باتري خودرو برقي و هيبريدي

باتري‌ها وظيفه‌ي تأمين توان مورد نياز خودروهاي تمام الكتريكي و هيبريدي را بر عهده دارند و جالب است بدانيد كه باتري مورد استفاده در هر گروه ويژگي‌هاي خاصي دارند.

باتري‌هاي موجود در خودروهاي الكتريكي علاوه بر ايفاي نقش منبع انرژي براي پيشرانه‌ي خودرو، نقش پمپ سوخت‌رساني را نيز بر عهده دارند. پمپي كه ميزان حداكثر توان قابل ارسال به پيشرانه را تعيين مي‌كند. در خودروهاي تمام الكتريكي فاكتورهاي توان و شعاع حركتي قابل تأمين توسط باتري اهميت ويژه‌اي دارد اما، در خودروهاي هيبريدي بااينكه توان مورد نياز پيشرانه مشابه خودروهاي الكتريكي است، باتري اين گروه از خودروها ظرفيت ذخيره‌ي انرژي كمتري دارد. به همين دليل، هر سلول از باتري‌هاي مورد استفاده در گروه خودروهاي هيبريدي به نحوي بهينه شده‌اند كه بتوانند در هر لحظه توان قابل توجهي را آزاد كنند درحاليكه، سلول‌هاي مورد استفاده در باتري خودروهاي الكتريكي براي نگه‌داري طولاني مدت انرژي به منظور افزايش شعاع حركتي خودرو بهينه مي‌شوند. در خودروهاي هيبريدي قابل شارژ به هر دو فاكتور توان و شعاع حركتي قابل تأمين توسط باتري اهميت داده مي‌شود و اين باتري‌ها ويژگي‌هاي هر دو گروه را دارا هستند. نسبت توان خروجي باتري به ظرفيت آن (كه سازندگان به آن نسبت توان به انرژي يا نسبت وات به وات‌ساعت مي‌گويند) مبناي تفاوت ميان باتري‌هاست.

 


 

پابلو والنسيا (Pablo Valencia)، مدير ارشد بخش جهاني مهندسي باتري كمپاني جنرال موتورز، درباره‌ي باتري‌ها مي‌گويد:

طراحي باتري براي خودروهاي الكتريكي شبيه طراحي پيشرانه است. در طراحي پيشرانه بايد از خود بپرسيد كه هدف از طراحي اين پيشرانه رسيدن به حداكثر سرعت است و يا مصرف سوخت اقتصادي اولويت اول طراحي را داراست؟ براي پاسخ به اين سوال لازم است تا نسبت قطر پيستون به كورس آن (كورس پيستون به فاصله‌ي طي شده توسط پيستون در محفظه‌ي سيلندر گفته مي‌شود) توسط طراح مشخص شود.

 

باطري خودرو الكتريكي

 

طراحان باتري خودروهاي الكتريكي نيز در اولين گام طراحي باتري، نسبت توان به انرژي باتري را مشخص مي‌كنند. براي اين امر، نياز است تا طراحان ضخامت جمع‌كننده‌هاي جريان (قسمت فلزي دو سر باتري كه جريان از طريق آن‌ها از باتري خارج و به آن وارد مي‌شود) و پوشش‌هاي روي آن‌ها را تعيين كنند. توليد حداكثر توان در بازه‌هاي زماني كوتاه توسط باتري خودروهاي هيبريدي به معني نياز به شدت جريان زياد است و براي عبور شدت جريان زياد به سيم‌هاي با قطر بالا نياز است. جمع‌كننده‌هاي جريان (معمولا از جنس آلومينيوم يا مس هستند، الكترون‌ها از طريق آن‌ها به باتري وارد يا از آن خارج مي‌شوند) نقش نمايشگرهاي آنالوگ داخل باتري را براي سيم‌هاي متصل به باتري بازي مي‌كنند. در خودروهاي هيبريدي، كه به جريان بيشتري نسبت به خودروهاي تمام الكتريكي، نياز دارند، از جمع‌كننده‌هاي با قطر بيشتر استفاده مي‌شود.

 


 

برعكس حالت بالا براي پوشش‌هاي شيميايي روي جمع‌كننده‌ها صادق است. به اين ترتيب كه پوشش‌هاي نازك‌تر در خودروهاي هيبريدي باعث مي‌شوند تا الكترون‌ها سريعتر به داخل باتري نفوذ كنند و اين امر براي توليد توان بالاتر حياتي است. در باتري خودروهاي تمام الكتريكي، كه سلول‌هاي مستقل بيشتري دارند، از پوشش‌هاي ضخيم‌تر روي جمع‌كننده‌ها استفاده مي‌شود و اين امر سبب مي‌شود تا هر سلول آهسته‌تر انرژي ذخيره شده در خود را تخليه نمايد و اين تخليه‌ي كندتر به افزايش ظرفيت باتري خودروهاي تمام الكتريكي كمك مي‌كند. مانند دستور سس‌هاي رستوران‌هاي بزرگ، تركيب شيميايي اين پوشش‌ها سري است (براي مثال يكي از پوشش‌ها از تركيب ليتيوم و اكسيد منگنز به دست مي‌آيد) و اين پوشش‌ها براي انجام واكنش شيميايي‌ كه منجر به توليد الكتريسيته مي‌شود حياتي هستند. البته در صورتي كه چگالي انرژي يا توان باتري خيلي زياد باشد، تركيب شيميايي اين پوشش‌ها اهميت زيادي ندارد.

 

باطري ماشين برقي

 

وقتي سلول‌هاي باتري را بصورت سري متصل كنيم، ولتاژ هر سلول به سلول ديگر افزوده مي‌شود اما اگر سلول‌ها را بصورت موازي به يكديگر متصل كنيم، با اضافه شدن عدد آمپر ساعت هر سلول به سلول ديگر، ظرفيت باتري افزايش مي‌يابد. در خودروهاي هيبريدي قابل شارژ، براي رسيدن به ولتاژ و ظرفيت مورد نياز براي باتري، بيشتر از تركيب موازي سلول‌ها استفاده مي‌شود. به عنوان مثال، در باتري خودروي تمام الكتريكي شورولت بولت، كمپاني جنرال موتورز سه سلول را بصورت موازي به يكديگر متصل كرده و سپس ۹۶ عدد از اين سلول‌هاي سه‌گانه را به‌صورت سري به يكديگر متصل كرده است، در باتري شورولت ولت هيبريدي قابل شارژ، از جفت سلول‌هاي موازي استفاده كرده در حاليكه هر ۸۰ سلول موجود در باتري مدل هيبريدي ماليبو بصورت سري به يكديگر متصل شده‌اند. براي درك بهتر تفاوت‌هاي موجود ميان باتري اين خودروها به جدول زير دقت نماييد:

 
  ماليبو هيبريدي ولت بولت تمام الكتريكي
ظرفيت انرژي ۱.۵ كيلووات ساعت ۱۸.۴ كيلووات ساعت ۶۰ كيلووات ساعت
توان خروجي ۵۲ كيلووات ۱۲۰ كيلووات ۱۴۰ كيلووات
نسبت توان به انرژي ۳۴.۷ وات/وات ساعت ۶.۵ وات/وات ساعت ۲.۳ وات/وات ساعت
وزن باتري ۴۳ كيلوگرم ۱۸۲.۸ كيلوگرم ۴۳۰ كيلوگرم
حجم باتري ۰.۰۴ متر مكعب ۰.۱۵ متر مكعب ۰.۳ متر مكعب
تعداد سلول‌ها ۸۰ ۱۹۲ ۲۸۸
سيستم خنك‌سازي هوا مايع مايع
سازنده هيتاچي ال‌جي كم (LG Chem) ال‌جي كم (LG Chem)