Việc sạc nhanh từ lâu được xem là "con dao hai lưỡi" đối với xe điện khi giúp rút ngắn thời gian chờ nhưng cũng khiến pin xuống cấp nhanh hơn. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới từ Thụy Điển cho thấy trí tuệ nhân tạo (AI) có thể thay đổi điều đó khi giúp kéo dài tuổi thọ pin xe điện thêm tới 23%.
Điều này tương đương hàng chục nghìn đến hơn 100.000 dặm sử dụng đối với một số mẫu xe Tesla. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chalmers (Thụy Điển) cho rằng giải pháp này mở ra hướng tiếp cận mới trong việc tối ưu hệ thống quản lý pin, giúp cân bằng giữa tốc độ sạc nhanh và độ bền lâu dài của bộ pin.
AI tìm ra cách sạc nhanh nhưng vẫn bảo vệ pin xe điện
Xe điện ngày càng phổ biến nhờ loại bỏ nhiều hạn chế của động cơ đốt trong truyền thống. Tuy nhiên, tuổi thọ pin vẫn là một trong những yếu tố được người dùng quan tâm nhất, đặc biệt khi nhu cầu sử dụng sạc nhanh ngày càng tăng. Theo nghiên cứu vừa được công bố trên tạp chí khoa học IEEE, nhóm nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chalmers đã phát triển một phương pháp sạc dựa trên trí tuệ nhân tạo có thể kéo dài tuổi thọ pin xe điện lên tới 23%.
Trọng tâm của nghiên cứu là một hệ thống quản lý pin sử dụng học tăng cường (reinforcement learning) để điều chỉnh dòng điện trong suốt quá trình sạc nhanh. Thay vì áp dụng một quy trình cố định cho mọi bộ pin, hệ thống AI sẽ liên tục phân tích dữ liệu và tự điều chỉnh chiến lược sạc phù hợp với từng trạng thái thực tế của pin.
Meng Yuan, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Khoa Kỹ thuật Điện của Đại học Công nghệ Chalmers, cho biết đây là lần đầu tiên nhóm nghiên cứu xây dựng được một công thức rõ ràng cho bài toán sạc nhanh trong toàn bộ vòng đời pin. Theo Meng Yuan, phương pháp mới đạt được sự cải thiện đáng kể về hiệu suất khi giúp kéo dài tuổi thọ pin thêm 703 chu kỳ sạc đầy tương đương, tức tăng khoảng 22,9% so với phương pháp tiêu chuẩn.
Trong thực tế, pin lithium-ion hiện đại có thể hoạt động nhiều năm nếu được sử dụng trong điều kiện bình thường. Tuy nhiên, việc thường xuyên sạc nhanh khiến pin chịu áp lực lớn hơn, đặc biệt là hiện tượng lắng đọng lithium khi các ion tích tụ trên cực dương. Quá trình này làm gia tăng tốc độ lão hóa của pin và khiến hiệu suất suy giảm theo thời gian.
Để hạn chế vấn đề này, hệ thống AI của nhóm nghiên cứu sử dụng học tăng cường nhằm liên tục thử nghiệm, đánh giá kết quả và lựa chọn phương án tối ưu. Sau mỗi phiên sạc, thuật toán sẽ học hỏi thêm từ dữ liệu mới, từ đó tinh chỉnh chiến lược điều khiển dòng điện nhằm giảm mức độ xuống cấp của pin nhưng vẫn đảm bảo tốc độ sạc mà người dùng mong muốn. Theo các tác giả nghiên cứu, phương pháp này cho thấy việc kéo dài tuổi thọ pin không nhất thiết phải đánh đổi bằng thời gian sạc lâu hơn.
Tuổi thọ pin có thể tăng thêm hơn 100.000 dặm nhưng vẫn cần kiểm chứng thực tế
Một điểm đáng chú ý của hệ thống AI là khả năng thích ứng với tình trạng của từng bộ pin trong suốt vòng đời sử dụng. Thay vì áp dụng chung một mức điện áp hoặc dòng điện, thuật toán sẽ điều chỉnh các thông số dựa trên thành phần hóa học và mức độ lão hóa của pin. Khi pin cũ dần theo thời gian, AI sẽ tự động giảm áp lực lên cực dương, cực âm và chất điện phân nhằm hạn chế sự xuống cấp.
Để đưa ra quyết định theo thời gian thực, hệ thống liên tục theo dõi nhiều thông số như nhiệt độ, điện áp và trạng thái sạc của pin. Đây là điểm khác biệt so với các giao thức sạc truyền thống vốn sử dụng những thông số cố định bất kể tình trạng thực tế của từng bộ pin hoặc điều kiện môi trường. Nghiên cứu được thực hiện trong bối cảnh nhiều người vẫn lo ngại về sự suy giảm hiệu năng của pin xe điện sau nhiều năm sử dụng.
Theo nghiên cứu năm 2024 của Geotab, mức suy giảm trung bình của pin xe điện vào khoảng 1,8% mỗi năm. Với tốc độ này, phần lớn bộ pin có thể sử dụng ít nhất 20 năm hoặc đạt khoảng 200.000 dặm trước khi suy giảm đáng kể, trong khi nhiều bộ pin còn có tuổi thọ cao hơn. Riêng đối với Tesla, một số ước tính cho thấy pin có thể hoạt động trong khoảng từ 300.000 đến 500.000 dặm tùy thuộc vào điều kiện vận hành, thói quen sử dụng và tần suất sạc nhanh.
Nếu công nghệ AI của Đại học Công nghệ Chalmers thực sự giúp kéo dài tuổi thọ thêm khoảng 23%, quãng đường sử dụng có thể tăng thêm gần 70.000 dặm ở mức thấp nhất và vượt 100.000 dặm ở những bộ pin có tuổi thọ cao hơn. Các nhà nghiên cứu đánh giá tuổi thọ pin thông qua số chu kỳ sạc và xả, đồng thời nhận thấy hiệu suất sạc vẫn được duy trì tương đương so với phương pháp thông thường.
Theo nhóm tác giả, phương pháp mới vừa đảm bảo khả năng sạc nhanh, vừa kéo dài đáng kể tuổi thọ pin, cho thấy hai mục tiêu vốn được xem là mâu thuẫn hoàn toàn có thể đạt được đồng thời nhờ tối ưu bằng phần mềm AI. Nếu áp dụng vào thực tế, tác động của công nghệ này có thể rất đáng kể.
Theo Cục Quản lý Đường cao tốc Liên bang Mỹ, trung bình mỗi năm một người Mỹ lái xe khoảng 13.476 dặm. Điều này đồng nghĩa những người thường xuyên sử dụng sạc nhanh có thể kéo dài thời gian sử dụng chiếc xe thêm vài năm trước khi cần thay pin. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu cũng nhấn mạnh rằng kết quả hiện mới được chứng minh trong môi trường phòng thí nghiệm. Các thử nghiệm được tiến hành trên mô hình và quy trình mô phỏng, thay vì trên những bộ pin thương mại đang vận hành ngoài thực tế.
Do đó, công nghệ vẫn cần được kiểm chứng trên quy mô lớn trước khi có thể được các hãng xe tích hợp vào hệ thống quản lý pin, đồng thời tác động tới chính sách bảo hành hoặc giá trị của thị trường xe điện đã qua sử dụng. Dù vậy, nghiên cứu được đánh giá là một bước tiến quan trọng trong việc ứng dụng trí tuệ nhân tạo để giải quyết những bài toán vốn thuộc lĩnh vực phần cứng.
Thay vì chỉ cải thiện thiết kế pin, các nhà sản xuất trong tương lai có thể tận dụng AI để tối ưu cách vận hành bộ pin trong suốt vòng đời sử dụng. Qua đó gia tăng độ bền mà không cần thay đổi cấu trúc vật liệu. Trong bối cảnh xe điện tiếp tục mở rộng trên toàn cầu, những giải pháp quản lý pin thông minh như nghiên cứu của Đại học Công nghệ Chalmers được kỳ vọng sẽ góp phần nâng cao độ bền của pin, giảm chi phí sở hữu và tạo thêm niềm tin cho người tiêu dùng khi chuyển sang phương tiện điện hóa.
*Nguồn: EV Magazine