شارژ هوشمند برای کاهش فرسایش باتری خودروهای برقی نوین

شارژ سریع یکی از وعده‌های بزرگ خودروهای برقی است، اما همیشه با هزینه‌ای پنهان همراه بوده است. هرچه رانندگان بیشتر به شارژ جریان مستقیم با سرعت بالا تکیه کنند، فشار بیشتری به پک باتری وارد می‌شود. آن آسیب یک‌شبه ظاهر نمی‌شود، اما در طول سال‌ها می‌تواند برد رانندگی و سلامت بلندمدت باتری را کاهش دهد. اکنون پژوهشگران دانشگاه فناوری چالمرز در سوئد می‌گویند ممکن است راه هوشمندانه‌تری یافته باشند.

در یک مطالعهٔ جدید منتشر شده در نشریه آی‌ئی‌ای‌ای درباره الکتریفیکاسیون حمل‌ونقل، تیم تحقیقاتی سیستم شارژ خودروهای برقی مبتنی بر هوش مصنوعی را توصیف می‌کند که می‌تواند فرسایش باتری را بدون افزایش زمان انتظار راننده کاهش دهد. طبق نتایج آن‌ها، این روش عمر باتری را تقریباً 23 درصد نسبت به شارژ سریع متداول افزایش داد. شگفتی این است که خود جلسهٔ شارژ تغییر بسیار اندکی داشت. آزمایش‌ها میانگین زمان شارژ 24.12 دقیقه را نشان داد، در مقابل 24.15 دقیقه برای شارژ استاندارد. در عمل، این اختلاف ناچیز است.

هر باتری به یک شکل پیر نمی‌شود

این مشکل واقعی اکثر سیستم‌های شارژ سریع امروزی است. آن‌ها تمایل دارند هر پک باتری را انگار که کاملاً مشابه است، به همان روش شارژ کنند. یک باتری نو و یکی که سال‌ها در جاده بوده اغلب تحت همان استراتژی جریان و ولتاژ شارژ قرار می‌گیرند. در تئوری این کار به نظر کارآمد می‌رسد، اما در عمل تغییرات باتری در طول عمر را نادیده می‌گیرد.

پک‌های لیتیوم-یونی قدیمی‌تر نسبت به پدیده‌ای به نام رسوب‌گذاری لیتیوم آسیب‌پذیرترند. به‌جای اینکه یون‌های لیتیوم به‌صورت مورد انتظار جذب شوند، لیتیوم فلزی شروع به رسوب روی سطح الکترود می‌کند. این نوعی آسیب کند و تقریباً نامرئی است، اما با گذشت زمان ظرفیت را کاهش داده و فرسایش را تسریع می‌کند. به عبارت دیگر، باتری همچنان کار می‌کند، اما دیگر به کیفیت گذشته نیست.

رویکرد چالمرز از یادگیری تقویتی برای مقابله با این مسئله بهره می‌برد. این نوع یادگیری ماشینی با بازخوردهای تکرارشونده تصمیم‌گیری را بهبود می‌بخشد و به سیستم اجازه می‌دهد با تغییر شرایط سازگار شود. در این سامانه، هوش مصنوعی جریان شارژ را به‌صورت زمان‌واقعی با توجه به دو متغیر تنظیم می‌کند: وضعیت شارژ باتری و وضعیت سلامت آن. یک پک نو می‌تواند پروفیل شارژ تهاجمی‌تری را تحمل کند، در حالی که یک پک قدیمی‌تر منحنی ملایم‌تری دریافت می‌کند تا فشار وارده محدود شود.

این ایده ساده پیامدهای بزرگی دارد. به‌جای اینکه همهٔ باتری‌های خودروهای برقی را مجبور به طی یک روال یکسان کنیم، این سیستم بیش‌تر مانند یک مکانیک با تجربه به هر پک پاسخ می‌دهد، بر اساس سن، وضعیت و شرایط فعلی.

راه‌حل نرم‌افزاری، نه تغییر سخت‌افزاری اساسی

یک نکته برجسته وجود دارد. این مفهوم وابسته به سخت‌افزار باتری عجیب یا بازطراحی‌های پرهزینه نیست. پژوهشگران می‌گویند این فناوری می‌تواند از طریق به‌روزرسانی‌های نرم‌افزاری برای سیستم‌های مدیریت باتری موجود پیاده‌سازی شود. این موضوع آن را برای خودروسازان و بازیگران اکوسیستم شارژ که به دنبال راه‌های عملی برای افزایش دوام خودروهای برقی هستند، بسیار واقعی‌تر می‌کند.

البته یک قید وجود دارد. سیستم هنوز باید برای شیمی‌های مختلف باتری کالیبره شود، یعنی فوراً برای همه حالت‌ها یک راه‌حل یکسان نیست. با این حال، این ایده جذاب است چون با سخت‌افزار موجود در بخش بزرگی از بازار خودروهای برقی سازگار است.

فرسایش باتری همچنان یکی از نگرانی‌های پایدار در مالکیت خودروهای برقی است، خصوصاً برای رانندگانی که تا حد زیادی به شارژ سریع عمومی وابسته‌اند. اضطراب مربوط به برد ممکن است تیترها را به خود اختصاص دهد، اما سلامت بلندمدت باتری اغلب سؤال مهم‌تری است وقتی جذابیت اولیهٔ مالکیت کم‌رنگ می‌شود. اگر روش شارژ هوش مصنوعی چالمرز به خودروهای تولیدی راه یابد، آن بهبود گزارش‌شدهٔ 23 درصد می‌تواند برای بسیاری از رانندگان معادل یک یا دو سال عمر مفید اضافی باتری باشد.

این موضوع نه تنها برای دارندگان مفید خواهد بود، بلکه می‌تواند ارزش بازفروش را تقویت کند، هزینهٔ کل مالکیت را کاهش دهد و خودروهای برقی را برای کسانی که هنوز در تردید هستند جذاب‌تر سازد. برای مشکلی که مدت‌ها در پس‌زمینهٔ گفتگوهای مربوط به خودروهای برقی باقی مانده است، این به نظر می‌رسد همان نوع راه‌حلی باشد که صنعت مدت‌ها انتظارش را داشت.