هل يقلل شحن التيار المباشر السريع من سعة بطارية EV حقًا؟

إن الشحن السريع لسيارتك الكهربائية يبدو رائعًا لأن الشاحن السريع بقوة 350 كيلووات يمكن أن يأخذ بطارية كهربائية كبيرة مثل Lucid Air Pure إلى حالة شحن بنسبة 80 بالمائة في 15 دقيقة. على الرغم من أنها ليست سريعة مثل ملء سيارة تقليدية تعمل بالبنزين ، إلا أن الشحن السريع بالتيار المستمر يقلل من الوقت الذي يستغرقه ملء سيارة كهربائية.

لكن هل الراحة في شحن سيارة كهربائية تأتي على حساب تدهور البطارية؟ حسنًا ، دعنا نكتشف ذلك.

ما هو الشحن السريع DC وكيف يعمل؟

لفهم طول عمر بطارية EV بشكل أفضل ، من المهم معرفة ماهية الشحن السريع وكيف يعمل. بشكل عام ، يمكن تجديد بطارية السيارة الكهربائية باستخدام ثلاث طرق مختلفة تسمى الشحن من المستوى 1 والمستوى 2 والمستوى 3. يعتمد النوعان الأولان على التيار المتردد (AC) ، بينما يتطلب الشحن من المستوى 3 ، المعروف أيضًا باسم الشحن السريع للتيار المستمر ، تيارًا مباشرًا.

الاختلاف المهم هنا هو أن أجهزة الشحن من المستوى 1 والمستوى 2 تستخدم شاحن السيارة الموجود على متن الطائرة قم بتحويل التيار من التيار المتردد إلى التيار المستمر ، لأن بطارية الليثيوم أيون في سيارتك لا يمكنها أن تأخذ التيار المتردد مباشرة.

عندما يتعلق الأمر بأجهزة الشحن السريعة من المستوى 3 ، يمكن فقط ضخ العصير مباشرة في البطارية دون الحاجة إلى شاحن على متن الطائرة. يسمح ذلك لشحن التيار المستمر بدفع كميات هائلة من التيار والجهد إلى حزمة البطارية دون التقيد بقدرات الشاحن الموجود على متن السيارة.

لماذا تفقد بطاريات الليثيوم أيون طاقتها بمرور الوقت؟

تعمل بطاريات الليثيوم أيون على تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية ، ومن المفترض أن يستمر هذا التفاعل إلى الأبد. ومع ذلك ، نعلم جميعًا أن بطاريات الليثيوم أيون لا تدوم إلى الأبد. لكن ما هو السبب الدقيق لهذا التدهور؟

حسنًا ، تحدث العديد من التفاعلات الكيميائية داخل خلية أيون الليثيوم عندما يتم شحنها أو تفريغها. تعمل بعض التفاعلات على توليد الكهرباء ، بينما يستهلك البعض الآخر أيونات الليثيوم التي تقلل من قدرة البطارية. بمعنى آخر ، مع كل دورة شحن وتفريغ ، تفقد بطارية ليثيوم أيون EV بعض السعة ؛ هذا يحدث بالفعل ولا يندرج تحت فئة أساطير شحن المركبات الكهربائية.

ومع ذلك ، من المهم أن نفهم أن هذه التفاعلات تحدث بمعدلات مختلفة بناءً على العديد من الظروف البيئية ، وهناك خطوات يمكنك اتخاذها لجعل البطارية تدوم لفترة أطول.

لذلك ، توفر معظم الشركات المصنعة للبطاريات مجموعة من درجات الحرارة التي تعمل فيها البطاريات بشكل أفضل. يتغير هذا النطاق بناءً على كيمياء البطارية ، ولكن في معظم الحالات ، يتراوح بين -4 و 140 درجة فهرنهايت للتفريغ وبين 0 و 45 درجة فهرنهايت للشحن.

يوضح هذا النطاق التشغيلي أنه يمكن شحن البطاريات في نطاق درجات حرارة أقل ، وشحنها في الظروف القاسية ، سواء كانت باردة والساخنة ، يمكن أن تسبب مشاكل لأن هذه الظروف تزيد من معدل حدوث التفاعلات غير المرغوب فيها ، وتستهلك أيونات الليثيوم وتقلل سعة.

ماذا يحدث عند الشحن السريع لبطاريات الليثيوم أيون؟

الآن بعد أن عرفنا سبب انخفاض سعة بطارية ليثيوم أيون ، يمكننا محاولة فهم ما يحدث داخل البطارية عندما تكون مشحونة بسرعة.

1. تلف أقطاب البطارية بسبب ارتفاع التيار والجهد

يستخدم الشحن السريع تيارًا عالي الجهد لشحن البطارية. يتم سحب أيونات الليثيوم من القطب السالب بقوة أكبر ويتم نقلها إلى القطب الموجب عند الشحن. هذا يسبب تشققات في الكاثود ويولد أيضًا تشعبات على الأقطاب الكهربائية. بسبب هذه الشقوق وتراكم التغصنات ، تقل قدرة خلايا الليثيوم أيون ، كما أنها تزيد من مقاومة البطارية.

2. تدهور درجة الحرارة العالية

تزداد المقاومة الداخلية للبطارية عندما يتم شحنها بسرعة. بسبب هذه الزيادة في المقاومة ومدخلات التيار العالي أثناء الشحن السريع ، يتم توليد حرارة زائدة داخل البطاريات. تقلل درجة الحرارة المرتفعة هذه من قدرة بطاريات الليثيوم أيون.

3. طلاء الليثيوم بدرجة حرارة منخفضة

عندما يتم شحن بطارية ليثيوم أيون بسرعة باستخدام تيارات عالية في درجات حرارة منخفضة ، تحدث ظاهرة تعرف باسم طلاء الليثيوم عند الأنود. نتيجة لهذا ، لا يتم إقحام ذرات الليثيوم داخل الأنود. ينتج عن هذا معدن الليثيوم الخامل (الذي لا يمكنه توليد الكهرباء) على سطح الأقطاب الكهربائية.

فهم حزم بطارية المركبات الكهربائية

بالنظر إلى قائمة آليات التدهور المذكورة أعلاه ، من الواضح أن الشحن السريع لا بد أن يقلل من عمر السيارة الكهربائية. ومع ذلك ، تم تصميم حزم بطاريات المركبات الكهربائية لمنع تلف البطارية. لذلك ، قبل أن نستنتج أن الشحن السريع مضر بالمركبات الكهربائية ، دعونا نفهم كيف تم تصميم حزم البطاريات الخاصة بهم لمواجهة التدهور.

تتكون حزم بطاريات المركبات الكهربائية من عدة خلايا ليثيوم أيون متصلة لإنشاء وحدات. ترتبط عدة وحدات لإنشاء الحزمة ، و يتم إدارة صحة البطارية بواسطة نظام إدارة البطارية، المعروف أيضًا باسم BMS.

نظام BMS هو في الأساس جهاز كمبيوتر متصل بالعديد من أجهزة الاستشعار التي تراقب جهد الخلية الفردية والتيار ودرجة الحرارة. ثم يقوم بتحليل هذه البيانات للتأكد من أن كل خلية تعمل على النحو الأمثل.

إذا كانت الخلايا الموجودة داخل حزمة البطارية شديدة السخونة ، فستزيد BMS من التبريد لتقليل درجة حرارة العبوة الإجمالية. إذا اكتشف جهدًا أو تيارًا عاليًا للخلية أثناء الشحن السريع للتيار المباشر ، فسوف ينظم كلا المعلمتين لمنع تلف البطارية.

وبالتالي ، فإن نظام إدارة المباني هو الجزء EV الذي له الدور الأكبر في تقليل تدهور البطارية.

ما مقدار الضرر الذي يلحقه الشحن السريع ببطارية المركبة الكهربائية؟

دعنا نلقي نظرة على بعض الدراسات التي توضح مقدار الضرر الذي تتعرض له المركبات بسبب الشحن السريع. تم قيادة أربع سيارات كهربائية من طراز نيسان ليف 2012 في فينيكس ، أريزونا بواسطة مختبر ايداهو الوطني. تم شحن مركبتين باستخدام الشحن السريع للتيار المستمر ، بينما تم شحن السيارتين الأخريين باستخدام شحن التيار المتردد من المستوى 2 ، وكانت النتائج التالية:

1. تم إجراء اختبارات السعة لكلتا المجموعتين من المركبات بعد تغطية 50000 ميل ، والفرق في السعة تم العثور على الخسارة بين المركبات المشحونة باستخدام الشحن السريع وشحن التيار المتردد من المستوى 2 في النطاق من 3 إلى 9 نسبه مئويه.

2. يمكن للمركبات المشحونة باستخدام الشحن السريع عند القيادة بسرعة ثابتة تبلغ 45 ميلاً في الساعة أن تقدم مدى 70 ميلاً ، في حين أن تلك المشحونة باستخدام AC المستوى 2 توفر 82 ميلاً.

3. في بداية الاختبار ، يمكن للمركبات المشحونة باستخدام الشحن السريع DC أن تقدم نطاقًا يصل إلى 102 ميلًا عند القيادة بسرعة 45 ميلاً في الساعة. بعد إكمال 63000 ميل من الاختبارات ، عرضت نفس السيارة مدى 58 ميلاً. إظهار انخفاض بنسبة 43 بالمائة في النطاق. عرضت السيارة المشحونة باستخدام الشحن السريع للتيار المتردد مدى 104 أميال ، والذي تم تخفيضه إلى 64 ميلًا بعد الانتهاء من الاختبارات. يمر من خلال تدهور النطاق بنسبة 38 في المئة.

يحدث تدهور البطارية بغض النظر عن طريقة الشحن ، ولكنه يزداد في المركبات سريعة الشحن ؛ الفرق هو حوالي 5 في المئة.

الآثار المترتبة على الشحن السريع لبطارية ليثيوم أيون

في تجربة منفصلة عن التجربة المذكورة أعلاه ، تم اختبار عبوتين من بطاريات Nissan Leaf في ظروف معملية بواسطة مختبر ايداهو الوطني. كان أحدهما مشحونًا بسرعة التيار المستمر ، بينما كان الآخر يشحن بالتيار المتردد فقط. كان هدف هذا الاختبار هو معرفة ما يحدث للحزمة بأكملها بدلاً من كل خلية كما في التجربة السابقة.

1. العبوة المشحونة باستخدام شحن التيار المتردد لها سعة تتلاشى بنسبة 23.1 في المائة بعد إكمال 780 دورة شحن وتفريغ. العبوة التي كانت مشحونة بسرعة فقط شهدت تلاشيًا بنسبة 28.1 بالمائة.

2. تم العثور على ارتباط قوي بين السعة ودرجة الحرارة عند مقارنة سعة العبوة بسعة الخلية عند درجات حرارة مختلفة: السعة كان الخبو أعلى في الخلايا التي تم اختبارها عند درجات حرارة أعلى وكان أقل عندما كانت الخلايا في درجة حرارة محيطة تبلغ 68 درجة فهرنهايت (20 درجة) درجة مئوية).

يوضح هذا وجود علاقة قوية بين تدهور حزمة البطارية ودرجة الحرارة ، مما يشير إلى أن الشحن السريع ليس عاملاً مهمًا في تدهور البطارية.

ما تخبرنا به بطارية 6000 EV عن صحة بطارية EV

في دراسة أخرى ، قامت شركة Geotab ، وهي شركة لإدارة الأسطول ، بجمع بيانات صحة البطارية من 6000 مركبة كهربائية وخلصت إلى أن الشحن السريع يزيد من معدل تدهور البطارية. أظهرت هذه الدراسة ، مثل العديد من الدراسات الأخرى ، أن الشحن السريع يزيد من معدل أيون الليثيوم تتدهور البطارية في سيارتك وسلطت الضوء على الدور الحيوي لـ BMS في الحفاظ على التدهور منخفضًا مثل ممكن.

هل الشحن السريع للتيار المستمر سيء لسيارتك الكهربائية؟

لا بد أن تفقد حزمة بطارية المركبة الكهربائية الخاصة بك قدرتها مع مرور الوقت. ومع ذلك ، فإن المعدل الذي يحدث به هذا التدهور يعتمد على عدة عوامل ، والشحن السريع هو بالتأكيد أحد العوامل التي يمكن أن تسرع هذا.

شيء آخر يجب ملاحظته هو أن استخدام الشحن السريع في الاعتدال لن يقلل من نطاقك البطارية على نطاق واسع ، ويمكنك استخدامها في رحلات طويلة على الطريق لتقليل الوقت الذي تستغرقه لشحن جهازك عربة.