وجدت دراسة حديثة أجراها مركز بطاريات SLAC-Stanford التابع لجامعة ستانفورد أن بطاريات السيارات الكهربائية يمكن أن تدوم حوالي الثلث لفترة أطول مما كان يعتقد سابقًا.
وأظهر البحث أن أنماط الاستخدام الواقعية، مثل القيادة وسط حركة المرور، والرحلات الطويلة على الطرق السريعة والتوقفات القصيرة في المدينة، بالإضافة إلى ترك المركبات متوقفة لفترات طويلة من الزمن، تضمن احتفاظ البطاريات بكفاءتها لفترة زمنية أطول.
عادةً ما يتم اختبار عمر بطاريات السيارات الكهربائية في المختبرات باستخدام دورات التفريغ والشحن المستمرة بمعدلات متسارعة. وتسمح هذه الطريقة بتقييم سريع لتصميمات البطاريات الجديدة، ولكنها لا تعكس الاستخدام الحقيقي للسيارات الكهربائية في الحياة اليومية.
وبحسب الدراسة المنشورة في مجلة Nature Energy، فإن هذه الاختبارات لا تقدم توقعات دقيقة لعمر البطارية بالنسبة للمستهلك العادي.
البطاريات، التي لا تزال تمثل نحو ثلث تكلفة السيارة الكهربائية، يمكن أن تكون أكثر كفاءة ومتانة مما كان يعتقد سابقا.
اختبار تفريغ البطارية
وقالت سيمونا أونوري، مؤلفة الدراسة الرئيسية، وأستاذة علوم وهندسة الطاقة في جامعة ستانفورد: “لقد فوجئنا بأن القيادة في العالم الحقيقي، مع التوقف المتكرر والتسارع والكبح، أدت إلى عمر أطول للبطارية مقارنة بالاختبارات المعملية القياسية”.
اختبر الباحثون أربعة أنماط لتفريغ البطارية، من التفريغ الساكن إلى الديناميكي، بناءً على بيانات القيادة الحقيقية.
التفريغ المستمر هي الطريقة التقليدية المستخدمة في المختبرات، حيث يتم تفريغ البطارية بمعدل طاقة ثابت ومستمر ثم يتم شحنها أيضًا بمعدل ثابت.
يُستخدم هذا النوع من الاختبارات لتقييم أداء البطارية بسرعة وفي ظل ظروف خاضعة للرقابة، مما يجعلها مثالية للتجارب المعملية قصيرة المدى. ومع ذلك، فإن هذا النمط لا يحاكي ظروف الاستخدام الحقيقية للسيارات الكهربائية، حيث تختلف معدلات التفريغ والشحن بشكل مستمر حسب أسلوب القيادة.
ويحاكي التفريغ الديناميكي سلوك القيادة الواقعي، بما في ذلك التسارع المفاجئ والكبح أثناء شحن البطارية جزئيًا وفترات الراحة الطويلة والقيادة بسرعات مختلفة، وهو ما يعكس بدقة الظروف التي تواجهها السيارات الكهربائية في الحياة اليومية، مثل القيادة في المدينة أو الرحلات الطويلة. على الطرق السريعة.
وعلى مدى عامين، تمت دراسة 92 بطارية ليثيوم أيون تجارية وأظهرت النتائج أن الأنماط الديناميكية المستوحاة من القيادة اليومية تطيل عمر البطارية.
يضرب
ومن النتائج المفاجئة في الدراسة العلاقة بين التسارع القصير والمفاجئ وتدهور البطارية البطيء. تتناقض هذه النتيجة مع الافتراضات السابقة بأن التسارع السريع يؤدي إلى تدهور البطارية بشكل أسرع.
في السابق، كان الافتراض السائد بين الباحثين هو أن التسارع السريع يؤدي إلى تدهور البطارية بشكل أسرع. واستند هذا الافتراض إلى فكرة أن التسارع المفاجئ يضع ضغطًا كبيرًا على مكونات البطارية، مما يؤدي إلى زيادة التفاعلات الكيميائية الداخلية والتآكل السريع للخلايا، ويعتقد أن هذا النوع من سلوك القيادة سيزيد من تدهور البطارية.
لكن الدراسة الحديثة، التي اعتمدت على أنماط التفريغ الديناميكية التي تحاكي سلوك القيادة في العالم الحقيقي، أظهرت أن التسارع القصير المفاجئ يبطئ عملية تدهور البطارية بدلاً من تسريعها. ويتناقض هذا الاكتشاف مع المفهوم التقليدي ويقدم تفسيرا جديدا لكيفية تأثير أسلوب القيادة على البطارية.
يمكن أن يؤدي التسارع السريع إلى تفاعلات كيميائية مؤقتة في البطارية تعزز الشحن السريع للمكونات التالفة، مما يساعد على تقليل الآثار السلبية للتفريغ العميق الذي يحدث عادة خلال فترات القيادة الطويلة والمتواصلة، مما يفتح آفاقًا جديدة لرؤية كيفية تحسين أداء البطارية. البطاريات في السيارات الكهربائية في المستقبل.
من جانبه، قال المؤلف المشارك ألكسيس جيسلين، طالب الدكتوراه في جامعة ستانفورد: “الضغط على دواسة الوقود بقوة لا يؤدي إلى تسريع شيخوخة البطارية، بل على العكس يمكن أن يبطئها”.
وجدت الدراسة أن هناك طريقتين رئيسيتين لتدهور البطاريات: “تقادم دورة الشحن”، وهو أمر شائع في المركبات التجارية التي يتم استخدامها بشكل مستمر، و”التقادم الزمني”، وهو أكثر تأثيرًا على المركبات الشخصية التي يتم استخدامها بشكل غير متكرر.
وأشار البحث إلى إمكانية تحديث برامج إدارة البطاريات في السيارات الكهربائية للاستفادة من هذه النتائج. يمكن لشركات صناعة السيارات تحسين كفاءة البطارية وإطالة عمر البطارية من خلال تصميم خوارزميات متقدمة تعتمد على بيانات العالم الحقيقي.
تفتح هذه الدراسة آفاقًا جديدة لتطوير تصميمات بطاريات أكثر كفاءة واستدامة. ويشير أيضًا إلى أنه يمكن تطبيق النتائج على مجالات أخرى، مثل تخزين الطاقة والخلايا الشمسية والمواد الحيوية المستخدمة في الزراعة والطب.
