چرا فرآیند شارژ سریع خودروهای برقی پس از رسیدن به ۸۰ درصد کاهش می‌یابد؟

طبق گزارش خبرگزاری خبرآنلاین و به نقل از پدال، اگر شما تا به حال خودروی برقی‌تان را به یک شارژر سریع DC متصل کرده باشید، به احتمال زیاد متوجه شده‌اید که شارژ از حدود ۲۰ به ۶۰ درصد با سرعت بالایی انجام می‌شود، ولی هنگامی که نشانگر باتری به نزدیکی ۸۰ درصد می‌رسد، سرعت شارژ به‌طرز قابل توجهی کاهش می‌یابد. ممکن است در ابتدا تصور کنید که شارژر دیگر توان کافی ندارد یا ممکن است باتری دچار مشکل شده باشد، اما این کاهش سرعت به‌طور کامل تصادفی نیست و بخشی از مدیریت باتری محسوب می‌شود.

در آغاز فرآیند شارژ، خودرو می‌تواند انرژی ورودی بالایی را دریافت کند، اما با افزایش سطح شارژ، شرایط برای پذیرش همین توان در سطوح بالاتر تغییر می‌کند. هرچه باتری بیشتر پر شود، سیستم مدیریت باتری (BMS) محدودیت‌های بیشتری برای حفظ ایمنی ولتاژ سلول‌ها، دما و جریان اعمال می‌کند. واقعیت این است که بیشتر باتری‌های خودروهای برقی در محدوده ۸۰ تا ۱۰۰ درصد، توان کمتری برای شارژ دریافت می‌کنند.

چرا باتری نمی‌تواند با همان سرعت تا ۱۰۰ درصد شارژ شود؟

برای پاسخ به این سوال، باید به رفتار سلول‌های لیتیوم‌ یون توجه کرد. در حین فرآیند شارژ، انرژی الکتریکی به داخل سلول‌ها وارد می‌شود و یون‌های لیتیوم در مای مواد فعال باتری جابجا می‌شوند. در مراحل ابتدایی شارژ، شرایط برای ورود جریان بیشتر به مراتب مناسب‌تر است و خودرو به شکل بهینه‌ای می‌تواند از ظرفیت شارژر بهره‌برداری کند.

اما با بالا رفتن سطح شارژ، ولتاژ سلول‌ها نیز افزایش می‌یابد و باتری به محدوده ولتاژ مجاز می‌رسد. در این مرحله، ادامه شارژ با جریان بالا می‌تواند به سلول‌ها فشار بیشتری وارد کند و به همین دلیل، سیستم کنترل شارژ جریان را کاهش می‌دهد.

این فرآیند به الگوی شناخته‌شده CC-CV یا جریان ثابت ـ ولتاژ ثابت مرتبط است. در مرحله اول، جریان در سطح بالایی نگه داشته می‌شود؛ اما پس از این‌که سلول به ولتاژ تعیین‌شده می‌رسد، سیستم به مرحله ولتاژ ثابت منتقل می‌شود و جریان بتدریج کاهش می‌یابد. بنابراین، مسئله تنها پر شدن باتری نیست؛ در نزدیکی ظرفیت کامل، خود باتری نیز توان پذیرش همان مقدار جریان را مانند ابتدای فرآیند ندارد.

سیستم مدیریت باتری چه وظیفه‌ای دارد؟

در یک خودروی برقی، تعامل شارژر و باتری به‌طور مستقل از یکدیگر نیست. سیستم مدیریت باتری (BMS) به‌طور مداوم وضعیت سلول‌ها را زیر نظر داشته و محدودیت‌های لازم برای شارژ را تعیین می‌کند.

عواملی نظیر ولتاژ سلول‌ها، دمای باتری و وضعیت شارژ می‌توانند بر مقدار توان قابل‌دریافت تأثیر بگذارند. مهم است تا بدانید پروفایل شارژ خودروهای برقی در طول فرآیند شارژ ثابت نیست و BMS می‌تواند با توجه به دمای باتری، نرخ شارژ را تنظیم کند.

این مسأله از اهمیت بالایی برخوردار است، چرا که یک شارژر با توان ۳۵۰ کیلوواتی لزوما به معنای این نیست که خودرو در تمام مدت با همین توان شارژ خواهد شد. حداکثر توان را در هر لحظه، مجموعه‌ای از عوامل شامل ویژگی‌های خودرو، باتری، دما، سطح شارژ و محدودیت‌های سیستم تعیین می‌کند.

دمای باتری و تأثیر آن بر سرعت شارژ

کاهش توان شارژ تنها به زمان رسیدن باتری به ۸۰ درصد مربوط نمی‌شود. دمای سلول‌ها نیز نقشی اساسی ایفا می‌کند. شارژ سریع با جریان بالا گرمای قابل‌توجهی تولید می‌کند و کنترل دما به‌منظور حفظ عملکرد بالا و عمر مفید باتری ضروری است.

اگر باتری به‌طور غیرمعمول سرد یا گرم باشد، خودرو ممکن است حتی در سطوح پایین‌تر از ۸۰ درصد نیز توان شارژ را کاهش دهد. به همین دلیل، برخی از خودروهای برقی قبل از رسیدن به شارژر سریع، با استفاده از سیستم کنترل حرارتی، باتری را به دمای مناسب نزدیک می‌کنند.

چرا ۸۰ درصد یک نقطه کلیدی است؟

حد ۸۰ درصد یک مرز فنی عمومی برای تمامی خودروهای برقی نیست؛ ممکن است یک مدل خاص زودتر از دیگر مدل‌ها شروع به کاهش توان کند یا یک مدل دیگر قسمت بیشتری از شارژ را با توان بالا ادامه دهد. نوع سلول، طراحی باتری، سیستم خنک‌کننده، ولتاژ باتری و نرم‌افزار مدیریت شارژ همگی بر شکل منحنی شارژ تأثیر می‌گذارند.

با این حال، در بسیاری از خودروها، کاهش سرعت در محدوده ۸۰ تا ۱۰۰ درصد آن‌قدر محسوس است که این بازه به یک معیار مرسوم برای شارژ سریع تبدیل شده است. در شرایط مختلف، فرایند شارژ تا حدود ۸۰ درصد می‌تواند زمان توقف در ایستگاه را کاهش دهد، زیرا شارژ در بخش نهایی با توان پایین‌تری انجام می‌شود.

از این رو، در سفرهای طولانی، رسیدن به درصدی از شارژ که امکان ادامه سفر را فراهم کند، منطقی‌تر از انتظار برای رسیدن باتری به ۱۰۰ درصد است. البته اگر مقصد یکی از مقاصد دور باشد یا دسترسی به شارژر بعدی مشکل باشد، صرف چند دقیقه بیشتر برای دریافت انرژی بیشتر کاملاً قابل توجیه است.

آیا کند شدن شارژ از ۸۰ درصد به باتری آسیب می‌زند؟

نه؛ کاهش توان در این مرحله اساساً به‌منظور محافظت از باتری است. شارژ سریع با توان بالا باید در محدوده‌هایی انجام شود که سلول‌ها بتوانند جریان را بدون ایجاد شرایط نامطلوب تحمل کنند. شارژ با نرخ‌های بسیار بالا ممکن است باعث چالش‌هایی مانند افزایش حرارت و پدیده‌هایی نظیر رسوب لیتیوم در الکترود منفی گردد؛ به همین دلیل کنترل نرخ شارژ دارای اهمیت اساسی است.

بنابراین اگر متوجه شدید که در حین شارژ سریع توان به تدریج از یک مقدار بالا به پایین می‌آید، به این معنا نیست که با یک نقص فنی مواجه هستید. خودرو در حال اجرای فرآیند محافظتی‌ است که برای شارژ ایمن و کنترل‌شده باتری طراحی شده است.

کاهش سرعت شارژ سریع در خودروهای برقی پس از ۸۰ درصد حاصل محدود کردن عمدی توان ورودی می‌باشد. با افزایش سطح شارژ، ولتاژ سلول‌ها افزایش پیدا کرده و باتری برای ادامه شارژ به جریان کمتری نیاز پیدا می‌کند. هم‌زمان، BMS وضعیت ولتاژ و دما را تحت نظر دارد و در صورت لزوم توان دریافتی را کاهش می‌دهد.

به همین خاطر، اختلاف زمانی میان رسیدن باتری از ۱۰ به ۸۰ درصد و سپس از ۸۰ به ۱۰۰ درصد می‌تواند به‌مراتب بیشتر از آنچه باشد که صرفاً از روی مقایسه درصدها پیش‌بینی می‌شود. این رفتار بخشی طبیعی از منحنی شارژ باتری‌های لیتیوم‌ یون به شمار می‌آید و نه نشانه‌ای از کم‌توانی شارژر یا خرابی باتری.

۵۸۳۲۲