يقول باحثون إن الشحن التكيفي للسيارات الكهربائية قد يطيل عمر البطارية من دون تباطؤ التوقفات

حل برمجي لمعضلة في العتاد

أصبح شحن السيارات الكهربائية سباقًا نحو السرعة، لكن كلما ازداد هذا السباق سرعة، ازداد التركيز على البطارية نفسها. فالشحن السريع بالتيار المستمر ضروري لجعل السيارات الكهربائية أكثر عملية في السفر لمسافات طويلة، لكن الشحن المتكرر عالي القدرة يمكن أن يضيف إجهادًا مع مرور الوقت، ولا سيما مع تقدم حزم البطاريات في العمر. وتقول دراسة جديدة أبرزتها The Drive إن برمجيات شحن أذكى قد توفر طريقة لتخفيف هذه المفاضلة.

طوّر باحثون من جامعة تشالمرز للتكنولوجيا، في ورقة نُشرت عبر IEEE، ما يصفونه بأنه خوارزمية شحن تراعي الحالة الصحية للبطارية. والفكرة بسيطة لكنها مهمة: بدلًا من تطبيق السلوك نفسه للشحن طوال عمر البطارية، يقرأ النظام حالة البطارية الصحية ويعدل ملف الشحن مع تقدمها في العمر.

وفي المحاكاة، يقول الباحثون إن هذا النهج خفّض التدهور المتوقع بما يكفي لإطالة العمر القابل للاستخدام للبطارية بنحو 23%، مع بقاء زمن الشحن دون تغيير يذكر. هذا الجمع هو ما يجعل العمل لافتًا. مالكو السيارات الكهربائية ومشغلو الأساطيل ومصنعو السيارات جميعًا يريدون بطاريات تدوم أطول، لكن ليس على حساب شحن أبطأ بشكل ملحوظ. وأي طريقة تحافظ على الأمرين ستكون ذات قيمة تجارية.

كيف يعمل النهج

صُمم النظام الموصوف ليتكامل مع نظام مراقبة البطارية ويتعلم حالتها مع مرور الوقت. وبناءً على هذا التقييم، تستطيع الخوارزمية تعديل سلوك الشحن عبر تحديد حدود جهد مختلفة. عمليًا، يعني ذلك أن الشحن يمكن أن يُخفف عندما تحتاج بطارية أقدم أو أكثر تعرضًا للإجهاد إلى معاملة ألطف، مع الاستمرار في السماح بأداء قوي عندما تسمح الظروف بذلك.

ويقول الباحثون أيضًا إن النهج يمكن أن يعمل من دون حساسات مخصصة تراقب البطارية مباشرة. وهذا مهم لأن العتاد الإضافي للاستشعار يزيد التعقيد والكلفة. وإذا استطاع البرنامج استنتاج ما يكفي عن صحة البطارية من بيانات المراقبة الموجودة، فسيصبح من الأسهل بكثير تصور دمج الطريقة في أنظمة الإنتاج.

والتباين مع الشحن التقليدي هو جوهر جاذبية الدراسة. فبدلًا من التعامل مع كل بطارية كما لو كانت جديدة، صُممت الخوارزمية لتدرك أن التقادم يغيّر ما هو آمن وفعّال. وقد يبدو ذلك بديهيًا من حيث المبدأ، لكن أنظمة شحن السيارات الكهربائية غالبًا ما تُقاس أولًا بالسرعة والتوحيد القياسي، لا بمدى دقتها في التكيف مع حالة حزمة بعينها على مدى سنوات الاستخدام.

نتائج المحاكاة

الأرقام الواردة في التقرير محددة بما يكفي لجذب الانتباه. فوفقًا للورقة، استمرت بطارية محاكاة استخدمت الأسلوب التكيفي خلال 703 دورات شحن وتفريغ قبل أن تنخفض سعتها إلى ما دون 80%. أما بطارية محاكاة شُحنت بأسلوب الجهد الثابت فاستمرت 572 دورة قبل أن تتجاوز العتبة نفسها.

وبالقدر نفسه من الأهمية، كانت أزمنة الشحن متطابقة تقريبًا: 24.12 دقيقة للطريقة الموجهة بالذكاء الاصطناعي و24.15 دقيقة للطريقة التقليدية. وإذا انتقلت هذه النتائج جيدًا خارج المحاكاة، فهي تشير إلى إعادة صياغة قيمة لمشكلة الشحن. فالقطاع غالبًا ما يعرض المتانة والراحة على أنهما أولويتان متنافستان. وتشير هذه الدراسة إلى أن جزءًا من هذا التعارض قد يكون قابلًا للحل عبر منطق تحكم أفضل بدلًا من تجربة مستخدم أبطأ.

لماذا تُعد إدارة صحة البطارية مهمة

تظل حزم البطاريات من أكثر مكونات السيارة الكهربائية تكلفة وأهمية من الناحية الاستراتيجية. فتأثير صحتها يمتد إلى قيمة إعادة البيع، والتعرض للضمان، واقتصاديات الأساطيل، وثقة المستهلك. وحتى عندما لا تتعطل البطارية تمامًا، فإن التسارع في التدهور يمكن أن يقصر المدى المفيد ويرفع كلفة التملك على المدى الطويل.

ولهذا أصبحت برمجيات إدارة البطارية ساحة معركة هادئة لكنها حاسمة. ولا يلزم أن تأتي التحسينات من الكيمياء الجديدة أو الحزم الأكبر فقط. بل يمكن أن تأتي أيضًا من خوارزميات تجعل العتاد القائم يتصرف بذكاء أكبر عبر سنوات الاستخدام. وإذا استطاعت سيارة كهربائية الحفاظ على قدر أكبر من سعة البطارية من دون أن تطلب من السائق الانتظار وقتًا أطول عند الشاحن، فالنتيجة فعليًا هي مكسب في كفاءة عمر المنتج.

وتشير The Drive أيضًا إلى أن البطاريات الأقدم أقل قدرة على تحمّل الشحن العدواني. وهذا يجعل الأنظمة التكيفية أكثر صلة مع نضوج أسطول السيارات الكهربائية. فقد خلقت الموجة الأولى من تبني EV على نطاق واسع عددًا متزايدًا من المركبات التي تدخل الآن منتصف العمر. ولم تعد إدارة تلك الحزم جيدًا مجرد تحدٍ تصميمي للطرازات الجديدة؛ بل أصبحت مسألة تشغيلية لملايين المركبات الموجودة أصلًا على الطرق.

من البحث إلى النشر العملي

تحرص المقالة على عدم المبالغة في القفزة من ورقة واعدة إلى منتج تجاري. فالنتائج البحثية لا تتحول تلقائيًا إلى أنظمة عملية، ولا تزال نتائج المحاكاة بحاجة إلى الصمود أمام واقع الهندسة والاعتماد والأنظمة السوقية. وهذا الحذر في محله. فكثير من ابتكارات البطاريات تبدو مقنعة في المختبر أو النموذج ثم تصطدم بقيود الكلفة أو التكامل أو التباين في العالم الحقيقي.

ومع ذلك، فإن الاتجاه واضح. تشير The Drive إلى أن البرمجيات القادرة على مراقبة حالة البطارية في الوقت الحقيقي وتعديل سلوك الشحن تتجه بالفعل نحو الاستخدام العملي، سواء تم تسويقها بصفة ذكاء اصطناعي أم لا. وربما يكون هذا هو الاستنتاج الأكثر واقعية. فالفائزين على المدى الطويل في شحن السيارات الكهربائية قد لا يكونون الشركات التي ترفع أرقام القدرة القصوى فقط، بل تلك التي تحوّل الشحن إلى خدمة أكثر تكيفًا وأكثر وعيًا بالبطارية.

ومن هذا المنطلق، يعكس عمل تشالمرز تحولًا أوسع في تكنولوجيا النقل. فالمركبات تُعرَّف بشكل متزايد ليس بالمحركات والخلايا فقط، بل بطبقات البرمجيات التي تحدد كيفية استخدام تلك المكونات. ولن يصنع ذكاء الشحن عناوين الأخبار مثل كيمياء بطارية جديدة أو سرعة شحن قياسية. لكن إذا استطاع أن يحقق عمر بطارية أطول من دون كلفة كبيرة في الراحة، فقد يثبت أنه أكثر قيمة من اختراق أكثر بريقًا.

• الدراسة المنشورة في IEEE جاءت من باحثين في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا.
• الخوارزمية التي تراعي الحالة الصحية تعدل سلوك الشحن مع تقدم البطارية في العمر.
• أفاد الباحثون بزيادة تقارب 23% في العمر المتوقع القابل للاستخدام للبطارية في المحاكاة.
• بقي زمن الشحن في المحاكاة دون تغيير يذكر.

هذه المقالة مستندة إلى تقرير The Drive. اقرأ المقال الأصلي.