دوام باتری‌های خودروهای الکتریکی
هنگامی که گفته می‌شود محصولی تحت شرایط آزمایشگاهی آزمایش شده، معمولا تصور می‌شود که در شرایط واقعی، این محصول سریع‌تر فرسوده می‌شود. اما پژوهشگران دانشگاه استنفورد دریافتند که این فرضیه در مورد باتری‌های خودروهای الکتریکی (EV) نادرست است. تحقیقات جدید نشان می‌دهد که آزمایش‌های آزمایشگاهی سنتی باعث تسریع در کاهش عمر باتری می‌شوند، در حالی که استفاده در دنیای واقعی عمر باتری را به میزان قابل‌توجهی افزایش می‌دهد و دوام کلی خودروهای الکتریکی را بیشتر می‌کند.
پژوهشگران دریافتند که سبک رانندگی متوقف و راه‌انداز (Stop-Start) و نرخ متغیر تخلیه انرژی باتری می‌تواند عمر آن را تا ۳۸ درصد بیشتر از آزمایش‌های سنتی افزایش دهد. این یافته‌ها خبر خوبی برای رانندگان خودروهای الکتریکی و همچنین برای تلاش‌های جهانی جهت برقی‌سازی حمل‌ونقل است. این افزایش طول عمر باتری می‌تواند معادل بیش از ۳۰۰ هزار کیلومتر مسافت بیشتر برای خودروهای الکتریکی باشد، پیش از آنکه نیاز به تعویض باتری پیدا کنند.
باتری‌های بادوام‌تر: کاهش هزینه‌ها و مزایای زیست‌محیطی
باتری‌هایی که مدت بیشتری دوام می‌آورند، هزینه کلی مالکیت خودروهای الکتریکی را کاهش می‌دهند و به محیط زیست کمک می‌کنند، زیرا هر باتری مدت بیشتری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
روش‌های معمول آزمایش تخریب باتری
باتری‌های لیتیوم-یونی که متداول‌ترین نوع باتری در خودروهای الکتریکی هستند، با گذشت زمان دچار کاهش ظرفیت می‌شوند. در حین شارژ و تخلیه، برخی از یون‌های لیتیوم در الکترودها به دام می‌افتند و باتری به مرور زمان ظرفیت ذخیره‌سازی شارژ خود را از دست می‌دهد.
بخوانید: موسکویچ برای اولین بار در دسامبر صدرنشین بازار خودروهای الکتریکی روسیه شد
اما چگونه این فرسودگی اندازه‌گیری می‌شود؟
از آنجا که امکان ندارد ۲۰ سال منتظر ماند تا دوام یک باتری را قبل از عرضه آزمایش کرد، پژوهشگران معمولا نرخ تخریب باتری را با استفاده از تخلیه مداوم انرژی تخمین می‌زنند. این آزمایش‌ها معمولا در محیط‌های آزمایشگاهی کنترل‌شده انجام می‌شوند. در این روش، باتری تحت چرخه‌های شارژ و تخلیه سریع قرار می‌گیرد و نرخ تخلیه آن ثابت است. مشاهده کاهش تدریجی ظرفیت، میزان تخریب باتری را در طول زمان مشخص می‌کند. این همان روشی است که بر اساس آن تخمین‌هایی مانند ۸۰ درصد ظرفیت باتری در ۱۰ سال آینده حفظ می‌شود به دست می‌آید.
اما این روش محدودیت‌هایی دارد، زیرا تخلیه مداوم انرژی مشابه نحوه‌ی رانندگی واقعی نیست. در دنیای واقعی، ممکن است برای ورود به بزرگراه به سرعت شتاب گرفته شود، در ترافیک توقف و حرکت وجود داشته باشد، یا چند مسیر کوتاه را به فروشگاه‌های مختلف رفت. علاوه بر این، در بیشتر زمان‌ها باتری خودرو بلااستفاده است و یک الگوی ثابت تخلیه انرژی وجود ندارد.
شبیه‌سازی استفاده واقعی
تیم استنفورد برای شبیه‌سازی الگوهای واقعی رانندگی، مجموعه‌ای از الگوهای تخلیه انرژی را طراحی کرد که برخی از آنها بر اساس داده‌های واقعی رانندگی بودند. آنها ۹۲ باتری لیتیوم-یونی تجاری را به مدت بیش از دو سال آزمایش کردند. نتایج نشان داد که باتری‌هایی که با الگوهای واقع‌گرایانه‌تر آزمایش شده بودند، بسیار کندتر از حد انتظار دچار تخریب شدند و عمر بیشتری نسبت به باتری‌های آزمایش‌شده در شرایط آزمایشگاهی داشتند. هرچه الگوی استفاده از باتری واقعی‌تر بود، سرعت تخریب آن کاهش بیشتری پیدا می‌کرد.
پژوهشگران باتری مدت‌ها گمان می‌کردند که شتاب‌گیری سریع برای عمر باتری مضر است. اما این تحقیق نشان داد که این باور نادرست است. در واقع، شتاب‌گیری‌های کوتاه و ترمزهای احیاکننده (که طی آن خودروهای الکتریکی هنگام ترمز گرفتن بخشی از انرژی را بازیابی و ذخیره می‌کنند) با نرخ پایین‌تر تخریب باتری مرتبط هستند.
آیا این یافته‌ها در عمل نیز تایید می‌شوند؟
چندین مطالعه اخیر نیز عملکرد واقعی باتری‌ها را در خودروهای الکتریکی از جمله در خودروهای تجاری بررسی کرده‌اند. این مطالعات هم ارتباط بین استفاده واقعی و کاهش نرخ تخریب باتری را نشان داده‌اند. گزارش سال ۲۰۲۴ پژوهشگران GEOTAB که بر اساس پایش از راه دور ۱۰ هزار خودروی الکتریکی انجام شد، نشان داد که فناوری بهبودیافته باتری‌ها منجر به کاهش نرخ تخریب شده‌است. خودروهای الکتریکی جدیدتر سالانه حدود ۱.۸ درصد از ظرفیت باتری خود را از دست می‌دهند که نسبت به نرخ ۲.۳ درصد در سال ۲۰۱۹ کاهش محسوسی دارد.
عوامل متعددی بر دوام باتری تاثیر می‌گذارند. یکی از مهم‌ترین آنها، استفاده مکرر از شارژرهای سریع DC است که در خودروهای پرمصرف باعث افزایش سرعت تخریب باتری می‌شود. این تاثیر در آب‌وهوای گرم بیشتر است. در مقابل، شارژ آرام‌تر (سطح ۲) برای دوام باتری مناسب‌تر است. به‌طور کلی، پژوهشگران دریافتند که بهترین روش برای افزایش طول عمر باتری، نگه‌داشتن شارژ بین ۲۰ درصد تا ۸۰ درصد، کاهش قرارگیری در دماهای شدید و محدود کردن شارژ سریع است.
مطالعه‌ای دیگر در سال ۲۰۲۴ که ۷ هزار خودروی الکتریکی را به مدت ۳ تا ۵ سال بررسی کرد، نشان داد که نرخ تخریب باتری کمتر از حد انتظار است. طبق این گزارش، بیشتر باتری‌ها پس از پیمودن بیش از ۲۰۰ هزار کیلومتر، همچنان بیش از ۸۰ درصد ظرفیت خود را حفظ کرده بودند. عوامل دیگری مانند الگوی استفاده، پیشرفت در شیمی سلول‌های باتری و بهینه‌سازی مدیریت باتری نیز بر روند پیری باتری تاثیرگذار بودند.
این یافته‌ها چه معنایی برای آینده خودروهای الکتریکی دارند؟
نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که صاحبان خودروهای الکتریکی ممکن است تا چندین سال بیشتر از انتظار، نیازی به تعویض باتری‌های گران‌قیمت نداشته باشند. در طول عمر یک خودرو الکتریکی، این امر به معنای کاهش هزینه‌های عملیاتی خواهد بود.
این یافته‌ها همچنین برای کاربران ناوگان‌های تجاری امیدبخش است. باتری‌های خودروهای الکتریکی با کاربری بالا می‌توانند حتی پس از استفاده سنگین همچنان قابل‌اعتماد باقی بمانند. سازندگان خودرو و تامین‌کنندگان فناوری نیز می‌توانند با به‌روزرسانی نرم‌افزار مدیریت باتری، از این یافته‌ها بهره ببرند و عمر باتری را در شرایط واقعی افزایش دهند.
کاهش نیاز به تعویض باتری به معنای کاهش تعداد باتری‌های نیازمند بازیافت است. علاوه بر این، باتری‌های برداشته‌شده از خودروهای الکتریکی می‌توانند برای سال‌ها به‌عنوان ذخیره‌کننده انرژی در خانه‌ها یا کسب‌وکارها مورد استفاده قرار گیرند که این یافته‌ها نشان‌دهنده طول عمر دوم مطمئن‌تر و طولانی‌تر برای باتری‌ها است.
در سال‌های اخیر، گذار به خودروهای الکتریکی با چالش‌هایی مواجه شده‌است. افزایش هزینه‌های زندگی و نگرانی درباره‌ی زیرساخت‌های شارژ باعث شده که بسیاری از استرالیایی‌ها خودروهای هیبریدی را به خودروهای تمام‌برقی ترجیح دهند. اما این یافته‌ها می‌توانند به رانندگانی که به خودروهای الکتریکی علاقه دارند اما نگران عمر باتری هستند، اطمینان خاطر بیشتری بدهند.
منبع:
