Las baterías de los vehículos eléctricos sujetos al uso normal de los conductores del mundo real, como el tráfico intenso, los viajes largos por carretera, los viajes cortos por la ciudad,y en su mayoría estacionados ∙ podría durar alrededor de un tercio más de lo que los investigadores generalmente han pronosticado, de acuerdo con un nuevo estudio de científicos que trabajan en el SLAC-Stanford Battery Center,un centro conjunto entre el Instituto Precourt de Energía de la Universidad de Stanford y el Laboratorio Nacional de Aceleradores de SLACEsto sugiere que el propietario de un vehículo eléctrico típico puede no necesitar reemplazar el costoso paquete de baterías o comprar un automóvil nuevo durante varios años adicionales.
Casi siempre, los científicos e ingenieros de baterías han probado en laboratorios la duración del ciclo de vida de los nuevos diseños de baterías utilizando una tasa constante de descarga seguida de recarga.Repiten este ciclo rápidamente muchas veces para aprender rápidamente si un nuevo diseño es bueno o no para la esperanza de vida, entre otras cualidades.
Esta no es una buena manera de predecir la esperanza de vida de las baterías de los vehículos eléctricos, especialmente para las personas que poseen vehículos eléctricos para desplazamientos diarios, según el estudio publicado el 9 de diciembre en Nature Energy.Mientras que los precios de las baterías se han desplomado alrededor del 90% en los últimos 15 añosPor lo tanto, los pasajeros actuales y futuros de vehículos eléctricos pueden estar felices de saber que muchos kilómetros adicionales les esperan.
"No hemos estado probando las baterías de vehículos eléctricos de la manera correcta", dijo Simona Onori, autora principal y profesora asociada de ciencias e ingeniería energéticas en la Escuela de Sostenibilidad Doerr de Stanford.Para nuestra sorpresa, conducir de verdad con aceleración frecuente, frenar que carga las baterías un poco, detenerse para saltar a una tienda, y dejar que las baterías descansen durante horas a la vez,ayuda a las baterías a durar más de lo que pensábamos basado en pruebas de laboratorio estándar de la industria.
Una agradable sorpresa.
Los investigadores diseñaron cuatro tipos de perfiles de descarga de vehículos eléctricos, desde la descarga constante estándar hasta la descarga dinámica basada en datos reales de conducción.El equipo de investigación probó 92 baterías comerciales de iones de litio durante más de dos años en los perfiles de descargaAl final, cuanto más realista reflejaban los perfiles el comportamiento real de conducción, mayor era la esperanza de vida del vehículo.
Según el estudio, hay varios factores que contribuyen a la longevidad inesperada.Un algoritmo de aprendizaje automático entrenado en todos los datos recopilados por el equipo ayudó a descubrir los impactos de los perfiles de descarga dinámica en la degradación de la batería.
Por ejemplo, el estudio mostró una correlación entre las aceleraciones cortas y bruscas de los vehículos eléctricos y una degradación más lenta.incluido el equipo de este estudioEn el caso de los vehículos eléctricos, la aceleración de los picos de aceleración es perjudicial para las baterías.uno de los tres autores principales del estudio y un estudiante de doctorado en ciencias de los materiales e ingeniería y en informática en la Escuela de Ingeniería de Stanford.
Dos maneras de envejecer
El equipo de investigación también buscó diferencias en el envejecimiento de la batería debido a muchos ciclos de carga-descarga versus el envejecimiento de la batería que simplemente viene con el tiempo.Las baterías de su casa que han estado sin usar en un cajón durante años no funcionarán tan bien como cuando las compró, si funcionan en todo.
Los ingenieros de baterías hemos asumido que el envejecimiento por ciclo es mucho más importante que el envejecimiento inducido por el tiempo.Esto es más cierto para los vehículos eléctricos comerciales como autobuses y furgonetas de reparto que casi siempre están en uso o recargados."Para los consumidores que usan sus vehículos eléctricos para ir al trabajo, recoger a sus hijos, ir a la tienda de comestibles, pero en su mayoría no los usan o incluso los cargan,El tiempo se convierte en la causa predominante del envejecimiento sobre el ciclismo.
El estudio identifica un punto óptimo para equilibrar el tiempo de envejecimiento y el envejecimiento del ciclo, al menos para la batería comercial que probaron.que la ventana está en el rango de la conducción realista del consumidor EVLos fabricantes de automóviles podrían actualizar su software de gestión de baterías de vehículos eléctricos para aprovechar los nuevos hallazgos y maximizar la longevidad de la batería en condiciones reales.
Mirando hacia el futuro
"En el futuro, evaluar las nuevas químicas y diseños de baterías con perfiles de demanda realistas será realmente importante", dijo el investigador postdoctoral en ciencias energéticas e ingeniería Le Xu.¢Los investigadores ahora pueden volver a revisar los supuestos mecanismos de envejecimiento en la químicaEl objetivo de este proyecto es mejorar la comprensión de las tecnologías de la información, los materiales y los niveles de las células, lo que facilitará el desarrollo de algoritmos de control avanzados que optimicen el uso de las arquitecturas de baterías comerciales existentes.
Las implicaciones se extienden más allá de las baterías, sugiere el estudio. Científicos e ingenieros podrían aplicar los principios a otras aplicaciones de almacenamiento de energía.así como a otros materiales y dispositivos de las ciencias físicas en los que el envejecimiento es crucial, como plásticos, gafas, células solares, y algunos biomateriales utilizados en los implantes.
Este trabajo pone de relieve el poder de la integración de múltiples áreas de experiencia, desde la ciencia de los materiales, el control y el modelado hasta el aprendizaje automático, para avanzar en la innovación, dijo Onori.
Reimpreso del Informe de Stanford
