بحث سويدي يُظهر أن تصميم بطارية جديد للسيارات الكهربائية يمكن أن يطيل العمر الافتراضي بأكثر من 20%

أفاد باحثون سويديون بأن تصميمًا جديدًا لبطاريات السيارات الكهربائية قادر على إطالة عمر البطارية من خلال السماح للتيار بتجاوز الوحدات المتقادمة، مع توقع تحسن يزيد عن 20%. يستخدم هذا الهيكل مفاتيح إلكترونية ونظام تحكم لتغيير طريقة توصيل الوحدات أثناء التشغيل. اكتشف باحثو جامعة تشالمرز للتكنولوجيا أن هذه الطريقة تحسن بشكل كبير عمر بطاريات المركبات عالية الجهد، بما في ذلك الشاحنات الكهربائية وسيارات الركاب طويلة المدى. في مثال محاكاة شمل بطارية بسعة 80 كيلوواط ساعة، أخر النظام وقت استبدال البطارية بنحو 14 شهرًا.

اكتشف الباحثون أيضًا أن إطالة العمر الافتراضي وارتفاع القيمة المتبقية يمكن أن يعوضا التكاليف الإضافية للأجهزة الإلكترونية. تستند هذه النتائج إلى محاكاة حاسوبية، وليس إلى اختبارات طويلة الأمد في مركبات الإنتاج. وأشار الباحثون إلى أن أكبر تحسن في العمر يمثل حدًا نظريًا أقصى في ظل ظروف مثالية.

مبدأ عمل الهيكل الجديد

تحتوي بطاريات السيارات الكهربائية التقليدية على العديد من الوحدات المترابطة، وتتناقص سعتها تدريجيًا مع مرور الوقت. ونظرًا لاختلاف معدلات تدهور الوحدات، قد تحد وحدة تالفة واحدة من السعة القابلة للاستخدام في حزمة البطارية بأكملها. يعالج الهيكل المقترح هذا القيد من خلال السماح للمفاتيح بفصل الوحدات الأضعف مع إبقاء الوحدات السليمة قيد التشغيل. لم يعد نظام إدارة البطارية يعتمد على توصيلات كهربائية ثابتة، بل يمكنه تعديل طريقة التوصيل بناءً على حالة الوحدات. وقال: «في بحثنا، مكّن هذا الحل البطارية من تجاوز الوحدات المسببة للمشاكل ومواصلة التشغيل».

قال ألبرت سكيغرو، المؤلف الأول للدراسة وطالب الدكتوراه في تشالمرز.

استخدم الباحثون نماذج بطاريات خضعت للتحقق التجريبي ومحاكاة واسعة النطاق لفحص كيمياء الوحدات المختلفة، وتكوينات حزم البطاريات، وظروف التشغيل، وأنماط الشيخوخة. شمل كل سيناريو 1,000 محاكاة مونتي كارلو لمراعاة التباين بين الوحدات. كما أخذ تحليلهم في الاعتبار 20 طرازًا تمثيليًا للسيارات الكهربائية من 15 شركة مصنعة. ويميل التحسن المحتمل في العمر إلى الزيادة مع ارتفاع جهد البطارية، مما يجعل هذه الطريقة واعدة بشكل خاص للمركبات التي تحتوي على العديد من الوحدات المتسلسلة. ومع ذلك، يتطلب تحقيق أقصى فائدة التحكم في كل وحدة على حدة.

من المرجح أن تتحكم التصاميم التجارية في مجموعات من الوحدات، لتقليل تعقيد الأجهزة وتكلفتها.

تحليل الجدوى الاقتصادية

فحص الباحثون أيضًا ما إذا كانت الأجهزة الإلكترونية الإضافية مجدية اقتصاديًا. في أحد السيناريوهات، قاموا بمحاكاة بطارية بسعة 80 كيلوواط ساعة تقطع 7,456 ميلًا سنويًا. تصل البطارية التقليدية إلى نقطة الاستبدال المفترضة بعد 10 سنوات، في حين مدد التصميم القابل لإعادة التكوين هذه المدة بنحو 14 شهرًا. حدد التحليل شروطًا اقتصادية مواتية لحزم البطاريات التي تتجاوز سعتها حوالي 50 كيلوواط ساعة، وتقطع أقل من 7,550 ميلًا سنويًا، وتكون تكلفتها الإضافية المبدئية أقل من 7.16%. يمكن للتقنية أيضًا تقليل الحاجة إلى مطابقة دقيقة لوحدات البطارية أثناء التصنيع، لأن الحزمة تتكيف بشكل أفضل مع اختلافات أداء الوحدات.

أشار الباحثون إلى أن هذه الطريقة قد تتيح إعادة استخدام المزيد من بطاريات السيارات الكهربائية المتقاعدة في تخزين الطاقة الثابت.

خضعت التقنية لأبحاث واختبارات نماذج أولية صناعية، لكنها لم تُطرح بعد في مركبات الإنتاج الضخم. ولا تزال هناك حاجة إلى اختبارات طويلة الأمد للمركبات للتحقق مما إذا كان العمر الافتراضي والفعالية من حيث التكلفة المحاكيين قابلين للتحقيق عمليًا. أُجريت هذه الدراسة بالتعاون مع شركاء من الصناعة مثل سكانيا (Scania) و PHINIA، ونُشرت في دورية Nature Communications.

تأثير هذه التقنية على سوق السيارات الكهربائية

تكمن إمكانات تصميم بطارية السيارات الكهربائية الجديد ليس فقط في إطالة عمر البطارية، بل أيضًا في تحسين الأداء العام، وهو أمر بالغ الأهمية لتطوير سوق السيارات الكهربائية. مع تزايد الطلب على السيارات الكهربائية، يمكن أن يؤدي تحسين عمر البطارية وأدائها إلى تقليل تكرار الاستبدال وخفض تكاليف المستخدمين. تُظهر الأبحاث أن هذا التصميم يعالج بفعالية مشكلة تدهور البطاريات التقليدية، وقد يعزز إعادة استخدام البطاريات المتقاعدة، مما ينعكس إيجابًا على البيئة وإعادة تدوير الموارد. ومع ذلك، لا تزال التقنية بحاجة إلى مزيد من الاختبارات لضمان جدواها واقتصاديتها في التطبيقات العملية.