de décharge des batteries lithium-ion d'environ 30 pour cent, et le pack dure plus longtemps car les cellules sont équilibrées.
"Au lieu d'une batterie de véhicule électrique qui ne dure que quatre ans, ça durera beaucoup plus longtemps, " a déclaré Mubenga.
Panneau solaire, qui a été développé et installé par SMIN Power Group, au service d'une communauté en République démocratique du Congo. Crédit :SMIN Power Group
Mubenga a travaillé sur le projet avec le Dr Tom Stuart, professeur émérite au Département de génie électrique et informatique de l'UT, qui a eu l'idée de l'égaliseur à deux niveaux.
Leur équipe octroie aux fabricants une licence pour l'égaliseur hybride et le kit de mise à niveau. La recherche a été publiée récemment dans Piles , une revue internationale. Le financement du projet a été fourni par le programme Ohio I-Corps et le programme Ohio Third Frontier.
Mubenga prévoit de présenter leur nouveau technologie brevetée à 14h Mercredi, Le 7 mars à l'Advanced Design and Manufacturing Expo au Huntington Convention Center de Cleveland, lors d'une session intitulée « Lowering the Cost of Energy Storage for E/HV and Grid Applications Using a Bilevel Equalizer for Large Li-Ion Batteries ».
Mubenga comprend le pouvoir de l'électricité qui change la vie. Quand elle avait 17 ans dans son pays natal de la République Démocratique du Congo en Afrique, elle a attendu trois jours pour se faire opérer après l'éclatement de son appendice parce qu'il n'y avait pas d'électricité à l'hôpital.
"Je vivais dans une petite ville appelée Kikwit, loin de la grande et belle capitale Kinshasa, " dit Mubenga. " J'étais très malade, les médecins devaient faire de la chirurgie, mais ils n'ont pas pu trouver de gaz pour allumer le groupe électrogène. Pendant trois jours, ma vie dépendait de l'électricité. Je priais. Je ne pouvais pas manger. Et décidé si je le faisais vivant, Je travaillerais pour trouver une solution afin que les gens ne meurent pas à cause du manque d'électricité."
L'hôpital a trouvé du carburant pour alimenter le générateur, les médecins ont opéré et Mubenga a survécu.
Elle a commencé à étudier les énergies renouvelables à l'UT College of Engineering en 2000 et a obtenu un baccalauréat, maîtrise et doctorat en génie électrique. Après avoir obtenu sa licence d'ingénieur professionnel dans l'Ohio, elle a ensuite fondé sa société appelée SMIN Power Group, qui développe et installe des systèmes d'énergie solaire dans les communautés de la République démocratique du Congo.
"Ma passion est profonde, " a déclaré Mubenga. " Dans des endroits comme cette petite ville de Kikwit, si vous avez l'énergie solaire, vous pouvez avoir de l'électricité et sauver des vies."
Un autre facteur alimentant la motivation de recherche de Mubenga est un lien entre son pays natal et les batteries lithium-ion.
"La plupart des minéraux pour l'électronique d'aujourd'hui sont extraits en République démocratique du Congo, " a déclaré Mubenga. " La République démocratique du Congo est l'un des principaux producteurs de cobalt, le cuivre, or, diamant, tantale et étain dans le monde. En effet, la République démocratique du Congo contient environ 50 pour cent des réserves mondiales de cobalt, un minéral utilisé pour fabriquer des batteries lithium-ion."
