باتری‌های جدید با ویژگی‌های بهتر و کارآمدتر!

به گزارش مجله خبری نگار/برنا،پژوهشگران دانشگاه RWTH آخن در آلمان با تلفیق مهندسی پیشرفته و روش‌های اعتبارسنجی مبتنی بر هوش مصنوعی روند توسعه باتری‌های ساختاری خودرو‌های برقی را تسریع کردند.

به گزارش interesting engineering، تیم تحقیقاتی کرسی مهندسی تولید اجزای حرکتی الکتریکی (PEM) پس از سه سال و نیم آزمایش‌های گسترده، پروژه تحقیقاتی PEAk-Bat را با موفقیت به پایان رساند. این پروژه که با حمایت وزارت اقتصاد و انرژی آلمان (BMWi) انجام شد هدفش سرعت بخشیدن به توسعه باتری‌های خودرو‌های برقی، بهینه‌سازی طراحی ساختاری و نزدیک‌تر کردن آنها به بازار بود.

یکی از نتایج مهم این تحقیق نشان داد که استفاده از هوش مصنوعی، شبیه‌سازی دیجیتال و بازطراحی ادغام باتری با خودرو می‌تواند به شکل قابل توجهی چرخه توسعه را کوتاه‌تر، هزینه‌ها را کاهش و چگالی انرژی را افزایش دهد. هاینر هایمز استاد مهندسی مکانیک دانشگاه و عضو مدیریت PEM گفت: صرفه‌جویی در زمان آزمایش‌ها امکان توسعه سریع‌تر سیستم‌های نوآورانه باتری و در نتیجه عرضه زودتر آنها به بازار را فراهم می‌کند.

آزمایش سریع‌تر و کاهش هزینه‌ها

در این رویکرد جدید به جای اینکه باتری به عنوان یک قطعه جداگانه در شاسی خودرو قرار گیرد، پژوهشگران PEM طراحی ماژول به شاسی را اتخاذ کردند و باتری را در ساختار خودرو ادغام کردند. این نوآوری باعث افزایش بیش از ۱۰ درصدی چگالی حجمی انرژی و بیش از ۱۵ درصدی چگالی وزنی انرژی شد.

برای بررسی این مفهوم، پژوهشگران RWTH آخن به همراه شرکت‌های شریک از جمله فورد شرکت لیزر Trumpf، ارائه‌دهنده گواهی ایمنی TÜV Rheinland و تأمین‌کننده قطعات Magna، ۱۰ بدنه خودرو با سیستم باتری ساختاری یکپارچه ساختند. این نمونه‌ها به دقت توسط TÜV Rheinland و Magna آزمایش شدند و نتایج آزمایش‌های فیزیکی با شبیه‌سازی‌های گسترده دیجیتال مورد تأیید قرار گرفت.

باتری‌های هوشمند با پشتیبانی هوش مصنوعی

یکی از دستاورد‌های اصلی پروژه استفاده از شبیه‌سازی پیشرفته و هوش مصنوعی برای اعتبارسنجی زودهنگام سیستم‌ها بود. پژوهشگران چندین مدل دیجیتال ایجاد کردند تا ایمنی، یکپارچگی ساختاری و عملکرد حرارتی سیستم‌ها را مورد بررسی قرار دهند و سپس صحت آنها را از طریق آزمایش‌های واقعی تایید کردند.

این رویکرد مجازی نخست به شکل قابل توجهی تعداد آزمایش‌های واقعی مورد نیاز را کاهش داد که معمولا زمان‌بر و پرهزینه است. آچیم کامپکر، استاد مهندسی و مدیر PEM، اظهار داشت: اعتبارسنجی زودهنگام سیستم‌های باتری با هوش مصنوعی به کاهش خطا‌های بحرانی در فرایند تولید و کاهش هزینه نمونه‌های اولیه کمک می‌کند.

کریستین اوفرمانز، مهندس ارشد PEM نیز در سال ۲۰۲۲ اعلام کرد: صرفه‌جویی در زمان آزمایش‌ها منجر به توسعه سریع‌تر سیستم‌های نوین باتری و ورود زودتر آنها به بازار می‌شود.

در راستای اهداف گسترده‌تر کنسرسیوم، پژوهشگران همچنین دستورالعمل‌های جدیدی برای تحلیل تغییرات در سیستم‌های باتری و تعیین آزمایش‌های ایمنی لازم تدوین کردند. این چارچوب که تحت عنوان روش‌شناسی تحلیل تغییرات سیستم‌های باتری و ارزیابی نیاز‌های آزمایشی ناشی از آن منتشر شد، انتظار می‌رود موجب بهبود ایمنی و اعتبارسنجی باتری‌ها در سطح صنعت شود.

پژوهشگران بر این باورند که افزایش چشمگیر چگالی انرژی و پتانسیل تسریع ورود به بازار می‌تواند به خودروسازان کمک کند فناوری‌های نسل بعدی خودرو‌های برقی را سریع‌تر به دست مصرف‌کنندگان برسانند.