يُظهر تحليل واسع النطاق للمركبات الحقيقية تم إصداره حديثًا بواسطة Geotab، شركة المعلومات الجغرافية وإنترنت المركبات، أن الاعتماد المتكرر على أكوام الشحن فائقة السرعة بقوة تزيد عن 100 كيلووات سيضاعف تقريبًا معدل تقادم بطاريات طاقة المركبات الكهربائية. وتوصلت الدراسة، التي غطت 21 طرازًا وأكثر من 22700 سيارة كهربائية، إلى وجود علاقة مباشرة بين عادات الشحن وصحة البطارية من بيانات الاستخدام على المدى الطويل.
وبشكل عام، تفقد السيارة الكهربائية النموذجية ما يقرب من 2.3% من سعة البطارية القابلة للاستخدام سنويًا. ومع ذلك، في تلك المركبات التي تعتمد بشكل كبير على الشحن فائق السرعة بالتيار المستمر، يمكن أن يرتفع متوسط التوهين السنوي للقدرة إلى حوالي 2.5%. إذا كان الطراز نفسه يستخدم الشحن السريع أحيانًا فقط ويستخدم بشكل أساسي الشحن الثانوي المنزلي (المستوى 2)، فإن معدل التوهين يكون أقرب إلى 1.5% سنويًا. يشير Geotab إلى أن الخط الفاصل الرئيسي هو أنه إذا حدث أكثر من 12% من الشحن في مواقع عالية الطاقة تزيد عن 100 كيلووات، فإن منحنى تقادم البطارية سوف ينحدر بشكل كبير.
السبب وراء استخدام 100 كيلووات كـ "خط تحذير" هو أنه فوق مستوى الطاقة هذا، لم تعد عملية الشحن "سريعة" لخلايا البطارية فحسب، ولكنها أكثر عدوانية من الناحية الكهروكيميائية بشكل ملحوظ. سيؤدي "ضخ" الإلكترونات بالقوة بهذه القوة إلى تفاقم ما يسمى بظاهرة "طلاء الليثيوم" - حيث يتم ترسيب جزء من الليثيوم على سطح القطب السالب على شكل معدن بدلاً من الانتشار بالتساوي داخل القطب على شكل أيونات. وبمرور الوقت، يؤدي ذلك إلى تقليل عدد أيونات الليثيوم المتاحة للتفاعلات، وهو ما يعادل ضغط السعة المتاحة للبطارية هيكليًا.
وسيكون لهذه الآلية تأثير على نظامي بطاريات الطاقة الحاليين - فوسفات حديد الليثيوم (LFP) والليثيوم الثلاثي (NMC). ومع ذلك، تظهر بيانات Geotab أن التسامح الإجمالي لـ LFP تحت ضغط الشحن فائق السرعة أفضل. ومع ذلك، بغض النظر عن نظام كيمياء الخلية المستخدم، فإن الشحن المتكرر عالي الطاقة سيؤدي إلى تسريع البطارية إلى قناة انخفاض السعة.
لقد أثبتت البيئة المناخية أنها متغير آخر لا يمكن تجاهله. وفي المناطق التي يزيد متوسط درجات الحرارة فيها عن 77 درجة فهرنهايت (حوالي 25 درجة مئوية)، يمكن أن يضيف التدهور الإضافي للبطارية حوالي 0.4 نقطة مئوية سنويًا. قد تؤدي محاولة الشحن السريع تحت نقطة التجمد إلى حدوث ضرر دائم لبنية الخلية، ولهذا السبب تأتي معظم السيارات الكهربائية الآن بشكل قياسي مع أنظمة التسخين المسبق للبطارية والتحكم في درجة الحرارة لضبط البطارية على نافذة درجة حرارة أكثر أمانًا وأكثر ملاءمة قبل الشحن.
وبالنظر إلى الاتجاه طويل المدى، تظهر بيانات Geotab الطولية أيضًا منحنى "سريع أولاً ثم مستقر". ستشهد العديد من بطاريات السيارات الكهربائية انخفاضًا واضحًا نسبيًا في قدرتها في المراحل الأولى من الاستخدام، ومن ثم يميل متوسط التوهين السنوي إلى الاستقرار عند حوالي 1.4%. يوضح هذا من الجانب أن نظام إدارة البطارية (BMS) يلعب بشكل عام دوره الواجب من حيث نطاق الشحن والتفريغ والإدارة الحرارية وتوازن الخلايا.
يظل سلوك المستخدم متغيرًا مهمًا في تحديد عمر البطارية. لقد وجدت الأبحاث أن حزم البطاريات التي غالبًا ما يترك شحنها أقل من 20% لفترات طويلة من الزمن، أو يتم شحنها بشكل معتاد إلى 80% وتظل أعلى من 80%، تتحلل بشكل أسرع بشكل عام. وهذا يوفر دعمًا أكثر تحديدًا للبيانات لتوصية الصناعة التي تم التأكيد عليها مرارًا وتكرارًا والتي تنص على "محاولة استخدام البطارية في نطاق الطاقة المتوسط".
كما تعمل أنواع المركبات وسيناريوهات الاستخدام على توسيع الفجوة. من بين نماذج مثل المركبات متعددة الأغراض وشاحنات التسليم، نظرًا للأحمال الثقيلة وظروف العمل الأكثر كثافة على مدار العام، يبلغ متوسط التوهين السنوي لقدرتها حوالي 2.7%، وهو أعلى بكثير من مستوى 2% تقريبًا لسيارات الركاب العادية. ولكن سواء كانت سيارة عائلية أو مركبة تجارية، هناك استنتاج بسيط ينطبق على جميع الفئات: كلما تم شحنها بشكل أسرع وكلما كانت البيئة أكثر سخونة، كلما "تفقد" البطارية سعة أكبر على المدى الطويل.
ومن الجدير بالذكر أن هذا التحليل لا يهدف إلى ثني أصحاب السيارات عن استخدام شبكات الشحن عالية السرعة بالكامل. وبالنسبة للسفر لمسافات طويلة، فإن سهولة تجديد الطاقة والعودة إلى الطريق خلال 20 إلى 30 دقيقة لا تزال واحدة من أسس إنشاء نموذج السفر الكهربائي. الإشارة التي تريد الدراسة إيصالها هي أن هناك تكلفة عمرية قابلة للقياس وراء هذه الراحة. يعد ضبط النفس المعتدل، وتقليل الشحن فائق السرعة غير الضروري، وتجنب الشحن عالي الطاقة في درجات الحرارة القصوى، وترك المزيد من تجديد الطاقة يوميًا لطرق الطاقة المتوسطة والمنخفضة، كافيًا للحصول على هامش صحي أكثر للبطارية خلال سنوات عديدة من استخدام السيارة.