مقدمه
زیرساختهای شارژ در جادههای ایران در ابتدای توسعه هستند. بنابراین طبیعی است که یکی از نگرانیهای همیشگی دارندگان خودروهای برقی، تمام شدن شارژ وسط جاده باشد. پس در حال حاضر خواسته اصلی رانندگان خودروهای برقی، نصب ایستگاههای شارژ سریع DC در سطح شهرها و جادهها و بزرگراهها در اسرع وقت است. اما در این میان به یک موضوع کمتر پرداخته شده است، یعنی «ضرر شارژ سریع خودروی برقی».
- در مقابل کاهش زمان شارژ در ایستگاههای شارژ سریع نسبت به شارژرهای خانگی، ضرر شارژ سریع خودروی برقی چیست؟
- آیا استفاده دایمی از ایستگاههای شارژ برای خودروی برقی ضرر دارد؟
- راهکارهای کاهش مضرات شارژ سریع چیست؟
- آیا صحیح است که میگویند ضررهای شارژ سریع چندان زیاد نیست که نگرانکننده باشد؟
اینها نمونه پرسشهایی هستند که ذهن دارندگان خودروهای برقی را به شدت درگیر کرده است و در این مطلب، به پاسخ آنها میپردازیم.
شکل 1 – ایستگاه شارژ سریع عمومی تسلا
ضرر شارژ سریع خودروی برقی
توان شارژرهای ایستگاهی سریع DC سطح 3 بالاتر از 22 کیلووات است. این افزایش توان نسبت به شارژرهای سطح 1 و 2، از دو طریق بدست میآید: افزایش جریان شارژ و افزایش ولتاژ شارژ. اما شما در مقابل سرعت شارژ زیاد و صرفهجوبی در زمان که در ایستگاههای شارژ سریع نسبت به شارژرهای خانگی بدست میآورید، بهایی میپردازید که آن بها، کاهش عمر مفید باتری خودروی برقی شماست!
دلایل کاهش عمر مفید باتری خودرو در اثر شارژ سریع عبارتند از :
تولید حرارت زیاد
از درس علوم به خاطر داریم که انرژی حرارتی تولیدی توسط جریان الکتریسیته، متناسب با مجذور جریان است. یعنی با 2 برابر شدن جریان شارژ، گرمای تولیدی در داخل باتری خودروی برقی 4 برابر میشود. به بیان دیگر، گرمای تولید شده داخل باتری در اثر عبور جریان 100 آمپری یک شارژر سریع، حدود
10 برابر گرمای تولیدی توسط یک شارژر خانگی 32 آمپر است! اما چرا حرارت زیاد برای باتری مضر است؟ چون گرمای بیش از حد اثرات منفی زیر را در پی دارد :
- خشک شدن الکترولیت داخل باتری که در دمای عادی، حالت ژلهای (فاز بین مایع و جامد) دارد.
- تسریع سرعت واکنشهای شیمیایی داخل باتری
لازم به ذکر است که پدیده شماره 1 فوق منجر به کاهش ظرفیت باتری نسبت به مقدار نامی اولیه میگردد. همچنین، پدیده شماره 2 منجر به کاهش عمر مفید باتری خواهد شد.
پدیده رسوب لیتیوم
پدیده «رسوب لیتیوم» (Lithium Plating که به «نشست لیتیوم» یا «آبکاری لیتیوم» نیز معروف است)، به خاطر جریان بالای شارژ باتری در ایستگاههای شارژ سریع اتفاق میافتد.
شکل 2 – ضرر شارژ سریع خودروی برقی به صورت پدیده Lithium Plating (رسوب لیتیوم یا نشست لیتیوم یا آبکاری لیتیوم)
این پدیده زمانی رخ میدهد که عنصر لیتیوم به جای فرم یون آزاد (
+Li) که باید در ساختار متخلخل آند جای گیرد (Intercalation)، به صورت فلز روی الکترود آند رسوب میکند و به این ترتیب، از حرکت آزاد یونها جلوگیری مینماید. این پدیده به مرور زمان ظرفیت باتری را نسبت به مقدار نامی اولیه کاهش میدهد.
در شکل 3 ملاحظه میفرمایید که در اثر استفاده مکرر از شارژ سریع، الکترود آند باتری یک خودروی برقی به خاطر پدیده Lithium Plating با لایهای از فلز لیتیوم پوشیده شده است و از شکل سمت چپ به شکل سمت راست درآمده است.
شکل 3 – تبدیل الکترود آند از شکل سمت چپ به شکل سمت راست به خاطر پدیده نشست لیتیوم (Lithium Plating) در اثر استفاده مکرر از شارژ سریع
پدیده رسوب لیتیوم یا Lithium Plating از دیدگاه ایمنی نیز خطرناک است. زیرا در صورت افزایش ضخامت لایه فلز روی الکترود آند به سمت کاتد، میتواند منجر با پارگی المان جداکننده (Separator)، اتصال کوتاه داخلی آند به کاتد، ترکیدن باتری یا آتشسوزی گردد.
تأثیر دمای پایین
تحقیقات مختلف نشان میدهند که پدیده مخرب Lithium Plating در دماهای پایین با سرعت بیشتری اتفاق میافتد. بنابراین، تا حد امکان از شارژ سریع در دماهای زیر صفر خودداری کنید.
باورهای نادرست
برخی بر این باورند که میتوانند با انجام کارهای زیر، از ضرر شارژ سریع خودروی برقی بکاهند :
کاهش درصد شارژ، ضرر شارژ سریع خودروی برقی را از بین میبرد!
در شبکههای اجتماعی و برخی سایتهای اینترنتی غیرتخصصی، باور غلطی در حال گردش است که اگر به جای پرکردن کامل باتری در ایستگاه شارژ سریع تا %100، تا %80 آنر را پر کنیم، از مضرات شارژ سریع میتوان کاست. در صورتی که این مضرات تابع درصد شارژ نیستند. یعنی هر مقدار شارژ سریع، چه کم و چه زیاد، تأثیر مخرب کاهشی خود را بر عمر مفید باتری خودروی برقی خواهد گذاشت.
اما این باور غلط تأثیر منفی دیگری نیز بر استفاده روزمزه شما از خودروی خود خواهد داشت. بحث مسافت پیمایش خودروهای برقی و ظرفیت باتری تا حدی داغ و چالشی است که هر 1 درصد شارژ باتری، از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. حال چرا شما باید با شارژ تا %80، از %20 ظرفیت ارزشمند باتری خود فقط به دلیل شارژ سریع استفاده نکنید؟!
کاهش جریان شارژ، از ضرر شارژ سریع خودروی برقی جلوگیری میکند!
باور رایج و غلط دیگر این است که با کاهش جریان شارژ، شارژ سریع دیگر مضر نیست. اما باید به این دوستان گفت که اساس شارژ سریع بر پایه جریان بالاست. یعنی شما با افزایش جریان شارژ است که سرعت شارژ را افزایش و طبیعتاً زمان آن را کاهش میدهید. پس کاهش جریان شارژ تا حدی که ضرر شارژ سریع خودروی برقی را نداشته باشد، دقیقاً معادل شارژ با سرعت عادی و جریان ایمن
شارژرهای خانگی است!
نتیجهگیری
با وجود موارد ضرر شارژ سریع خودروی برقی که در این مطلب برشمردیم، اما برخی اوقات چارهای جز استفاده از ایستگاههای شارژ سریع نیست. مثلاً هنگام مسافرت در مسیر جاده یا بزرگراه، وقت کافی برای شارژ با جریان ایمن وجود ندارد. همچنین، مشاغلی مانند رانندگان تاکسیهای گردشی و اینترنتی، چارهای جز شارژ سریع در طول روز در ایستگاههای شارژ سریع ندارند.
اما اگر فرصت کافی دارید، یکی از بهترین توصیهها برای بهینه نمودن عمر مفید باتری خودروی برقی، شارژ AC با جریان متعادل تا حداکثر 32 آمپر در طول شب تا صبح توسط شارژرهای خانگی و عدم استفاده از شارژهای سریع ایستگاهی DC تا حد امکان میباشد.
مطالعه بیشتر
