هرآنچه باید در مورد باتری خودروهای الکتریکی بدانید

باتری خودروهای الکتریکی از چه فناوری استفاده می‌کند، چگونه شارژ می‌شود، عمر مفید آن چقدر است و یکای اندازه‌گیری آن چیست؟ در ادامه بخوانید.

خودروهای الکتریکی خیلی ساده‌تر از خودروهای دیزلی یا بنزینی هستند. این امر باعث می‌شود نگهداری و هزینه‌های مربوط به موتور آن نسبت به موتور احتراقی اتومبیل‌ها ارزان‌تر تمام شود.

اما باتری خودروهای الکتریکی یک مجموعه شیمیایی پیچیده هستند که عملکرد جالبی دارند. در این مقاله نگاهی به انواع باتری اتومبیل‌های برقی، نحوه کار کردن آن‌ها، چگونگی شارژ مجدد و رتبه‌بندی آن‌ها خواهیم پرداخت.

انواع باتری خودروهای الکتریکی

تمام باتری‌های وسایل نقلیه الکتریکی از الکتریسیته‌ای استفاده می‌کنند که در یک پک بزرگ باتری ذخیره می‌شود و معمولاً در قسمت زیری خودرو قرار می‌گیرد. سپس این باتری (یا باتری‌های) الکتریکی باعث به حرکت درآمدن خودرو می‌شود.

تقریباً روی تمام خودروهای برقی از باتری‌های لیتیوم یونی استفاده شده است. آن‌ها خیلی شبیه به باتری‌هایی هستند که نمونه آن‌ها را می‌توان روی لپ تاپ‌ها و گوشی‌های موبایل دید؛ هرچند خودروها به خاطر فضای زیادی که در اختیار دارند، می‌توانند از راهکارهای مدیریت دمای بهتری استفاده کنند و تا عمر مفید طولانی‌تری داشته باشند.

یکی از رایج‌ترین باتری‌های لیتیوم یونی، باتری‌های لیتیوم-نیکل-منگز-کبالت-اکسید هستند که به اختصار NMC نیز نامیده می‌شوند. مواد تشکیل دهنده باتری‌ها در یک خودرو الکتریکی می‌تواند تأثیر به سزایی در محدوده پیمایش یا عملکرد آن در دماهای به شدت بالا داشته باشد. اکنون شرکت‌هایی مثل تسلا در حال به کار گرفتن باتری‌های لیتیوم-آهن-فسفات یا LFP هستند که هرچند چگالی انرژی کمتری دارد، قیمت تمام شده آن هم به طور چشمگیری کمتر است.

یکی دیگر از رایج‌ترین باتری خودروهای برقی، باتری‌های نیکل-فلز-هیدرید یا NMH هستند. تویوتا از این باتری در خودروهای پلاگین هیبرید خودش استفاده می‌کند؛ هرچند خودرو تازه معرفی شده تویوتا BZ4X EV با یک باتری لیتیوم یونی عرضه خواهد شد. این خودروساز ژاپنی در حال آزمایش باتری‌های مخصوص خودش است و امیدوار است تا سال 2025 به یکی از اولین تولیدکنندگانی تبدیل شود که باتری‌های حالت جامد را به تولید انبوه می‌رساند.

اکثر خودروهای الکتریکی همچنان از یک باتری اسید سربی 12 ولتی برای تأمین انرژی بخش‌هایی مثل چراغ‌ها، پنجره‌ها و سیستم قفل درب‌ها استفاده می‌کنند. تسلا با توجه به مشکلاتی که ممکن است باتری‌های اسید سربی به وجود بیاورند، در حال جایگزین کردن آن‌ها با باتری‌های 12 ولتی لیتیوم یونی است و در نهایت به خاطر سیم‌کشی سبک‌تر و ارزان‌تر، قصد دارد باتری‌هایی با پیکربندی 48 ولتی را در اتومبیل‌هایش استفاده کند.

باتری ماشین‌های برقی چگونه کار می‌کند؟

یک باتری لیتیوم یونی متشکل از یک انود و یک کاتود، یک جداکننده بین الکترودها و یک الکترولیت است که فضای باقی‌مانده باتری را پر می‌کند. انود و کاتودها قادر به ذخیره یون‌های لیتیومی هستند. انرژی ذخیره و سپس آزاد می‌شود؛ به طوری که یون‌های لیتیومی از طریق الکترولیت بین این الکترودها حرکت می‌کنند.

این باتری‌ها می‌توانند هزاران بار شارژ و دشارژ شوند؛ ولی عملکرد آن‌ها به تدریج کاهش پیدا می‌کند. این به خاطر ساختار شیمیایی باتری است که واکنش‌های شیمیایی اجتناب‌ناپذیر «انگلی» را ایجاد می‌کند. وقتی هم که باتری شروع به تحلیل رفتن کند، متوجه تفاوت در تعداد دفعاتی که باید اتومبیل خود را شارژ کنید خواهید شد و مسافتی که می‌تواند با هر بار شارژ طی کند، کمتر می‌شود.

ممکن است تحلیل در باتری اتومبیل‌های آینده کمتر باشد. شنیده می‌شود باتری‌های الکترولیت جامد (باتری‌های حالت جامد) می‌توانند وضعیت سلامت (SoH) سی ساله داشته باشند!

تمام باتری‌های لیتیوم یونی حتی اگر متصل هم نباشند جریان را ارائه می‌کنند و به تدریج تخلیه می‌شوند. نرخ تخلیه در یک باتری لیتیوم یونی غیر متصل ماهیانه حدود 2 درصد است که البته می‌تواند تحت تأثیر متغیرهای خارجی مثل دما و وضعیت شارژ در هنگام بلااستفاده بودن، متفاوت باشد. حال این نرخ خود تخلیه‌ای در باتری خودروهای الکتریکی بیشتر نیز خواهد بود؛ زیرا از باتری معمولاً برای برق رسانی به بخش‌های ضعیف هم استفاده می‌شود.

باتری خودرو برقی چگونه شارژ می‌شود؟

برخلاف خودروهای هیبریدی، همه‌ی خودروهای تمام الکتریکی برای شارژ باید به یک منبع برقی وصل شوند. شما می‌توانید به راحتی آن‌ها را با سه‌شاخه و یک کابل مادر به پریز برق منزل خود وصل کنید و خودرو خود را شارژ کنید. البته شارژ در این روش با سرعت پایینی انجام می‌شود. روش دومی هم وجود دارد که سرعت بیشتری دارد و آن ساخت یک جعبه دیواری مخصوص شارژ است. هرچند با استفاده از این روش، پول قبض برق انتهای ماه شما را شگفت زده خواهد کرد.

در برخی کشورها هم پمپ‌های شارژ برقی مثل پمپ بنزین‌های معمولی وجود دارد که با سرعت‌های مختلفی می‌توانند اتومبیل شما را شارژ کنند. محققان همچنین در حال آزمایش روی روش شارژ بی‌سیم خودروهای برقی هستند. همانطور که در پروژه «جاده هوشمند گوتلند سوئد» دیدیم، می‌توان از پدهای مخصوصی برای شارژ اتومبیل‌ها هنگام حرکت یا در حالت پارک استفاده کرد.

باتری خودروهای الکتریکی را همچنین می‌توان با استفاده از فرآیندی به نام «ترمز احیا کننده» شارژ کرد. این نوعی تبدیل انرژی جنبشی به انرژی الکتریکی از طریق ترمز خودرو است. خودروهای الکتریکی هم مثل خودروهای دیزلی دارای ترمز اصطکاکی هستند. مشکل اینجاست که با ترمز کردن مقدار زیادی از انرژی به عنوان گرما از بین می‌رود و علاوه بر آن، گرد و غبار سمی نیز تولید می‌شود. در این روش بخشی از انرژی ترمز هنگام ترمز گرفتن بازیابی می‌شود. وقتی خودرو کند یا متوقف شود، این روند آغاز به کار خواهد کرد. این روش باعث می‌شود باتری در مواقع اضطراری کمی شارژ شود.

اصطلاحات ضروری در مورد باتری خودروهای برقی

رفتن از یک خودرو دیزلی یا بنزینی به یک خودرو الکتریکی در ابتدا می‌تواند کمی نگران کننده باشد. زیرا اصطلاحات تخصصی زیادی وجود دارد که باید آن‌ها را بلد باشید. به طور مثال در خودروهای برقی خبری از شمع‌ها نیست، ولی در عوض اصطلاحاتی مثل کیلووات وجود دارد که دانستن آن‌ها بسیار مهم است؛ زیرا می‌توانید تخمین بزنید که خودرو شما چقدر مسافت را طی می‌کند و چه سرعت شارژی را می‌توانید از آن انتظار داشته باشید.

1. ظرفیت باتری

به زبان ساده «وات» (Watt) واحد توان است. این با ترکیبی از آمپر و ولتاژ است یا به عبارتی دیگر اختلاف پتانسیل بار بین دو نقطه در یک میدان الکتریکی (ولتاژ) و حجم الکترون‌ها (آمپر) است. از وات برای تعیین مصرف برق از یک منبع تغذیه استفاده می‌شود. در واقع هر کیلووات (kW) یک هزار وات است. یک کیلووات ساعت (kWh) هم مقدار انرژی مصرف شده در یک دوره مشخص است.

ظرفیت باتری خودروهای برقی با کیلووات ساعت اندازه‌گیری می‌شود. آن می‌تواند معادل مخزن سوخت یک خودرو بنزینی باشد.

2. سرعت شارژ

از واحد کیلووات برای تخمین سرعت شارژ باتری نیز استفاده می‌شود. به طور مثال با یک شارژر دیواری Wallbox که در خارج از منزل نصب می‌شود، یک ساعت طول می‌کشد تا 7 کیلووات انرژی به باتری خودرو شما منتقل شود. شما می‌توانید ظرفیت باتری ماشین (کیلووات ساعت) را بر توان شارژر (کیلووات) تقسیم کنید تا مدت زمان مورد نیاز برای شارژ کامل اتومبیلتان به دست آید.

3. بهره‌وری

بی‌شک مصرف سوخت یک خودرو عامل مهمی در انتخاب یک خودرو بنزینی است. اما در خودروهای الکتریکی تفاوت چشمگیری بین بهره‌وری در مصرف انرژی وجود ندارد. بنابراین تفاوت زیادی بین مصرف یک خودرو خانوادگی کوچک با یک خودرو شاسی‌بلند الکتریکی وجود نخواهد داشت.

جمع‌بندی

اگر با خودروهای الکتریکی آشنا نیستید، مهم است که با تمام اصطلاحات باتری خودروهای الکتریکی آشنا شوید و نحوه شارژ کردن آن‌ها را هم بدانید. از آنجا که هزینه‌های یک خودرو برقی و استهلاک به مراتب کمتر از یک خودرو بنزینی است، انتظار می‌رود طی سال‌های آینده تعداد افراد بیشتری به سمت استفاده از ان‌ها گرایش پیدا کنند. بنابراین سعی کنید که حتی اگر یک خودرو بنزینی دارید، با دنیای اتومبیل‌های برقی آشنایی پیدا کنید.