Автомобільна промисловість десятиліттями вдосконалювала способи тестування літій-іонних батарей. Їх поміщають у термостатовану камеру. Вони можуть виконувати цикли швидкого заряджання та розряджання. Можна спостерігати за розрядом батареї до її відмови. Логіка тестування могла б виглядати так:
Адже ця логіка є хибною.
Дослідники із Центру батарей SLAC Стенфорда заперечують стандартні протоколи тестування, які протягом багатьох років визначали довговічність електромобілів. Їхні результати, опубліковані в журналі Nature Energy, показують, що спосіб тестування батарей електромобілів фундаментально суперечить тому, як люди насправді ведуть автомобіль.
“Ми тестуємо батареї електромобілів неправильно”, – сказала Симона Онорі, професор енергетичного машинобудування та провідний автор дослідження. Звичайні тести лабораторні ігнорують нюанси реального використання. Ви втрачаєте часті прискорення. Події рекуперативного гальмування. Водій паркує машину в гаражі, вимикає двигун та дозволяє батареї відпочити кілька годин.
Ці невідповідності мають велике значення. Онори сказала, що реальні патерни водіння призведуть до набагато тривалішого терміну служби батареї, ніж прогнозує галузь.
Термін служби в реальному світі
Ціна батарей упала приблизно на 90% за останні 15 років. Однак, цей блок становить близько третини ціни нового автомобіля. Продовження терміну служби – це не лише технологічна перемога. Це фінансове питання.
Команда SLAC-Stanford виявила, що за нормальної поведінки водія батарея служить приблизно на 40% довше, ніж раніше прогнозували інженери. Ця затримка має суттєві наслідки. Вона відсуває терміни дорогої заміни батарей. Вона може продовжити термін служби вашого автомобіля на кілька років. Це, нарешті, може стабілізувати ринок уживаних електромобілів, який був нестабільним через необґрунтовані побоювання щодо швидкого виходу батарей з ладу.
Ці лабораторні висновки узгоджуються із недавніми ринковими даними. За кілька днів до опублікування дослідження консалтингова фірма P3 опублікувала аналіз 7000 електромобілів. За даними, після 100 000 кілометрів пробігу батарея все ще зберігає 90% своєї ємності. Навіть після 300 тисяч кілометрів пробігу батарея в середньому зберігає 87% свого початкового заряду.
Два роки даних, дивовижний висновок
Щоб одержати ці цифри, дослідники не просто моделювали цикли. Вони проводили тести більше двох років. Вони піддали 92 літій-іонні батареї різним тестам кривих зарядки та розрядки, від традиційних лабораторних стандартів до високо реалістичних симуляцій водіння.
Кореляція очевидна: чим профіль тестування ближче до реальної поведінки при керуванні, тим довше служить батарея.
Команда використовувала алгоритми машинного навчання пояснення механізмів, що у основі цієї довговічності. Результати суперечать давнім припущенням про напругу та знос.
Алексіс Гесслер, докторант факультету матеріалознавства та інженерії Стенфордського університету зазначив: «Мінімальне використання педалей не прискорює старіння. Навпаки, воно уповільнює його».
У лабораторії найшвидші цикли вважаються ворогом. Насправді, короткі та різкі прискорення, властиві міському водінню, є корисними для осередків. Це суперечить уявленням вчених упродовж багатьох років.
Час і цикли: прихований вбивця
Найважливіший висновок цього дослідження – проблема пріорітизації у системі управління батареєю (BMS). Інженери давно вважали, що циклічне старіння (знос, викликаний зарядкою та розрядкою), є основною причиною деградації.
Це припущення також стосується комерційних автопарків. Вантажівки для доставки та міські автобуси майже завжди знаходяться у використанні або на зарядці. Для них лімітуючим фактором є ресурс за циклами.
Але що щодо середнього споживача? Час – велика загроза.
Для водіїв, які використовують електромобілі для коротких поїздок, таких як поїздка на роботу, до школи або за покупками, батарея багато часу простоює. Батареї деградують з часом, якщо вони зберігаються в коробці та не використовуються. Те саме стосується електромобілів у гаражі. Для цих користувачів календарний знос важливіший за циклічний.
Це дослідження визначає оптимальну середню швидкість розряду для балансу між деградацією, пов’язаною з часом, та зносом, пов’язаним із циклами. Якщо ви зможете налаштувати програмне забезпечення керування акумулятором з урахуванням цього, ви зможете проактивно максимізувати термін служби вашого щоденного автомобіля.
Індустрія будує заходи довговічності навколо ідеї, що батареї зношуються швидше, ніж виходять з експлуатації при безперервному використанні. Дані говорять про інше. Загубившись у реальному світі, здійснюючи випадкові поїздки в магазин і слідуючи природному ритму повсякденного життя, ви забезпечуєте найкращий захист, який потрібний вашому батарейному блоку.
Інструкції, можливо, доведеться переписати. Принаймні не довіряйте сліпо лабораторним тестам.
