با افزایش پذیرش وسیله‌های نقلیه الکتریکی (EVs)، تأثیر روش‌های شارژ بر طول عمر باتری به یک نگرانی حیاتی برای کاربران تبدیل شده است. ایستگاه‌های شارژ سریع DC به خاطر تأمین سریع انرژی محبوب هستند، اما تأثیرات بالقوه شارژ سریع بر باتری‌ها را نمی‌توان نادیده گرفت.

در این مقاله، ماریوکل می‌خواهد به تفصیل بررسی کند که چگونه شارژ سریع بر باتری‌های وسایل نقلیه انرژی جدید تأثیر می‌گذارد، شامل مروری بر فناوری شارژ سریع، اصول شارژ باتری و بهترین شیوه‌ها برای شارژ سریع ایمن.

فناوری شارژ سریع به فناوری شارژ سریع یک بسته باتری در مدت زمان کوتاه با افزایش جریان یا ولتاژ شارژ اشاره دارد. در مقایسه با روش‌های شارژ معمولی، می‌تواند به طور قابل توجهی کارایی شارژ را بهبود بخشد و زمان خاموشی را کاهش دهد و راحتی بیشتری را برای کاربران فراهم کند. با این حال، این فناوری خواسته‌های سخت‌گیرانه‌تری را بر ساختار، مواد و عملکرد باتری تحمیل می‌کند.

فرایند شارژ و دشارژ باتری، حرکت یون‌های لیتیوم بین الکترودهای مثبت و منفی است. در حین شارژ، یون‌های لیتیوم از کاتد به آند مهاجرت می‌کنند؛ در حین دشارژ، آن‌ها در جهت مخالف حرکت می‌کنند. این مکانیزم به باتری‌های لیتیوم-یونی لقب "باتری‌های صندلی راک" را می‌دهد، زیرا یون‌های لیتیوم به طور مداوم بین الکترودها جابجا می‌شوند.

در حین شارژ سریع، تعداد زیادی از یون‌های لیتیوم باید به سرعت به لایه گرافیتی آند بازگردند. با این حال، سطح محدود گرافیت نمی‌تواند همه یون‌ها را به طور همزمان در خود جای دهد که منجر به ازدحام می‌شود. برخی از یون‌های لیتیوم نمی‌توانند در گرافیت جا بگیرند و در عوض به صورت لیتیوم فلزی بر روی سطح آند رسوب می‌کنند - پدیده‌ای که در صنعت به عنوان رسوب لیتیوم شناخته می‌شود.

اگرچه یون‌های لیتیوم از دست می‌روند، اما ناپدید نمی‌شوند. نزدیک الکترود منفی باتری، آن‌ها به سادگی از یون‌های لیتیوم به فلز لیتیوم تبدیل می‌شوند و سپس به لیتیوم فلزی نقره‌ای-سفید که به سطح الکترود منفی چسبیده است، تبدیل می‌شوند. این پدیده در صنعت به نام "رسوب لیتیوم" شناخته می‌شود.

اگر شارژ در دماهای پایین یا با جریان‌های بالا ادامه یابد، این رسوبات لیتیوم می‌توانند بلوری شده و به ساختارهای درختی شکل (دندریت‌ها) رشد کنند. با گذشت زمان، دندریت‌ها ممکن است جداساز باتری را سوراخ کرده و باعث ایجاد اتصال کوتاه و خطر آتش‌سوزی شوند. به‌طور کلان، از دست رفتن یون‌های فعال لیتیوم ظرفیت موجود باتری را کاهش می‌دهد و به‌طور مستقیم بر دامنه EV تأثیر می‌گذارد.

خودروهای الکتریکی مدرن به یک سیستم مدیریت باتری (BMS) مجهز هستند، یک کنترل‌کننده پیشرفته که عملکرد باتری را نظارت و بهینه‌سازی می‌کند. در هوای سرد، تحرک یون‌های لیتیوم به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد و تعداد یون‌های شرکت‌کننده در چرخه‌های شارژ/دشارژ کاهش می‌یابد. هنگام شارژ در دماهای پایین، BMS ابتدا سیستم مدیریت حرارتی را فعال می‌کند:

سیال خنک‌کننده گرم شده و از طریق یک پمپ در باتری به گردش درمی‌آید تا دمای آن افزایش یابد.

شارژ ابتدا این فرآیند گرمایش را تأمین می‌کند نه اینکه به‌طور مستقیم باتری را شارژ کند.

زمانی که باتری به ~20% حالت شارژ (SoC) برسد، از "فاز آسیب‌پذیر" دمای پایین خارج می‌شود و BMS حداکثر سرعت شارژ را بر اساس دمای محیط مجاز می‌سازد.

با نزدیک شدن SoC به 80٪، BMS قدرت شارژ را کاهش می‌دهد و جریان را محدود می‌کند تا باتری را پایدار کند و ایمنی را بر سرعت ترجیح می‌دهد.

آیا شارژ سریع واقعاً به باتری‌ها آسیب می‌زند؟

اگرچه عوارض جانبی شارژ سریع ذاتی هستند، تأثیر آن‌ها تدریجی است. برای ایجاد کاهش قابل توجه در باتری، به صدها شارژ سریع نیاز است. علاوه بر این، تولیدکنندگان خودروهای الکتریکی باتری‌ها را به گونه‌ای طراحی می‌کنند که با استانداردهای سخت‌گیرانه دوام مطابقت داشته باشند—به عنوان مثال، چین الزامات را برای سلول‌های باتری قدرت تعیین می‌کند که باید بیش از ۱۰۰۰ چرخه شارژ را تحمل کنند. برای یک خودروی الکتریکی با دامنه ۵۰۰ کیلومتر، این معادل ۵۰۰,۰۰۰ کیلومتر رانندگی است که به‌طور قابل توجهی از عمر معمول ۲۰۰,۰۰۰–۳۰۰,۰۰۰ کیلومتر یک وسیله نقلیه خصوصی فراتر می‌رود.

عامل کلیدی، فرکانس استفاده است: شارژ سریع مکرر باعث آسیب تجمعی بیشتری نسبت به شارژ کند می‌شود، اما ادعای "شارژ سریع همیشه به باتری‌ها آسیب می‌زند" یک ساده‌سازی بیش از حد است. برای محافظت از سلامت باتری، از شارژ سریع زمانی که باتری نزدیک به خالی یا پر است، خودداری کنید.

بهترین شیوه‌ها برای شارژ سریع و ایمن

تنظیم هوشمند مبتنی بر BMS:

BMS به طور خودکار پارامترهای شارژ سریع را تنظیم می‌کند: شارژ با توان بالا در SoC پایین و شارژ قطره‌ای بالای 80% SoC، تعادل بین کارایی و ایمنی را برقرار می‌کند.

عادات شارژ که باید اتخاذ کنید:

اولویت شارژ کند خانگی: یک شارژر خصوصی نصب کنید تا با سرعت ثابت شارژ کنید و استرس بر روی باتری را به حداقل برسانید.

بهینه‌سازی SoC برای شارژ سریع: شارژ سریع را زمانی آغاز کنید که قدرت باقی‌مانده ۲۰–۳۰٪ است و در ۸۰٪ متوقف شوید. این کار از مرحله شارژ کم‌کارایی جلوگیری می‌کند و خطرات شارژ بیش از حد را کاهش می‌دهد.

لطفاً محتوای مورد نظر خود را برای ترجمه ارائه دهید.

نکات ضروری شارژ

از شارژ فوری پس از قرار گرفتن در معرض آفتاب خودداری کنید:

دمای بالا ناشی از تابش طولانی مدت نور خورشید، دماهای محفظه باتری را افزایش می‌دهد و در صورت شارژ فوری، فرسایش مدار را تسریع می‌کند.

شرایط شارژ خنک‌تر را ترجیح دهید:

هوای گرم فشار زیادی به سیستم مدیریت حرارتی وارد می‌کند؛ در تابستان برای عملکرد بهینه در شب شارژ کنید.

از طوفان‌های رعد و برق دوری کنید:

هرگز در هنگام طوفان‌های رعد و برق شارژ نکنید تا از خطرات الکتریکی جلوگیری شود.

هیچ ساکنی در حین شارژ:

با وجود حوادث نادر، شارژ با ولتاژ بالا خطراتی را به همراه دارد—همیشه در حین شارژ از وسیله نقلیه خارج شوید.

نتیجه گیری

با استفاده و نگهداری مناسب، تأثیر شارژ سریع بر عمر باتری قابل مدیریت است. کاهش فراوانی شارژ سریع و اجتناب از تخلیه عمیق (زیر ۲۰٪ SoC) کلیدی است. با پیشرفت فناوری، شارژ سریع ایمن‌تر و کارآمدتر خواهد شد و به افزایش راحتی حمل و نقل الکتریکی ادامه خواهد داد.

با درک مکانیک‌های شارژ سریع و اتخاذ عادات شارژ هوشمند، کاربران می‌توانند از مزایای تأمین انرژی سریع بهره‌مند شوند در حالی که طول عمر باتری را به حداکثر می‌رسانند.