Nowe badanie przeprowadzone przez SLAC-Stanford Battery Center wskazuje, że akumulatory pojazdów elektrycznych (EV) mogą wytrzymać znacznie dłużej w rzeczywistych warunkach, niż wcześniej przewidywano.
Testując akumulatory o dynamicznych profilach rozładowania naśladujących rzeczywiste scenariusze jazdy, badacze odkryli, że warunki te mogą wydłużyć żywotność akumulatorów, obalając niektóre wieloletnie założenia dotyczące degradacji akumulatorów pojazdów elektrycznych.
Żywotność akumulatora pojazdu elektrycznego
Akumulatory pojazdów elektrycznych (EV) używane w typowych warunkach jazdy, takich jak poruszanie się w dużym ruchu, długie podróże autostradą, krótkie przejażdżki po mieście i długie postoje na parkingu, mogą wystarczyć na około 30% dłużej niż wcześniej szacowano. Odkrycie to wynika z nowego badania przeprowadzonego przez naukowców z SLAC-Stanford Battery Center, będącego wynikiem współpracy pomiędzy Instytutem Energii Precourt Uniwersytetu Stanforda a Narodowym Laboratorium Akceleratorów SLAC. Wyniki sugerują, że właściciele pojazdów elektrycznych być może nie będą musieli wymieniać kosztownych akumulatorów ani kupować nowych pojazdów tak szybko, jak się tego spodziewali.
Błędy w standardowym testowaniu baterii
Tradycyjnie naukowcy i inżynierowie zajmujący się akumulatorami testowali nowe konstrukcje akumulatorów w laboratoriach, poddając je cyklicznym procesom ładowania i rozładowywania ze stałą szybkością. Takie podejście pozwala naukowcom szybko ocenić żywotność baterii i inne parametry wydajności. Jednakże testy te mogą nie odzwierciedlać dokładnie rzeczywistych warunków jazdy, co prowadzi do zbyt konserwatywnych szacunków żywotności.
Jak wynika z badania opublikowanego 9 grudnia w czasopiśmie „EV”, nie jest to dobry sposób na przewidywanie oczekiwanej żywotności akumulatorów pojazdów elektrycznych, szczególnie w przypadku osób posiadających pojazdy elektryczne do codziennych dojazdów do pracy. Energia Natury. Chociaż ceny akumulatorów spadły o około 90% w ciągu ostatnich 15 lat, akumulatory nadal stanowią prawie jedną trzecią ceny nowego pojazdu elektrycznego. Zatem obecni i przyszli użytkownicy pojazdów elektrycznych mogą być z tego zadowoleni
Realne korzyści dla właścicieli pojazdów elektrycznych
„Nie testowaliśmy akumulatorów pojazdów elektrycznych we właściwy sposób”. powiedziała Simona Onori, starsza autorka i profesor nadzwyczajny nauk i inżynierii energetycznej w Szkole Zrównoważonego Rozwoju Stanford Doerr. „Ku naszemu zaskoczeniu, prawdziwa jazda z częstym przyspieszaniem, hamowanie, które nieco ładuje akumulatory, zatrzymywanie się w celu wpadnięcia do sklepu i pozwalanie akumulatorom odpocząć przez wiele godzin, pomaga akumulatorom wytrzymać dłużej, niż sądziliśmy w oparciu o standardy branżowe badania laboratoryjne.”
Miła niespodzianka
Naukowcy zaprojektowali cztery typy profili rozładowania pojazdów elektrycznych, od standardowego stałego rozładowania po dynamiczne rozładowanie w oparciu o rzeczywiste dane dotyczące jazdy. Zespół badawczy testował 92 komercyjne akumulatory litowo-jonowe przez ponad dwa lata pod kątem różnych profili rozładowania. Ostatecznie im bardziej realistycznie profile odzwierciedlały rzeczywiste zachowanie kierowcy, tym wyższa była średnia długość życia pojazdu elektrycznego.
Z badania wynika, że na nieoczekiwaną długowieczność wpływa kilka czynników. A uczenie maszynowe Algorytm wytrenowany na wszystkich zebranych przez zespół danych pomógł zbadać wpływ profili dynamicznego rozładowania na degradację baterii.
Na przykład badanie wykazało korelację między ostrymi, krótkimi przyspieszeniami pojazdów elektrycznych a wolniejszą degradacją. Było to sprzeczne z od dawna utrzymywanymi założeniami badaczy akumulatorów, w tym zespołu biorącego udział w tym badaniu, że szczyty przyspieszenia są niekorzystne dla akumulatorów pojazdów elektrycznych.
Mocne wciśnięcie pedału stopą nie przyspiesza starzenia. W każdym razie spowalnia, wyjaśnił Alexis Geslin, jeden z trzech głównych autorów badania i doktorant w dziedzinie inżynierii i inżynierii materiałowej oraz informatyki w Szkole Inżynierskiej Uniwersytetu Stanforda.
Czynniki starzenia w akumulatorach pojazdów elektrycznych
Zespół badawczy szukał także różnic w starzeniu się baterii ze względu na wiele cykli ładowania i rozładowania w porównaniu ze starzeniem się baterii, które następuje po prostu z czasem. Twoje baterie w domu, które przez lata leżały nieużywane w szufladzie, nie będą działać tak dobrze, jak w chwili zakupu, jeśli w ogóle będą działać.
„My, inżynierowie akumulatorów, założyliśmy, że starzenie cykliczne jest znacznie ważniejsze niż starzenie wywołane czasem. Dotyczy to głównie komercyjnych pojazdów elektrycznych, takich jak autobusy i samochody dostawcze, które prawie zawsze są w użyciu lub są ładowane” – powiedział Geslin. „W przypadku konsumentów korzystających z pojazdów elektrycznych, aby dojechać do pracy, odebrać dzieci, udać się do sklepu spożywczego, ale w większości przypadków nie korzystają z nich ani nawet ich nie ładują, w porównaniu z jazdą na rowerze główną przyczyną starzenia się staje się czas”.
W badaniu określono optymalny punkt średniej szybkości rozładowania, pozwalający zrównoważyć starzenie się czasowe i starzenie cykliczne, przynajmniej w przypadku testowanych akumulatorów komercyjnych. Na szczęście to okno mieści się w zakresie realistycznej jazdy samochodem elektrycznym dla konsumentów. Producenci samochodów mogliby zaktualizować swoje oprogramowanie do zarządzania akumulatorami pojazdów elektrycznych, aby wykorzystać nowe odkrycia i zmaksymalizować żywotność akumulatorów w rzeczywistych warunkach.
Przyszłe kierunki badań nad akumulatorami
„W przyszłości naprawdę ważna będzie ocena nowych składów chemicznych i projektów akumulatorów z realistycznymi profilami zapotrzebowania” – powiedział Le Xu, doktorant w dziedzinie energetyki i inżynierii. „Naukowcy mogą teraz ponownie przyjrzeć się przypuszczalnym mechanizmom starzenia na poziomie chemicznym, materiałowym i komórkowym, aby pogłębić swoją wiedzę. Ułatwi to rozwój zaawansowanych algorytmów sterowania, które zoptymalizują wykorzystanie istniejących komercyjnych architektur akumulatorów”.
Badanie sugeruje, że konsekwencje wykraczają poza akumulatory. Naukowcy i inżynierowie mogliby zastosować te zasady do innych zastosowań magazynowania energii, a także do innych materiałów i urządzeń w naukach fizycznych, w których starzenie się ma kluczowe znaczenie, takich jak tworzywa sztuczne, okulary, ogniwa słoneczne i niektóre biomateriały stosowane w implantach.
„Ta praca podkreśla siłę integracji wielu dziedzin wiedzy specjalistycznej – od materiałoznawstwa, kontroli i modelowania po uczenie maszynowe – w celu wspierania innowacji” – powiedział Onori.
Odniesienie: „Dynamiczna jazda na rowerze zwiększa żywotność baterii”, Alexis Geslin, Le Xu, Devi Ganapathi, Kevin Moy, William C. Chueh i Simona Onori, 9 grudnia 2024 r., Energia Natury.
DOI: 10.1038/s41560-024-01675-8
