باتری خودرو برقی | انواع باتری برقی، نحوه شارژ، مشخصات و نشانه‌های تعویض
در خودروهای بنزینی، باتری صرفاً برای استارت و تغذیه برق تجهیزات جانبی به کار می‌رود؛ اما در ماشین برقی وضعیت متفاوت است؛ در خودروهای برقی، نقش باتری به‌مراتب فراتر از یک منبع ذخیره انرژی ساده است. باتری خودرو برقی انرژی الکتریکی را ذخیره می‌کند و در اختیار موتور برقی قرار می‌دهد تا خودرو حرکت کند.
وظیفه باتری معمولی در خودروهای بنزینی، عمدتاً راه انداختن و روشن کردن موتور است (باتری بیشترین نقش را در هنگام استارت زدن و روشن شدن ماشین بنزینی دارد). قطعه‌ای که هم وظیفه استارت‌زنی را بر عهده دارد و هم در زمان خاموش بودن موتور، برق تجهیزات را تأمین می‌کند.
اگر در خودروهای بنزینی، موتور خودرو را قلب ماشین بدانیم، در خودرو برقی، باتری است که قلب تپنده ماشین است. باتری خودرو برقی تمامی انرژی مورد نیاز برای به حرکت درآوردن خودرو فراهم می‌کند. باتری مهم‌ترین و استراتژیک‌ترین جزء خودروهای الکتریکی تبدیل شده.
اصلاحات مهم در باتری برقی: سلول و پک
باتری خودروی برقی باید انرژی کافی برای طی‌کردن ده‌ها تا صدها کیلومتر را ذخیره کند. به همین دلیل از تعداد زیادی سلول باتری تشکیل می‌شود که در قالب ماژول یا پک، در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند.
اجزای تشکیل دهنده باتری برقی
ساختار معمول باتری ولتاژبالای خودروی برقی به این شکل است:
سلول‌ها (Battery Cells): واحدهای اصلی ذخیره و آزادسازی انرژی، کوچک‌ترین واحد ذخیره انرژی الکتریکی
ماژول (Battery Modules): گروهی از سلول‌ها که به هم متصل شده اند
پک باتری (Battery Pack): مجموعه کامل نصب‌شده در خودرو؛ مجموعه ماژول‌ها که با سیستم‌های حفاظتی و خنک‌کننده درون یک قاب واحد جای می‌گیرند.
سیستم خنک‌کننده: یک بخش مهم در باتری ماشین‌های برقی است؛ برای کنترل دما و جلوگیری از گرم شدن بیش از حد کاربرد دارد.
سیستم مدیریت باتری (BMS): ولتاژ، دما، جریان و وضعیت سلول‌ها را پایش می‌کند و برای محافظت از باتری، شارژ و تخلیه آن را مدیریت می‌کند.
هر یک از این اجزا نقش تعیین‌کننده‌ای در عملکرد، ایمنی و طول عمر باتری خودرو برقی دارند.
تفاوت باتری برقی و بنزینی در توان ذخیره سازی
باتری خودرو برقی باید توان ذخیره‌سازی چند ده کیلووات ساعت (kWh) انرژی را داشته باشد، تا خودرو بتواند صدها کیلومتر حرکت کند. اما در یک ماشین بنزینی، معمولاً یک باتری کوچک با ظرفیت کمتر از ۱ کیلووات ساعت کافی است. همچنین، باتری خودرو برقی باید تحمل تعداد زیادی سیکل شارژ و دشارژ عمیق، مدیریت حرارتی و ایمنی بسیار بالاتری نسبت به باتری ماشین بنزینی داشته باشد.
انواع باتری در خودروهای برقی
باتری خودرو برقی بر اساس ترکیب شیمیایی، عملکرد، ایمنی و هزینه در چند گروه اصلی طبقه‌بندی می‌شود. مهم‌ترین انواع عبارت‌اند از:
باتری لیتیوم-یون (Li-ion)
رایج‌ترین نوع باتری خودرو برقی هستند، چگالی انرژی بالایی دارند. قابلیت شارژ و دشارژ سریع دارند و وزن آنها نسبت به ظرفیت ذخیره‌شان کم است. عمر مفید مناسبی (معمولاً ۸ تا ۱۲ سال) دارند. خودروی تیگو 8 پرو پلاگین هیبرید مدیران خودرو دارای باتری لیتیوم-یون (Li-ion) با ظرفیت تقریبی ۱۹ کیلووات‌ساعت می‌باشد. در ضمن باتری استفاده شده در تیگو 7 پرو پلاگین هیبرید نیز از نوع لیتیوم یونی بوده که ظرفیت ۱۹.۲۷ کیلووات‌ساعت دارد و امکان پیمایش تا حدود ۸۰ کیلومتر در حالت تمام‌برقی را فراهم می‌کند.
باتری لیتیوم آهن فسفات (LFP)
باتری LFP یکی از انواع پرکاربرد باتری لیتیوم‌یون است که به دلیل پایداری حرارتی مناسب، طول عمر چرخه‌ای بالا و استفاده‌نکردن از نیکل و کبالت در کاتد، در بسیاری از خودروهای برقی استفاده می‌شود. در خودروهای اقتصادی جدیداً زیاد استفاده می‌شود . از نظر ایمنی بالا هستند، عمر مفید طولانی‌تری دارند و در مقابل شارژ و دشارژ شدید، مقاومت بیشتری نشان می‌دهند. (دشارژ: تمام شدن شارژ و رسیدن به صفر و نیاز به شارژ مجدد)؛ اما چگالی انرژی آنها کمتر از باتری‌های لیتیوم-یون معمولی است و برد حرکتی کمی پایین‌تر دارند. نقطه قوت بزرگ LFP، قابلیت شارژ تا ۱۰۰ درصد بدون نگرانی از آسیب و احتمال آتش‌سوزی نزدیک به صفر است. باتری استفاده شده در اف ایکس برقی مدیران خودرو از این نوع می‌باشد.
باتری نیکل-منگنز-کبالت (NMC)
باتری NMC از ترکیب نیکل، منگنز و کبالت در کاتد استفاده می‌کند و به دلیل چگالی انرژی بالا، گزینه‌ای مناسب برای خودروهایی است که به برد حرکتی بیشتر در فضای محدود نیاز دارند. هزینه تولید نسبت به سایر انواع بالاتر است و نگرانی‌هایی از نظر تأمین مواد اولیه و مسائل زیست‌محیطی مرتبط با استخراج کُبالت وجود دارد. شارژ کامل مکرر و قرارگرفتن طولانی‌مدت در دماهای نامناسب نیز می‌تواند بر عمر باتری تأثیر بگذارد.
باتری حالت جامد (سالید استیت solid-state)
باتری‌های سالید استیت یا حالت جامد، نسل آینده باتری خودرو برقی هستند. با وجود پیشرفت‌های پژوهشی و صنعتی، تولید انبوه و تجاری‌سازی گسترده این باتری‌ها همچنان با چالش‌هایی مانند هزینه تولید، دوام، عملکرد در دماهای مختلف و توسعه فرایندهای ساخت روبه‌روست.
افزایش طول عمر باتری برقی
برای حفظ سلامت باتری خودروی برقی، رعایت نکات مربوط به شارژ، دما و نحوه استفاده اهمیت زیادی دارد. توصیه‌های زیر به کاهش فرسودگی باتری و حفظ ظرفیت آن در بلندمدت کمک می‌کنند:
جلوگیری از شارژ و دشارژ عمیق مکرر: در استفاده روزمره، بهتر است سطح شارژ باتری را معمولاً بین ۲۰ تا ۸۰ درصد نگه دارید. اجازه ندهید بصورت کامل (تا 0 درصد) خالی شود و آنرا تا 100درصد شارژ نکنید. البته محدوده مناسب به نوع باتری و توصیه سازنده هم بستگی دارد.
استفاده صحیح از فست شارژ (شارژ سریع): شارژ سریع DC برای سفرها و مواقع ضروری کاربرد دارد و استفاده از آن لزوماً به باتری آسیب نمی‌زند؛ اما استفاده مکرراز فست شارژ، به‌ویژه در دمای نامناسب، می‌تواند فرسودگی ایجاد کند.
توجه به دمای باتری: گرمای زیاد، یکی از عوامل مؤثر بر کاهش عمر باتری است. از پارک طولانی‌مدت در گرمای شدید خودداری کنید. مرتباً سیستم مدیریت حرارتی خودرو را چک کنید تا مطمئن شوید به‌درستی کار می‌کند. هشدارهای مربوط به دمای باتری را که در دفترچه خودرو قید می‌شود را جدی بگیرید.
شارژ در ساعات خنک‌تر: در مناطق گرم، زمان‌بندی شارژ در ساعات خنک‌تر می‌تواند به کاهش مواجهه باتری با گرمای هوا کمک کند.
استفاده از تجهیزات شارژ استاندارد: شارژر و کابل باید با مشخصات خودرو سازگار باشند.
پرهیز از نگهداری طولانی‌مدت با شارژ بسیار کم یا بسیار زیاد: اگر قرار است خودرو برای مدت طولانی استفاده نشود، سطح شارژ پیشنهادی دفترچه راهنما را رعایت کنید؛ معمولاً نگهداری در شارژ میانی مناسب‌تر است.
نکته مهم: درصد شارژ پیشنهادی و روش نگهداری باتری در همه خودروهای برقی یکسان نیست. نوع شیمی باتری، مانند LFP یا NMC، سیستم مدیریت حرارتی و دستورالعمل سازنده تعیین می‌کنند که چه محدوده‌ای برای استفاده روزمره مناسب‌تر است.
کی باید باتری را تعویض کنیم؟
باتری خودروی برقی با گذشت زمان و استفاده مداوم، بخشی از ظرفیت ذخیره انرژی خود را از دست می‌دهد؛ اما کاهش ظرفیت باتری به‌تنهایی به معنای نیاز به تعویض آن نیست. زمان تعویض به میزان افت ظرفیت، عملکرد خودرو، وجود خرابی فنی و هزینه تعمیر بستگی دارد. نشانه‌های نیاز به بررسی یا تعویض باتری عبارتند از:
کاهش محسوس برد حرکتی: خودرو با شارژ کامل، مسافت بسیار کمتری نسبت به گذشته طی می‌کند؛ البته ابتدا باید عواملی مانند دمای هوا، سرعت و مصرف سیستم تهویه بررسی شوند.
افت شدید ظرفیت باتری: ظرفیت قابل استفاده باتری به حدی کاهش یافته که دیگر پاسخگوی نیاز راننده نیست.
نمایش خطاهای باتری: هشدارهای مربوط به باتری ولتاژبالا، اختلاف غیرعادی ولتاژ سلول‌ها یا ایراد سیستم مدیریت باتری (BMS) مشاهده می‌شود.
خاموش‌شدن یا محدودشدن توان خودرو: خودرو به دلیل نقص باتری یا سیستم ولتاژبالا، توان حرکتی را محدود می‌کند یا از حرکت بازمی‌ماند.
آسیب فیزیکی یا حرارتی: ضربه شدید به پک، نفوذ مایع، بوی غیرعادی، دود یا نشانه‌های داغ‌شدن غیرطبیعی نیازمند بررسی فوری تخصصی است.
*توصیه تعمیرکار: پیش از تعویض کامل پک باتری، حتماً عیب‌یابی تخصصی انجام دهید. گاهی مشکل از یک ماژول، اتصالات، حسگرها یا سیستم مدیریت حرارتی است و نیازی به تعویض کل باتری وجود ندارد.