Yeni araşdırma elektrik avtomobillərinin batareyalarındakı gizli zəifliyi üzə çıxarıb

Real istismar şəraitində üç ildən artıq müddətdə toplanmış məlumatların təhlili göstərib ki, batareyanın daxilindəki azsaylı, daha sürətlə köhnələn elementlər bütün batareya blokunun ömrünü qısalda və enerji ehtiyatlarının əhəmiyyətli hissəsinin istifadəsiz qalmasına səbəb ola bilər.

Elektrik avtomobilinin batareyası ayrı-ayrı elementlərinin bir çoxunda hələ kifayət qədər tutum qalsa belə, istismar müddətinin sonuna çata bilər. Yeni tədqiqat göstərir ki, batareyanın tərkibindəki azsaylı elementlərin daha sürətlə köhnəlməsi bütün batareya blokunun xidmət müddətini azalda və onun potensial enerji ehtiyatlarının bir hissəsinin istifadəsiz qalmasına gətirib çıxara bilər.

Nature Energy jurnalında dərc olunan araşdırmada real nəqliyyat vasitələrində üç ildən artıq müddətdə işləyən batareyalar təhlil edilib.

 Alimlər müəyyən ediblər ki, ayrı-ayrı elementlərin vəziyyətindəki fərqlər batareyanın ömrünü qısalda, güc imkanlarını məhdudlaşdıra və avtomobilin yürüşü artdıqca daha da böyüyə bilər. Elektrik avtomobillərinin batareya blokları enerjini toplamaq və ötürmək üçün birlikdə işləyən çoxsaylı elementlərdən ibarətdir. Lakin elementlər ardıcıl birləşdirildikdə, ən zəif elementlər bütün batareyanın istifadə edilə bilən tutumunu məhdudlaşdıra bilər.  Məsələn, enerji yığılması zamanı tutumu azalmış element digər elementlərdən əvvəl icazə verilən maksimum gərginliyə çata bilər. Batareya boşaldılarkən və ya yüksək güc tələb edən rejimdə işləyərkən isə daxili müqaviməti daha yüksək olan element digərlərindən əvvəl öz iş həddinə çata bilər.  Bu fərqlər bir neçə səbəbdən yaranır. Bunlara xammalın xüsusiyyətləri, istehsal prosesi, elementlərin batareya blokunda qruplaşdırılması, temperatur və avtomobilin istifadə şəraiti daxildir.  Elementlər zamanla fərqli sürətlə köhnəldikcə, onların bir hissəsi hələ işlək vəziyyətdə olsa da, bütün batareya bloku istismardan çıxarılma həddinə çata bilər.

Çin Elmlər Akademiyasının Dalian Kimyəvi Fizika İnstitutundan (DICP) Çjunvey Çen və Çalmers Texnologiya Universitetindən Çanqfu Zou tədqiqata rəhbərlik ediblər. Araşdırmada Pekin Texnologiya İnstitutunun və “Zeekr Technology Europe AB” şirkətinin alimləri də iştirak ediblər.  Tədqiqatçılar nikel-manqan-kobalt (NMC) batareyaları ilə təchiz olunmuş minik elektrik avtomobillərini və litium-dəmir-fosfat (LFP) batareyalarından istifadə edən elektrik avtobuslarını araşdırıblar. Bəzi nəqliyyat vasitələrinin yürüşü 300 min kilometrə — təxminən 186 400 milə çatıb.  Alimlər avtomobillərdə müntəzəm qeydə alınan gərginlik, cərəyan, temperatur və batareyanın doluluq səviyyəsi barədə məlumatlardan istifadə ediblər. Batareya modelləşdirilməsini neyron şəbəkələri ilə birləşdirərək ayrı-ayrı elementlərin tutumunda və daxili müqavimətində baş verən dəyişiklikləri qiymətləndiriblər. 

Metod avtomobillərin fərqli istismar şəraitini və mövsümi temperatur dəyişikliklərini də nəzərə alıb. Bu, batareyaların köhnəlmə prosesini daha ardıcıl şəkildə müqayisə etməyə imkan verib.  Minik avtomobillərində yürüş az olduqda elementlərin vəziyyəti arasındakı fərqlər, ümumiyyətlə, kiçik qalıb. Lakin yürüş təxminən 170 min kilometri — 105 600 mili — keçdikdən sonra bir çox batareya blokunda bəzi elementlərin daha sürətlə köhnəlməyə başladığı müşahidə olunub. Nəticədə daha sağlam və daha zəif elementlər arasındakı fərq artıb.  Bununla belə, köhnəlmənin nə vaxt başladığı və nə dərəcədə güclü olduğu avtomobildən avtomobilə dəyişib. Tədqiqatçılar batareyanın istismardan çıxarılması üçün ümumi qəbul edilmiş həddi əsas götürərək qeyri-bərabər köhnəlmənin nəticələrini hesablayıblar.

Nəticələrə görə, elementlərin fərqli sürətlə köhnəlməsi batareya blokunun istifadə edilə bilən sağlamlıq göstəricisini minik avtomobillərində 6,2 faiz, avtobuslarda isə 7,5 faiz azaldıb.

Ayrı-ayrı elementlərin potensial orta xidmət müddəti ilə müqayisədə batareya bloklarının ümumi istismar müddəti minik avtomobillərində 17,7 faiz, avtobuslarda isə 22,8 faiz daha qısa olub.  Daxili müqavimət fərqləri batareyaların mövcud güc imkanlarını da azaldıb. Bu azalma minik avtomobillərində 12,9 faiz, avtobuslarda isə 15,1 faiz təşkil edib. Bununla müqayisədə, elementlərin doluluq səviyyələri arasındakı fərqlər tədqiq olunan avtomobillərdə istifadə edilən enerji balanslaşdırma strategiyaları şəraitində istifadə edilə bilən enerji tutumunu, adətən, 2 faizdən az azaldıb.  Hesablanmış istismar müddəti ərzində minik avtomobillərinin batareya blokları potensial enerji ehtiyatlarının yalnız 80,7 faizindən, avtobusların batareyaları isə 72,9 faizindən istifadə edə bilib. Tədqiqatda tətbiq olunan istismardan çıxarma meyarlarına əsasən, ən zəif elementlər öz iş həddinə çatdıqda potensial enerji ehtiyatlarının təxminən 19,3 faizi minik avtomobillərində, 27,1 faizi isə avtobuslarda istifadəsiz qalıb.

Batareyanın ömrünü uzatmaq mümkündürmü?

Araşdırmanın nəticələri göstərir ki, batareyanın xidmət müddətini yalnız onun elementlərinin orta vəziyyətinə əsasən qiymətləndirmək kifayət deyil. Müxtəlif nəqliyyat vasitələrinin müqayisəsi həmçinin batareyada elementlər arasında enerji balansının qorunması strategiyalarının onların zamanla necə köhnəlməsinə təsir göstərə biləcəyini ortaya qoyub.

Alimlər batareyaların davamlılığını yaxşılaşdırmaq üçün bir neçə mümkün istiqamət müəyyən ediblər:

• elementlərin daha sabit və keyfiyyətli istehsalı;

• batareya elementlərinin daha düzgün qruplaşdırılması;

• enerji balansını idarə edən daha təkmil sistemlər;

• temperaturun daha səmərəli idarə olunması;

• elementlərin birləşdirilmə və istifadə qaydasını dəyişə bilən yenidən konfiqurasiya olunan batareya sistemləri.

Tədqiqatın rəhbərlərindən professor Çjunvey Çenin sözlərinə görə, elektrik avtomobilinin batareya blokunun məhsuldarlığı və xidmət müddəti təkcə elementlərin orta köhnəlmə səviyyəsindən asılı deyil. Daha sürətlə köhnələn azsaylı elementlər bütün sistemin imkanlarını ciddi şəkildə məhdudlaşdıra bilər.

Çen bildirib ki, real istismar şəraitində ən zəif elementlərin təsirinin kəmiyyətcə qiymətləndirilməsi batareyalardan istifadənin səmərəliliyini artırmaq, onların xidmət müddətini daha yaxşı idarə etmək və bütöv sistemin işini optimallaşdırmaq üçün elmi əsas yaradır.

Araşdırma elektrik avtomobillərinin batareyalarının davamlılığını qiymətləndirərkən ayrı-ayrı elementlər arasındakı fərqlərin nəzərə alınmasının vacibliyini göstərir. Bu fərqlərin azaldılması batareyaların potensialından daha dolğun istifadə etməyə və onların istismar müddətini yaxşılaşdırmağa kömək edə bilər.

mənbə: scitechdaily.com