Как продлить срок службы аккумуляторов электромобилей: новые исследования
Аккумуляторы, питающие электромобили, имеют важное значение, но вопрос о том, как долго они прослужат при повседневном использовании, остаётся сложным. Большинство лабораторных испытаний использует базовые методы зарядки и разрядки с постоянной скоростью, которые не соответствуют условиям эксплуатации транспортных средств в реальном мире. Стремясь улучшить прогнозы срока службы аккумуляторов и продлить их ресурс, учёные решили выяснить, действительно ли традиционные методы отражают повседневную эксплуатацию.
Исследователи из Стэнфордского университета, доктор Симона Онори и доктор Уильям Чуэ, изучили реакцию аккумуляторов на изменение потребности в мощности, например, при запуске и остановке автомобилей или использовании энергосберегающих тормозов с рекуперацией энергии. Их выводы, опубликованные в журнале Nature Energy, ставят под сомнение давно сложившиеся представления о том, как следует тестировать аккумуляторы.
Доктор Онори и доктор Чуэ провели испытания широко используемых элементов аккумуляторов электромобилей в десятках различных сценариев вождения, включая шаблоны, основанные на реальных данных о трафике и компьютерном моделировании поездок. Эти эксперименты длились несколько месяцев и были разработаны так, чтобы имитировать манеру вождения людей в реальных условиях, например, при движении по городским улицам или по шоссе. Результаты оказались неожиданными: аккумуляторы, используемые в изменчивых условиях вождения, фактически служили гораздо дольше, чем те, что тестировались при постоянном и неизменном потреблении энергии. В терминах вождения это может означать, что автомобиль сможет проехать значительно большее расстояние до того, как потребуется замена аккумулятора.
«Мы обнаружили, что динамическая циклическая зарядка и разрядка с переменной интенсивностью существенно продлевает срок службы аккумулятора по сравнению с разрядкой постоянным током», — объяснила доктор Онори. Этот эффект был ещё более заметен, когда мощность, потребляемая от аккумулятора, была в целом ниже. Исследование также показало, что использование только стабильных энергетических режимов во время тестирования часто даёт излишне пессимистичную картину того, как долго аккумулятор прослужит на самом деле.
Советы по продлению срока службы аккумулятора
* Избегайте постоянной скорости на протяжении длительных периодов. Аккумуляторы служат дольше при разнообразном стиле вождения, например, в условиях городского движения с частыми остановками или при изменении дорожных условий.
* Чаще используйте рекуперативное торможение. Замедление естественным путём и захват энергии во время торможения не только эффективны, но и помогают сохранить аккумулятор в течение долгого времени.
* Поддерживайте умеренное энергопотребление. Плавное ускорение и снижение потребности в мощности приводят к замедлению старения аккумулятора и увеличению запаса хода в долгосрочной перспективе.
* Не держите аккумулятор полностью заряженным слишком долго. Короткие перерывы при более низком уровне заряда лучше, чем постоянное поддержание 100% заряда. Это помогает аккумулятору оставаться более здоровым в течение длительного времени.
* Не беспокойтесь о неидеальном стиле вождения. Оказывается, реальное вождение не оказывает негативного влияния на аккумулятор — оно может даже помочь ему прослужить дольше по сравнению с искусственными лабораторными процедурами тестирования.
Самым важным выводом из исследования является то, что изменения в энергопотреблении транспортного средства в разные моменты, особенно во время замедления или остановки, оказывают большое влияние на старение аккумуляторов. С помощью простых для интерпретации компьютерных моделей — цифровых инструментов, имитирующих реальные условия — команда определила, что такие медленные и плавные колебания могут фактически помочь сохранить аккумуляторы в более здоровом состоянии на более длительный срок. Доктор Чуэ отметил: «Эта работа количественно определяет важность оценки новых химических составов аккумуляторов — комбинаций материалов, из которых изготавливаются аккумуляторы, — и конструкций с реалистичными профилями нагрузки, которые наблюдаются во время повседневной деятельности, подчёркивая возможности для пересмотра нашего понимания механизмов старения».
Подобные результаты не только ставят под сомнение давно используемые лабораторные методы, но и указывают на более эффективный путь вперёд в проектировании и обслуживании аккумуляторов. Разработчики могут создавать более интеллектуальные системы, которые используют эти естественные преимущества. Как подытожили доктор Онори и доктор Чуэ: «Динамическая циклическая зарядка не ускоряет деградацию, а, скорее, продлевает срок службы».
Переход на методы тестирования, отражающие условия реального вождения, может иметь большое значение. Поскольку инструменты и транспортные средства, работающие на аккумуляторах, становятся всё более распространёнными в повседневной жизни, эти идеи могут помочь создать энергетические решения, которые будут служить дольше и работать более эффективно.
Ссылка на журнал
Geslin A., Xu L., Ganapathi D., Moy K., Chueh W.C., Onori S. «Dynamic cycling enhances battery lifetime». Nature Energy, 2025; 10:172-180. DOI: https://doi.org/10.1038/s41560-024-01675-8
Об авторах
Доктор Симона Онори — ведущий эксперт в области энергетических систем и управления аккумуляторами, в настоящее время работает доцентом в Стэнфордском университете. Её исследования сосредоточены на моделировании, управлении и диагностике систем хранения электрохимической энергии, с особым акцентом на литий-ионные аккумуляторы, используемые в электромобилях и приложениях с возобновляемыми источниками энергии. Она внесла значительный вклад в разработку алгоритмов, которые улучшают срок службы и эффективность аккумуляторов за счёт интеграции данных о реальном использовании.
Доктор Уильям Чуэ — известный учёный-материаловед и доцент Стэнфордского университета, где он также возглавляет Стэнфордскую лабораторию хранения и преобразования энергии. Его исследования направлены на разработку материалов для хранения энергии следующего поколения, с акцентом на твердотельные аккумуляторы и передовые литий-ионные технологии. Доктор Чуэ сочетает экспериментальные методы с подходами, основанными на данных, чтобы понять и улучшить производительность и долговечность энергетических систем.