اگر یک وسیله نقلیه الکتریکی دارید که به طور مرتب آن را سریع شارژ می کنید، شاید بهتر باشد نگاهی به پیامدهای آن بر کاهش باتری بیاندازید.
شارژ سریع EV شما عالی به نظر می رسد، زیرا یک شارژر سریع 350 کیلوواتی می تواند یک EV با باتری بزرگ مانند Lucid Air Pure را در عرض 15 دقیقه به 80 درصد شارژ کند. اگرچه به سرعت پر کردن یک وسیله نقلیه بنزینی سنتی نیست، شارژ سریع DC زمان لازم برای پر کردن یک وسیله نقلیه الکتریکی را کاهش می دهد.
اما آیا راحتی شارژ یک وسیله نقلیه الکتریکی به قیمت تخریب باتری تمام می شود؟ خب بیایید بفهمیم
شارژ سریع DC چیست و چگونه کار می کند؟
برای درک بهتر طول عمر باتری EV، مهم است که بدانید شارژ سریع چیست و چگونه کار می کند. به طور کلی، باتری یک خودروی الکتریکی را می توان با استفاده از سه روش مختلف به نام های شارژ سطح 1، سطح 2 و سطح 3 پر کرد. دو نوع اول به جریان متناوب (AC) متکی هستند، در حالی که شارژ سطح 3 که به عنوان شارژ سریع DC نیز شناخته می شود، به جریان مستقیم نیاز دارد.
تمایز مهم در اینجا این است که شارژرهای سطح 1 و سطح 2 از شارژر داخلی خودرو برای تبدیل جریان از AC به DC استفاده می کنند، زیرا باتری لیتیوم یون موجود در وسیله نقلیه شما نمی تواند جریان متناوب را مستقیماً دریافت کند.
با این حال، وقتی صحبت از شارژرهای سریع سطح 3 می شود، آنها می توانند آب را مستقیماً بدون نیاز به شارژر داخلی به باتری پمپ کنند. این به شارژ DC اجازه می دهد تا مقدار زیادی جریان و ولتاژ را به بسته باتری وارد کند بدون اینکه توسط قابلیت های شارژر داخلی خودرو محدود شود.
چرا باتری های لیتیوم یونی با گذشت زمان ظرفیت خود را از دست می دهند؟
باتری های لیتیوم یون انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند و فرضاً این واکنش باید برای همیشه ادامه یابد. با این حال، همه ما می دانیم که باتری های لیتیوم یونی برای همیشه دوام نمی آورند. اما دلیل دقیق این تنزل چیست؟
چندین واکنش شیمیایی در داخل یک سلول لیتیوم یونی هنگام شارژ یا تخلیه رخ می دهد. برخی از واکنش ها به سمت تولید الکتریسیته کار می کنند، در حالی که برخی دیگر یون های لیتیوم را مصرف می کنند که ظرفیت باتری را کاهش می دهد. به عبارت دیگر، با هر چرخه شارژ-دشارژ، باتری لیتیوم یون EV مقداری ظرفیت را از دست می دهد. این در واقع اتفاق می افتد و در دسته افسانه های شارژ EV قرار نمی گیرد.
با این اوصاف، درک این نکته مهم است که این واکنش ها بر اساس چندین شرایط محیطی با سرعت های متفاوتی رخ می دهند، و اقداماتی وجود دارد که می توانید برای دوام بیشتر باتری انجام دهید.
بنابراین، اکثر تولید کنندگان باتری طیفی از دماها را ارائه می دهند که در آن باتری ها بهترین عملکرد را دارند. این محدوده بر اساس شیمی باتری تغییر می کند، اما در بیشتر موارد، بین -4 تا 140 درجه فارنهایت برای تخلیه و بین 0 تا 45 درجه فارنهایت برای شارژ قرار دارد.
این محدوده عملیاتی نشان می‌دهد که باتری‌ها را می‌توان در محدوده دماهای پایین‌تری شارژ کرد و شارژ آنها در شرایط شدید، چه سرد و چه گرم، می‌تواند مشکلاتی ایجاد کند، زیرا این شرایط باعث افزایش سرعت واکنش‌های ناخواسته، مصرف یون‌های لیتیوم و کاهش ظرفیت می‌شود.
با شارژ سریع باتری های لیتیوم یون چه اتفاقی می افتد؟
اکنون که می دانیم چرا ظرفیت باتری لیتیوم یونی کاهش می یابد، می توانیم سعی کنیم بفهمیم که در هنگام شارژ سریع باتری چه اتفاقی می افتد.
1. آسیب به الکترودهای باتری به دلیل جریان و ولتاژ بالا
شارژ سریع از جریان ولتاژ بالا برای شارژ باتری استفاده می کند. یون های لیتیوم با نیروی بیشتری از کاتد کشیده می شوند و در صورت شارژ شدن به آند منتقل می شوند. این باعث ایجاد ترک در کاتد و همچنین ایجاد دندریت در الکترودها می شود. به دلیل این ترک ها و تجمع دندریت، ظرفیت سلول های لیتیوم یون کاهش می یابد و همچنین مقاومت باتری را افزایش می دهند.
2. تخریب در دمای بالا
مقاومت داخلی باتری با شارژ سریع افزایش می یابد. به دلیل این افزایش مقاومت و جریان بالای ورودی در هنگام شارژ سریع، گرمای بیش از حد در داخل باتری ها تولید می شود. این دمای بالا ظرفیت باتری های لیتیوم یونی را کاهش می دهد.
3. آبکاری لیتیوم با دمای پایین
هنگامی که یک باتری لیتیوم یونی با استفاده از جریان های بالا در دمای پایین به سرعت شارژ می شود، پدیده ای به نام آبکاری لیتیوم در آند رخ می دهد. به همین دلیل، اتم های لیتیوم در داخل آند قرار نمی گیرند. این منجر به فلز لیتیوم بی اثر (که نمی تواند الکتریسیته تولید کند) روی سطح الکترودها می شود.
آشنایی با بسته‌های باتری EV
با نگاهی به لیست مکانیسم های تخریب ارائه شده در بالا، واضح است که شارژ سریع می تواند عمر یک وسیله نقلیه الکتریکی را کاهش دهد. گفته می شود، بسته های باتری EV برای جلوگیری از آسیب باتری طراحی شده اند. بنابراین، قبل از اینکه به این نتیجه برسیم که شارژ سریع برای وسایل نقلیه الکتریکی مضر است، بیایید بفهمیم که بسته‌های باتری آنها چگونه برای مقابله با تخریب طراحی شده‌اند.
بسته های باتری EV از چندین سلول لیتیوم یونی تشکیل شده اند که برای ایجاد ماژول ها به هم متصل شده اند. چندین ماژول برای ایجاد بسته به هم متصل شده اند و سلامت باتری آن توسط سیستم مدیریت باتری، که به عنوان BMS نیز شناخته می شود، مدیریت می شود.
BMS اساساً یک رایانه است که به چندین حسگر متصل است که ولتاژ، جریان و دما سلول را کنترل می کند. سپس این داده ها را تجزیه و تحلیل می کند تا اطمینان حاصل شود که هر سلول به خوبی کار می کند.
اگر سلول های داخل بسته باتری خیلی داغ باشند، BMS خنک کننده را افزایش می دهد تا دمای کلی بسته را کاهش دهد. اگر در طول شارژ سریع DC ولتاژ یا جریان سلولی بالا را تشخیص دهد، هر دو پارامتر را برای جلوگیری از آسیب باتری تنظیم می کند.
بنابراین BMS قطعه EV است که بیشترین نقش را در کاهش تخریب باتری دارد.
شارژ سریع چقدر به باتری خودروی الکتریکی شما آسیب می زند؟
بیایید به مطالعاتی نگاه کنیم که نشان می دهد خودروها به دلیل شارژ سریع چقدر آسیب می بینند. چهار خودروی الکتریکی نیسان لیف 2012 در فینیکس، آریزونا توسط آزمایشگاه ملی آیداهو رانده شدند. دو خودرو با استفاده از شارژ سریع DC شارژ شدند، در حالی که دو خودرو دیگر با استفاده از شارژ AC سطح 2 شارژ شدند که نتایج زیر به دست آمد:
1. آزمایش‌های ظرفیت برای هر دو مجموعه خودرو پس از طی کردن 50000 مایل انجام شد و تفاوت افت ظرفیت بین خودروهایی که با استفاده از شارژ سریع و شارژ AC سطح 2 شارژ می‌شوند در محدوده 3 تا 9 درصد بود.
2. وسایل نقلیه ای که با استفاده از شارژ سریع شارژ می شوند وقتی با سرعت ثابت 45 مایل در ساعت رانندگی می شوند می توانند برد 70 مایل را ارائه دهند، در حالی که خودروهایی که با استفاده از AC سطح 2 شارژ می شوند، 82 مایل را ارائه می دهند.
3. در شروع آزمایش، خودروهایی که با استفاده از شارژ سریع DC شارژ می‌شوند، می‌توانند با سرعت ثابت 45 مایل در ساعت، مسافت 102 مایلی را ارائه دهند. پس از اتمام 63000 مایل آزمایش، همان وسیله نقلیه مسافت 58 مایل را ارائه کرد که کاهش 43 درصدی در برد را نشان داد. خودرویی که با استفاده از شارژ سریع AC شارژ می‌شد، برد 104 مایلی را ارائه می‌کرد که پس از اتمام آزمایش‌ها به 64 مایل کاهش یافت و 38 درصد کاهش برد را تجربه کرد.
در نهایت، تخریب باتری بدون توجه به روش شارژ اتفاق می افتد، اما در خودروهایی که سریع شارژ می شوند، افزایش می یابد. تفاوت حدود 5 درصد است.
پیامدهای شارژ سریع در باتری لیتیوم یونی
در آزمایشی جداگانه از موارد فوق، دو بسته باتری نیسان لیف در شرایط آزمایشگاهی توسط آزمایشگاه ملی آیداهو مورد آزمایش قرار گرفتند. یکی از آنها دارای شارژ سریع DC بود، در حالی که دیگری فقط دارای شارژ AC بود. هدف این آزمایش این بود که ببیند بر خلاف آزمایش قبلی برای کل بسته چه اتفاقی می‌افتد.
1. بسته ای که با استفاده از شارژ AC شارژ می شود، پس از تکمیل 780 چرخه شارژ-دشارژ، ظرفیت 23.1 درصد محو شد. بسته ای که فقط دارای شارژ سریع بود، 28.1 درصد ظرفیت کاهش یافت.
2. زمانی که ظرفیت بسته با ظرفیت سلول در دماهای مختلف مقایسه شد، همبستگی قوی بین ظرفیت و دما یافت شد. محو شدن ظرفیت در سلول‌های آزمایش‌شده در دماهای بالاتر بیشتر بود و زمانی که سلول‌ها در دمای محیط 68 درجه فارنهایت (20 درجه سانتی‌گراد) بودند، کمتر بود.
در نهایت، این رابطه قوی بین تخریب بسته باتری و دما را نشان می دهد، که نشان می دهد شارژ سریع عامل مهمی برای تخریب باتری نیست.
آنچه 6000 باتری EV در مورد سلامت باتری EV به ما می گویند
در مطالعه دیگری، Geotab، یک شرکت مدیریت ناوگان، داده‌های سلامت باتری 6000 خودروی برقی را جمع‌آوری کرد و به این نتیجه رسید که شارژ سریع سرعت تحلیل رفتن باتری را افزایش می‌دهد. این مطالعه، درست مانند بسیاری دیگر، نشان داد که شارژ سریع سرعت تحلیل رفتن باتری لیتیوم یونی در خودروی شما را افزایش می دهد و نقش حیاتی BMS را در پایین نگه داشتن تخریب تا حد ممکن برجسته می کند.
آیا شارژ سریع DC برای خودروی الکتریکی شما مضر است؟
بسته باتری خودروی الکتریکی شما با گذشت زمان، ظرفیت خود را از دست خواهد داد. همانطور که گفته شد، سرعت وقوع این تخریب به عوامل مختلفی بستگی دارد و مطمئناً شارژ سریع یکی از عواملی است که می‌تواند سرعت آن را افزایش دهد.
نکته دیگری که باید به آن توجه کنید این است که استفاده از شارژ سریع در حد اعتدال، برد باتری شما را به میزان زیادی کاهش نمی‌دهد و می‌توانید از آن در سفرهای جاده‌ای طولانی استفاده کنید تا زمان شارژ شدن وسیله نقلیه خود را کاهش دهید.