طريقة التوقف والتشغيل ومعدل تفريغ البطارية المتغير يطيل عمر البطارية بنسبة تصل 38% مقارنة بالاختبارات التقليدية
يمكن أن تدوم بطاريات السيارات الكهربائية لفترة أطول بنحو 40% في العالم الحقيقي مقارنة بالاختبارات المعملية
عندما نرى عبارة “تم اختباره في ظروف معملية”، فإننا غالبًا ما نفترض أن الظروف الواقعية ستؤدي إلى تدهور المنتج بشكل أسرع.
لكن خبراء من جامعة ستانفورد وجدوا أن العكس صحيح بالنسبة لبطاريات المركبات الكهربائية.
حيث أظهرت أبحاثهم الجديدة أن الاختبارات المعملية التقليدية تؤدي إلى تدهور أسرع، في حين أن الاستخدام في العالم الحقيقي يمنح عمر بطارية أطول بشكل كبير، مما يطيل عمر السيارة الكهربائية بالكامل.
وجد الباحثون أن طريقة التوقف والتشغيل التي نقود بها ومعدل تفريغ البطارية المتغير يطيل عمر البطارية بنسبة تصل إلى 38% مقارنة بالاختبارات التقليدية.
وهذا خبر سار لسائقي السيارات الكهربائية وللجهود المبذولة لتحويل وسائل النقل إلى وسائل كهربائية.
ويقول الباحثون، إن عمر البطارية الإضافي هذا يعني أن السيارة الكهربائية يمكنها قطع أكثر من 300 ألف كيلومتر إضافية قبل أن تحتاج إلى استبدال البطارية .
البطاريات ذات العمر الأطول من شأنها أن تقلل من التكلفة الإجمالية لامتلاك السيارات الكهربائية – وتفيد البيئة من خلال الحصول على المزيد من الاستخدام لكل بطارية.
كيف نقوم عادة باختبار تدهور البطارية؟
تتدهور المواد الكيميائية الشائعة للبطاريات مثل بطاريات الليثيوم أيون بمرور الوقت، ومع انتقال أيونات الليثيوم ذهابًا وإيابًا عبر القطب الكهربي، يتم تحويل بعضها أو حبسها. ومع تقدم عمر البطاريات، لا تحتفظ بالقدر الكافي من الشحن.
إذن كيف تقيس هذا؟
عندما تصنع بطارية سيارة كهربائية، لا تريد أن تقضي 20 عامًا في اختبار عمرها الافتراضي قبل إطلاقها.
لاختبار البطاريات بشكل أسرع، يميل الباحثون إلى تقدير معدلات تدهور البطارية باستخدام معدل ثابت لتفريغ البطارية. تُجرى دراسات تدهور بطارية السيارة الكهربائية عادةً في بيئة معملية في ظل ظروف خاضعة للرقابة.
في المختبر، يقوم الباحثون بإخضاع البطارية لدورات شحن وتفريغ متكررة وسريعة. يتم تفريغ الطاقة بمعدل ثابت.
ملاحظة الانخفاض التدريجي في السعة يمنحنا مستويات التدهور بمرور الوقت، بهذه الطريقة نحصل على تقديرات مثل “الاحتفاظ بـ 80٪ من السعة في غضون عشر سنوات”.
ولكن على الرغم من استخدام هذه الطريقة على نطاق واسع، إلا أنها محدودة. فتفريغ الطاقة بمعدل ثابت ليس الطريقة التي نقود بها السيارة حقًا.
فقد نسرع بسرعة للوصول إلى الطريق السريع، أو نقضي وقتًا طويلاً في التسارع والكبح في حركة المرور المتقطعة، أو نجري جولة سريعة إلى عدة متاجر.
بالإضافة إلى ذلك، لا يتم استخدام البطارية في أغلب الوقت.
وبدلاً من استنزاف البطارية باستمرار، يكون الأمر مزيجًا من الاثنين.
لقد نجح الباحثون في جامعة ستانفورد في اختبار بطاريات السيارات الكهربائية بطرق واقعية، وتقليد الطريقة التي نقود بها سياراتنا بالفعل. وهذا ما يعرف باسم “اختبار الدورة الديناميكية”.
محاكاة الاستخدام في العالم الحقيقي
ولمحاكاة أنماط الاستخدام والقيادة في العالم الحقيقي، صمم فريق ستانفورد أنماط تفريغ مختلفة لبطاريات السيارات الكهربائية، بعضها يعتمد على بيانات القيادة الحقيقية.
ثم اختبر الباحثون 92 بطارية ليثيوم أيون تجارية لأكثر من عامين عبر ملفات تعريف مختلفة.
أظهرت النتائج أن البطاريات التي تم اختبارها باستخدام سيناريوهات الحياة الواقعية تدهورت بشكل أبطأ بكثير من المتوقع وكان متوسط عمر البطارية أعلى من تلك التي تم اختبارها في ظروف المختبر.
والأفضل من ذلك، كلما كان استخدام البطارية أكثر واقعية، كلما كان تدهور البطارية أبطأ.
لطالما افترض باحثو البطاريات أن التسارع السريع يضر بعمر البطارية. لكن هذا ليس صحيحًا.
فقد ارتبط التسارع القصير والكبح المتجدد – حيث تشحن السيارات الكهربائية بطارياتها أثناء الكبح – في الواقع بمعدلات تدهور أبطأ للبطارية.
هل تم دعم ذلك عمليا؟
وقد بحثت عدد من الدراسات الحديثة الأخرى في كيفية أداء البطاريات في الممارسة العملية باستخدام البيانات من المركبات الكهربائية أثناء التشغيل، بما في ذلك المركبات التجارية.
ووجدت هذه الدراسات أيضًا ارتباطات بين الاستخدام في العالم الحقيقي وانخفاض معدلات تدهور البطارية.
استخدم تقرير صادر عن باحثي GEOTAB في عام 2024 المراقبة عن بعد للحصول على بيانات من 10000 سيارة كهربائية.
ووجدت الدراسة أن تحسين تكنولوجيا البطاريات يؤدي إلى تدهور أبطأ.
تفقد السيارات الكهربائية الأحدث حوالي 1.8٪ من صحتها سنويًا – وهو انخفاض حاد مقارنة بمعدل التدهور البالغ 2.3٪ في عام 2019.
هناك عدة عوامل تؤثر على عمر البطارية بخلاف أنماط الاستخدام، ومن الجدير بالذكر أن الاستخدام المتكرر لشواحن التيار المستمر السريعة من قبل المركبات عالية الاستخدام يرتبط بتدهور البطارية بشكل أسرع. ويكون التأثير أكثر وضوحًا في المناخات الحارة.
وعلى النقيض من ذلك، فإن الشحن الأبطأ “من المستوى 2” أفضل لعمر البطارية.
وبشكل عام، وجد الباحثون أن أفضل طريقة لإطالة عمر البطارية هي الحفاظ على الشحن بين 20% و80%، وتقليل التعرض لدرجات الحرارة الشديدة والحد من الشحن السريع.
وفي تقرير آخر صدر في عام 2024، تم تحليل بطاريات 7000 سيارة كهربائية تم استخدامها بكثافة على مدى 3 إلى 5 سنوات، ووجد التقرير معدلات تدهور أقل من المتوقع.
وجد هذا التقرير أن معظم البطاريات لا تزال تتمتع بسعة جيدة (أكثر من 80%) حتى بعد دفع المركبات لمسافة تزيد عن 200 ألف كيلومتر.
كما وجد أن عوامل مثل أنماط الاستخدام والتقدم في كيمياء الخلايا وإدارة البطاريات المحسنة تؤثر أيضًا على شيخوخة البطارية.
ماذا يعني هذا بالنسبة للتحول إلى السيارات الكهربائية؟
تشير هذه النتائج إلى أن مالكي السيارات الكهربائية قد لا يحتاجون إلى استبدال حزم البطاريات باهظة الثمن لعدة سنوات إضافية، وعلى مدار عمر السيارة الكهربائية، يعني هذا انخفاض تكاليف التشغيل.
وتعتبر النتائج مشجعة أيضًا لمشغلي الأساطيل. إذ من المتوقع أن تظل البطاريات في المركبات الكهربائية التجارية عالية الأميال موثوقة حتى بعد الاستخدام المكثف.
يمكن لمصنعي السيارات ومقدمي التكنولوجيا الاستفادة من تحديث برامج إدارة بطاريات السيارات الكهربائية الخاصة بهم لوضع هذه النتائج في الاعتبار. وهذا من شأنه أن يساعد في زيادة عمر البطارية في ظل الظروف الواقعية .
تقليل عدد عمليات استبدال البطاريات يعني تقليل عدد البطاريات التي يمكن إعادة تدويرها. وبمجرد إزالتها من السيارة، يمكن استخدام بطاريات السيارات الكهربائية لتخزين الطاقة للمنازل أو الشركات لسنوات. وتشير هذه النتائج إلى عمر افتراضي أطول وأكثر موثوقية للبطاريات.
في السنوات الأخيرة، واجهت عملية التحول إلى المركبات الكهربائية بعض العقبات. فقد أدت ضغوط تكاليف المعيشة وعدم اليقين بشأن الشحن إلى دفع المزيد من الأستراليين إلى استخدام المركبات الهجينة مقارنة بالمركبات الكهربائية البحتة.
قد تساعد هذه النتائج في طمأنة السائقين المهتمين بالمركبات الكهربائية ولكنهم غير متأكدين من عمر البطارية.