เคล็ดลับในการมีอายุการใช้งานยาวนานของแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้อาจอยู่ที่ความแตกต่างการสร้างแบบจำลองใหม่ของการเสื่อมสภาพของเซลล์ลิเธียมไอออนในแพ็คแสดงวิธีปรับแต่งการชาร์จให้เหมาะกับความจุของแต่ละเซลล์ เพื่อให้แบตเตอรี่ EV สามารถรองรับรอบการชาร์จได้มากขึ้นและป้องกันความล้มเหลว

การวิจัยซึ่งตีพิมพ์เมื่อวันที่ 5 พ.ยธุรกรรม IEEE เกี่ยวกับเทคโนโลยีระบบควบคุมแสดงให้เห็นว่าการจัดการปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลไปยังแต่ละเซลล์ในชุดอย่างแข็งขัน แทนที่จะจ่ายประจุอย่างสม่ำเสมอ สามารถลดการสึกหรอได้อย่างไรวิธีการดังกล่าวช่วยให้แต่ละเซลล์มีชีวิตที่ดีที่สุดและยาวนานที่สุดได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ตามที่ศาสตราจารย์มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดและผู้เขียนการศึกษาอาวุโส Simona Onori การจำลองเบื้องต้นแนะนำว่าแบตเตอรี่ที่ได้รับการจัดการด้วยเทคโนโลยีใหม่สามารถรองรับรอบการคายประจุได้มากขึ้นอย่างน้อย 20% แม้ว่าจะชาร์จเร็วบ่อยครั้งซึ่งทำให้แบตเตอรี่เกิดความเครียดเป็นพิเศษ

ความพยายามก่อนหน้านี้ส่วนใหญ่ในการยืดอายุแบตเตอรี่ของรถยนต์ไฟฟ้าได้มุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงการออกแบบ วัสดุ และการผลิตเซลล์เดี่ยว โดยยึดตามสมมติฐานที่ว่า ชุดแบตเตอรี่จะดีได้ก็ต่อเมื่อเซลล์ที่อ่อนแอที่สุดก็เหมือนกับการเชื่อมต่อแบบโซ่การศึกษาครั้งใหม่เริ่มต้นด้วยความเข้าใจว่าแม้ว่าการเชื่อมต่อที่อ่อนแอเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ เนื่องจากความไม่สมบูรณ์ทางการผลิต และเนื่องจากเซลล์บางส่วนสลายตัวได้เร็วกว่าเซลล์อื่นเมื่อต้องเผชิญกับความเครียด เช่น ความร้อน แต่เซลล์เหล่านี้ไม่จำเป็นต้องลดทั้งแพ็คลงสิ่งสำคัญคือการปรับอัตราการชาร์จให้เหมาะกับความจุเฉพาะของแต่ละเซลล์เพื่อป้องกันความล้มเหลว

Onori ซึ่งเป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมวิทยาศาสตร์พลังงานที่ Stanford Doerr กล่าวว่า "หากไม่ได้รับการจัดการอย่างถูกต้อง ความแตกต่างระหว่างเซลล์กับเซลล์อาจส่งผลต่ออายุการใช้งาน สุขภาพ และความปลอดภัยของแบตเตอรี่ และทำให้แบตเตอรี่ทำงานผิดปกติตั้งแต่เนิ่นๆ" โรงเรียนแห่งความยั่งยืน“แนวทางของเราทำให้พลังงานในแต่ละเซลล์ในแพ็คเท่ากัน โดยนำเซลล์ทั้งหมดไปสู่สถานะการชาร์จที่เป็นเป้าหมายขั้นสุดท้ายในลักษณะที่สมดุล และปรับปรุงอายุการใช้งานของแพ็ค”

แรงบันดาลใจในการสร้างแบตเตอรี่ล้านไมล์

แรงผลักดันส่วนหนึ่งสำหรับการวิจัยครั้งใหม่นี้ย้อนกลับไปถึงการประกาศในปี 2020 โดย Tesla ซึ่งเป็นบริษัทรถยนต์ไฟฟ้า เกี่ยวกับการทำงานเกี่ยวกับ "แบตเตอรี่ล้านไมล์"นี่จะเป็นแบตเตอรี่ที่สามารถจ่ายพลังงานให้กับรถยนต์ได้ระยะทาง 1 ล้านไมล์หรือมากกว่า (โดยการชาร์จตามปกติ) ก่อนที่จะถึงจุดที่ แบตเตอรี่ของ EV เก็บประจุน้อยเกินไปที่จะใช้งานได้ เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในโทรศัพท์หรือแล็ปท็อปเครื่องเก่า .

แบตเตอรี่ดังกล่าวจะเกินกว่าการรับประกันทั่วไปของผู้ผลิตรถยนต์สำหรับแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าที่รับประกัน 8 ปีหรือ 100,000 ไมล์แม้ว่าชุดแบตเตอรี่จะมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าการรับประกันเป็นประจำ แต่ความเชื่อมั่นของผู้บริโภคที่มีต่อรถยนต์ไฟฟ้าอาจได้รับการเสริมกำลัง หากการเปลี่ยนชุดแบตเตอรี่ราคาแพงยังหายากขึ้นแบตเตอรี่ที่ยังสามารถเก็บประจุไฟฟ้าได้หลังจากชาร์จแล้วหลายพันครั้งยังอาจช่วยลดความยุ่งยากในการใช้ไฟฟ้าของรถบรรทุกระยะไกล และสำหรับการนำระบบที่เรียกว่าระบบ vehicle-to-grid มาใช้ ซึ่งแบตเตอรี่ EV จะจัดเก็บและส่งพลังงานหมุนเวียนให้กับ โครงข่ายไฟฟ้า

“มีการอธิบายในภายหลังว่าแนวคิดแบตเตอรี่ล้านไมล์ไม่ใช่เคมีใหม่จริงๆ แต่เป็นเพียงวิธีในการใช้งานแบตเตอรี่โดยไม่ใช้ช่วงการชาร์จเต็ม” โอโนริกล่าวการวิจัยที่เกี่ยวข้องมุ่งเน้นไปที่เซลล์ลิเธียมไอออนเดี่ยว ซึ่งโดยทั่วไปจะไม่สูญเสียความสามารถในการชาร์จเร็วเท่ากับแบตเตอรี่เต็ม

Onori และนักวิจัยสองคนในห้องแล็บของเธอซึ่งเป็นนักวิชาการหลังปริญญาเอก Vahid Azimi และนักศึกษาปริญญาเอก Anirudh Allam รู้สึกทึ่ง ตัดสินใจตรวจสอบว่าการจัดการแบตเตอรี่ประเภทต่างๆ ที่มีอยู่อย่างสร้างสรรค์สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่เต็มก้อนซึ่งอาจประกอบด้วยเซลล์นับร้อยหรือหลายพันเซลล์ได้อย่างไร .

รุ่นแบตเตอรี่ที่มีความเที่ยงตรงสูง

ในขั้นแรก นักวิจัยได้สร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ที่มีความเที่ยงตรงสูงของพฤติกรรมของแบตเตอรี่ ซึ่งแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพและเคมีที่เกิดขึ้นภายในแบตเตอรี่ตลอดอายุการใช้งานได้อย่างแม่นยำการเปลี่ยนแปลงบางอย่างจะเกิดขึ้นในเวลาไม่กี่วินาทีหรือนาที การเปลี่ยนแปลงอื่นๆ เป็นเวลาหลายเดือนหรือหลายปี

“เท่าที่ทราบ ไม่มีการศึกษาใดใช้โมเดลแบตเตอรี่หลายช่วงเวลาที่มีความเที่ยงตรงสูงที่เราสร้างขึ้น” Onori ซึ่งเป็นผู้อำนวยการของ Stanford Energy Control Lab กล่าว

การจำลองการใช้งานแบบจำลองนี้ชี้ให้เห็นว่าชุดแบตเตอรี่สมัยใหม่สามารถปรับให้เหมาะสมและควบคุมได้โดยการคำนึงถึงความแตกต่างระหว่างเซลล์ที่เป็นส่วนประกอบOnori และเพื่อนร่วมงานจินตนาการว่าแบบจำลองของพวกเขาจะถูกนำไปใช้เป็นแนวทางในการพัฒนาระบบการจัดการแบตเตอรี่ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ซึ่งสามารถนำไปใช้ได้อย่างง่ายดายในการออกแบบยานพาหนะที่มีอยู่

ไม่ใช่แค่รถยนต์ไฟฟ้าเท่านั้นที่จะได้รับประโยชน์แทบทุกแอปพลิเคชันที่ "เน้นแบตเตอรี่มาก" อาจเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับการจัดการที่ดีขึ้นโดยได้รับแจ้งจากผลลัพธ์ใหม่ Onori กล่าวตัวอย่างหนึ่ง?เครื่องบินที่มีลักษณะคล้ายโดรนซึ่งมีการบินขึ้นและลงจอดในแนวดิ่งด้วยไฟฟ้า ซึ่งบางครั้งเรียกว่า eVTOL ซึ่งผู้ประกอบการบางรายคาดหวังว่าจะทำหน้าที่เป็นแท็กซี่ทางอากาศและให้บริการการเคลื่อนที่ทางอากาศอื่นๆ ในเมืองในทศวรรษหน้าอย่างไรก็ตาม การใช้งานอื่น ๆ สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบชาร์จไฟได้ยังรวมถึงการบินทั่วไปและการจัดเก็บพลังงานหมุนเวียนขนาดใหญ่

“แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้เปลี่ยนแปลงโลกไปแล้วในหลายๆ ด้าน” โอโนริกล่าว“สิ่งสำคัญคือเราจะต้องได้รับประโยชน์มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้จากเทคโนโลยีการเปลี่ยนแปลงนี้และผู้สืบทอดในอนาคต”