Ученые, как правило, оценивали долговечность новых конструкций батарей в лабораториях, используя постоянную скорость разряда с последующей зарядкой и многократно повторяя этот цикл. Однако такое тестирование, как показало недавнее исследование, не всегда точно отражает реальный срок службы батарей в электромобилях. Частые ускорения, торможения и остановки, характерные для повседневной эксплуатации элетрокара, не только не вредят батареям, но даже способствуют увеличению их срока службы. Учитывая высокую стоимость батарей, составляющую около трети цены электромобиля, этот вывод важен для владельцев электротранспорта.
Команда разработала четыре модели разрядки батарей электромобилей, начиная от стандартного равномерного разряда и заканчивая динамическим режимом, имитирующим реальные условия эксплуатации. В течение более двух лет проводились испытания 92 коммерческих литий-ионных аккумуляторов по этим моделям. Результаты показали: чем точнее модель отражала реальное поведение водителя, тем дольше служила батарея.
Долговечность обусловлена несколькими факторами. Алгоритм машинного обучения, обученный на собранных командой данных, помог определить их. Например, есть корреляция между резкими, короткими ускорениями электромобиля и более медленной деградацией. Это противоречит давним предположениям о том, что пики ускорения вредны для батарей. Сильное нажатие на педаль ногой, наоборот, замедляет старение.
Инженеры также изучали различия в процессах старения батарей, вызванных многочисленными циклами зарядки-разрядки, и старением, обусловленным естественным течением времени. Как известно, батареи, долго хранящиеся без использования, постепенно теряют свою емкость. Считалось, что для батарей электромобилей циклы зарядки-разрядки опаснее, чем просто время. Это верно для коммерческого транспорта, который постоянно в работе, например, автобусов. Но что касается обычных электромобилей, которыми не пользуются 24/7, время становится главным врагом.
В итоге ученые определили среднюю скорость разряда для коммерческой батареи, позволяющий минимизировать как временное, так и циклическое старение. Этот оптимальный режим соответствует типичным условиям эксплуатации электромобилей. Автопроизводители могли бы обновить программное обеспечение для управления аккумулятором машины, чтобы продлить срок его службы.
Таким образом, чтобы создавать долговечные батареи, нужно тестировать их в условиях, максимально приближенных к реальным. Исследователи могли бы применить эти принципы к другим приложениям по хранению энергии.
