Сколько служат батареи электромобилей?

Современные батареи электромобилей служат на треть дольше, чем предполагалось ранее, согласно результатам нового исследования.

Учёные из Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC провели исследование, которое показало, что лабораторные тесты батарей с постоянным циклом разрядки и зарядки не отражают реальную эксплуатацию.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Energy, показало, что в реальных условиях эксплуатации электромобилей, когда водители совершают поездки разной длительности и интенсивности, батареи служат дольше, чем предсказывали лабораторные тесты. Фактически, срок службы увеличивается на треть, что позволяет владельцам электромобилей экономить и отодвигает необходимость замены дорогостоящего аккумулятора на несколько лет.

Традиционно для оценки жизненного цикла аккумуляторов инженеры подвергают их многократным циклам заряда и разряда в лабораторных условиях с постоянной скоростью. Этот подход позволяет быстро выявить потенциальные недостатки конструкции и спрогнозировать срок службы, но, как выяснилось, он не отражает реальность.

Исследование показало, что повседневное использование электромобиля характеризуется более сложным и динамичным профилем нагрузки батареи. При этом стоимость аккумулятора по-прежнему составляет значительную часть цены электромобиля, несмотря на снижение за последние полтора десятилетия.

Руководитель исследования Симона Онори отмечает, что существующие методики тестирования не отражают реальную эксплуатацию. Более удивительным открытием стало то, что именно частые изменения нагрузки — разгоны, торможения с рекуперацией энергии, короткие остановки и длительные периоды простоя — способствуют увеличению долговечности батарей.

Как же удалось объективно протестировать срок службы?

Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи разработали четыре различных профиля разряда батареи, от стандартного равномерного до имитирующего реальное вождение. В ходе эксперимента, длившегося более двух лет, были протестированы 92 коммерческих литий-ионных аккумулятора. Результаты показали прямую зависимость между реалистичностью профиля разряда и сроком службы батареи.

Анализ данных с помощью алгоритмов машинного обучения позволил выявить факторы, влияющие на замедление деградации аккумуляторов. Вопреки распространённому мнению, которое разделяли даже сами исследователи, резкие и кратковременные ускорения не только не вредят батарее, но и способствуют её долговечности.

Исследователи также обратили внимание на разницу между «старением» аккумулятора, вызванным циклами заряда и разряда, и «старением», происходящим со временем, даже если батарея не используется. Если аккумулятор, хранящийся без дела, постепенно теряет свои свойства, то в случае с электромобилями, которые используются для поездок на работу, в магазин или по другим делам, и большую часть времени находятся в режиме ожидания, именно временной фактор становится доминирующим.

Исследование показало, что существует оптимальный диапазон скоростей разряда, при котором достигается баланс между циклическим и временным старением. К счастью, этот диапазон соответствует типичному стилю вождения большинства владельцев электромобилей. Это открывает возможность для автопроизводителей оптимизировать программное обеспечение управления батареями, чтобы максимально продлить срок их службы в реальных условиях эксплуатации.

Значение этого исследования выходит за рамки автомобильной индустрии. Полученные результаты могут быть применены в других областях, связанных с хранением энергии, а также при разработке новых материалов и устройств, где «старение» играет важную роль, например, в производстве пластмасс, стекла, солнечных батарей и даже некоторых биоматериалов, используемых в медицине.

«Крайне важно, чтобы при разработке новых химических составов и конструкций аккумуляторов учитывались реалистичные профили нагрузки», — подчёркивает Ле Сюй, один из участников исследовательской группы. Понимание механизмов старения на молекулярном уровне позволит создать более совершенные алгоритмы управления, оптимизирующие работу существующих аккумуляторов.

В конечном итоге, это исследование демонстрирует огромный потенциал междисциплинарного подхода, объединяющего материаловедение, теорию управления, моделирование и машинное обучение, для создания инновационных решений в самых разных областях науки и техники.

VOLTAUTO | Электромобили с подготовкой в Беларуси

Телефон: +375 (29) 825 82 30

2024-12-20 11:41