فناوری باتری در خودروهای برقی

در سال های اخیر بهترین شرکت های خودروسازی دنیا اقدام به بررسی در زمینه خودروهای برقی کرده اند و چند سالی است که نمونه های اولیه و ثانویه از این خودروها نیز در بازارهای جهانی حضور دارند. در این مقاله به صورت تخصصی به بررسی فناوری باتری در خودروهای برقی خواهیم پرداخت.

موتور برقی در خودروهای الکتریکی

اگر تابحال نمی دانستید، فناوری مورد استفاده در طراحی باتری برای خودروهای الکتریکی دقیقا مشابه با همان فرایندی است که برای ساخت باتری گوشی ها مورد استفاده قرار می گیرد. باتری خودروهای الکتریکی نیز از نوع باتری های لیتیوم-یون اند، با این تفاوت که در ابعاد بسیار بزرگتر و فناوری پیشرفته تری هستند.

مهمترین مزیت باتری های لیتیوم-یون که باعث شده چنین کاربرد گسترده ای داشته باشند این است که تراکم انرژی بالایی دارند و در هنگام استفاده نشدن هم نسبت به سایر باتری ها انرژی کمتری از دست می دهند.

ظرفیت باتری در خودروهای برقی با واحد کیلووات ساعت kWh و معمولا خودروهایی که اعداد بزرگتری را گزارش می کنند، کارایی بیشتری هم در اختیار رانندگان قرار می دهند. البته معمولا تمام ظرفیت باتری در اختیار راننده قرار نمی گیرد تا باتری تماما خالی نشده و راندمان آن کاهش پیدا نکند.

بیشترین ظرفیت باتری که درحال حاضر در بازار وجود دارد و به تولید انبوه هم رسیده است، ظرفیت 100 کیلوواتی در خودروهای برند تسلا است که توانایی حرکتی 480 کیلومتری دارند.

خودروهای برقی، آینده ای روشن یا محدویت های کلان؟

همانند خودروهای بنزینی و دیزلی که در محیط های آزمایشی مورد بررسی قرار می گیرند و محیط رانندگی واقعی برای آنها شبیه سازی می شود، خودروهای برقی نیز دارای چنین فرایندی هستند. در خودروهای الکتریکی نیز باتری با شارژ کامل آزمایش را آغاز می کند و این آزمایش تا زمانی که باتری کاملا خالی شود ادامه پیدا می کند.

مصرف انرژی در خودرو های برقی تحت عوامل بسیاری دستخوش تغییر قرار می گیرد. برای مثال تاثیرات دمایی، شتاب گیری اولیه، استفاده از سیستم های سرمایشی و گرمایشی همه از جمله مواردی هستند که تاثیر بسزایی در عمر باتری خودرو دارند. طبق بررسی های انجام شده در شرایط دمایی سرد و زمستانی و با فرض استفاده از سیستم گرمایشی شعاع حرکتی خودرو تا 41 درصد و در شرایط گرم و تابستانی شعاع حرکتی خودرو تا 17 درصد کاهش پیدا می کند.

شارژ باتری خودروهای الکتریکی نیز یکی دیگر از محدودیت هایی است که در ارتباط با خودروهای الکتریکی وجود دارد. شارژ باتری در خودروهای برقی حتما باید با برق 120 ولت و یا برق 240 که به ترتیب سطح شارژ های 1 و 2 هستند انجام شود. مهمترین مشکلی هم که در ارتباط با خودروهای برقی وجود دارد مدت زمان مورد نیاز برای شارژ این خودروهاست. براساس بررسی های انجام شده با استفاده از سطح برق 1 مدت زمان شارژ تا 18 ساعت هم به طول می انجامد.

نصب تجهیزات مورد نیاز برای دستگاه شارژ خودروهای برقی در منازل نیز معمولا هزینه های گزافی دارد که اگر از سیستم شارژ 240 ولتی استفاده شود زمان شارژ نیز تا حدود 4 ساعت کاهش می یابد، اما هنوز هم زمان بسیار طولانی است.

البته فناوری دیگری نیز برای شارژ خودروها در نظر گرفته شده که محدود به جایگاه های عمومی و با استفاده از برق DC است. در استفاده با برق مستقیم در زمانی 30 دقیقه ای ظرفیت باتری تا 80 درصد کامل می شود.

محدودیت باتری خودروهای برقی

همانند تمام باتری ها، در خودروها برقی نیز به مرور زمان توانایی الکتریکی کاهش پیدا می کند. براساس بررسی های انجام شده برروی تسلا سری S ظرفیت حرکتی خودرو پس از هر 16000 کیلومتر در حدود 5 کیلومتر کاهش پیدا می کند. به مرور زمان نیز این عمر کاهش بیشتری پیدا کرده و هزینه تعویض چنین باتری هایی نیز بسیار کلان گزاف است.

به همین دلیل برند هایی که خودروهای برقی تولید می کنند موظف اند ضمانتی حداقل 8 ساله نیز برای خودروهای خود در نظر بگیرند. شرکت تویوتا برای اولین بار چنین قانونی را در ارتباط با خودروهای برقی اعلام کرد و معادلی 160 هزار کیلومتری نیز برای آن در نظر گرفت. شرکت کیا نیز مدت زمانی 10 ساله را برای خودروهای خود در نظر گرفته است.

البته ضمانت نامه هایی که برای باتری خودروهای برقی در نظر گرفته می شود متفاوت اند. برخی از خودروسازان در برابر خرابی کامل باتری و برخی برندها مانند bmw و شورلت پوشش باتری را تا زمان رسیدن به 60 تا 70 درصد از ظرفیت کلی تعویض می کنند.

سیستم باتری خودروهای برقی بین محورها و در زیر بدنه خودروقرار می گیرد و هر باتری شامل تعداد متغیری از ماژول های باتری است. هرچه نیاز به شعاع حرکتی بیشتر برای خودرو باشد به استفاده از ماژول های بیشتری نیز برای باتری پرداخته می شود.

نسل بعدی باتری هایی که در خودروها مورد استفاده خواهد بود، باتری های جامد است که تا سال 2030 تولید انبوه خواهند شد و جایگزینی همیشگی برای باتری های لیتیوم-یون هستند. باتری های جامد تراکم انرژی بیشتری در مقایسه با باتری های یونی دارند، سبک تر هستند و هزینه های تولید کمتری نیز دارند.