چشم‌انداز جهانی خودرو دگرگونی‌های عمیقی به خود دیده که ناشی از قوانین مربوط به تغییرات آب و هوایی و اختلالات تکتولوژیکی است. امروزه تولید خودرو تحت تاثیر تغییراتی مثل زنجیرهای تامین و تولید قطعات باتری قرار دارد و مهمتر از همه، کاهش تقاضا برای قطعات خاص ICE، موتورهای بنزینی و مبدل‌ها کاتالیزوری از دیگر تحولات صنعت خودروسازی هستند.
اگر طراحی زیبا و خیره کننده‌ی خودروهای برقی را کنار بگذاریم، می‌بینیم که از لحاظ فنی، باتریها قلپ تپنده خودروهای برقی به شمار می‌روند! باتری‌هایی که امروزه در خودروهای برقی استفاده می‌شود تاثیری ژرف بر محیط زیست گذاشته و بسیاری از مسائل مربوط به آلودگی هوا را حل کرده‌اند. باتری‌های لیتیوم یونی، به عنوان رایج‌ترین نوع باتریها به دلیل چگالی انرژی بالا و وزن مناسب، جایگاه خود را در صنعت ماشین‌های مدرن تثبیت کرده‌اند. این باتریها با وجود مزایای فراوان، همچنان با چالش‌هایی نظیر وزن بالا و هزینه‌های زیاد مواجه هستند.
در این فصل از تیران آکادمی، به بررسی مبانی باتری خودروهای الکتریکی، ساختار و تکنولوژی‌های مختلف آنها، و همچنین چالش‌ها و پیشرفت‌های اخیر در این حوزه می‌پردازیم. با ما همراه باشید تا با دنیای شگفت‌انگیز باتری‌های خودروهای الکتریکی بیشتر آشنا شویم.
باتری خودروهای برقی از چه موادی ساخته شده‌اند؟
باتری وسیله نقلیه الکتریکی یک باتری قابل شارژ است که برای تغذیه موتورهای الکتریکی یک وسیله نقلیه الکتریکی با باتری (BEV) یا وسیله نقلیه الکتریکی هیبریدی (HEV) استفاده می‌شود.
اگر کمی عقب‌تر برگردیم، می‌بینیم که اولین خودروها از باتری یون سدیم (Na-ion) استفاده می‌کردند. اما با گسترش علم و فناوری، باتری‌های جدیدی استفاده شد. از معروفترین باتری خودروهای برقی، باتری‌های لیتیوم یونی هستند که به علت داشتن وزن و چگالی بالایی طراحی شده‌اند. در مقایسه با سوخت‌های مایع، بیشتر باتریها انرژی بسیار پایین‌تری دارند. انرژی به کار رفته در این باتریها سبب سنگینی وزن خودرو می‌شود. از دیگر مواد به کار رفته در باتری خودروهای برقی، اکسیدهای کبالت نیکل هستند. که از رایج‌ترین انواع باتریها به شمار می‌روند. در کنار این مواد، باتری لیتیوم فسفات آهن نیز در حال افزایش است که در سال 2023 به 41 درصد از سهم بازار جهانی رسیده است.
باتری بخش قابل توجهی از هزینه و اثرات زیست محیطی یک وسیله نقلیه الکتریکی را تشکیل می‌دهد. رشد در صنعت باعث ایجاد علاقه به ایمن سازی زنجیره‌های تامین باتری خودروهای برقی شده است که چالش‌های زیادی را به همراه دارد و به یک موضوع مهم ژئوپلیتیکی تبدیل شده است. از دسامبر 2019، هزینه باتری خودروهای برقی از سال 2010 به ازای هر کیلووات ساعت، 87 درصد کاهش یافته است.
بیشتر بخوانید: نکات برجسته صنعت خودرو از 1884 تا 1970
باتری خودروهای برقی از چه اجزایی تشکیل می‌شوند؟
در گذشته، باتری‌های خودرو نیاز به نگهداری منظم داشتند. رانندگان باید به طور مداوم سطح آب داخل باتری را بررسی و در صورت نیاز، آن را پر می‌کردند. اما امروزه باتری‌های مدرن با تکنولوژی‌های پیشرفته‌تری تولید می‌شوند. باتری خودروهای برقی امروزه از آلیاژهای جدیدی ساخته شده‌اند که میزان تبخیر آب را در هنگام شارژ کاهش می‌دهند، بنابراین در طول عمر خود دیگر نیازی به آب ندارند. برخی از انواع درپوش‌های پرکننده و جداگانه برای هر سلول را حذف می‌کنند. این کار الکترودهای صفحه سرب را با رسوبات سولفات سرب می پوشاند و می‌تواند طول عمر باتری را تا یک سوم یا بیشتر کاهش دهد.
از ویژگی‌های باتری خودروهای برقی این است که حساسیت بیشتری هم دارند. مثلاً اگر باتری خودرو برقی به دلیل روشن ماندن چراغ‌ها کاملاً تخلیه شود، الکترودهای سربی با رسوبات سولفات پوشانده می‌شوند که می‌تواند طول عمر باتری را به شدت کاهش دهد. برای مقابله با این مشکل، باتری‌های VRLA معرفی شده‌اند که نسبت به تخلیه عمیق مقاوم‌تر هستند اما به طبع هزینه بالاتری دارند. این باتریها دارای دریچه‌های خودکار برای آزادسازی فشار هستند که از پارگی یا مخدوش شدن در صورت شارژ بیش از حد جلوگیری می‌کنند.
باتری‌های خودروهای برقی معمولاً از شش سلول گالوانیکی تشکیل شده‌اند که به صورت سری به هم متصل می‌شوند. هر سلول 2.1 ولت برق تولید می‌کند و در مجموع 12.6 ولت برق تولید می‌شود. هنگام تخلیه برق، یک واکنش شیمیایی اتفاق می‌افتد. در پایانه منفی (سرب) الکترون‌ها به مدار خارجی آزاد می‌شوند و در پایانه مثبت (اکسید سرب) الکترون‌ها از مدار خارجی جذب می‌شوند. این الکترون‌ها در نهایت جریان الکتریکی تولید می‌کنند. زمانی که باتری تخلیه شد، اسید الکترولیت با مواد صفحات واکنش داده و سطح آنها را به سولفات سرب تبدیل می‌کند. هنگام شارژ مجدد، این واکنش معکوس می‌شود و سولفات سرب به دی اکسید سرب تبدیل می‌شود، و صفحات به حالت اولیه خود بازمی‌گردند.
کیفیت سلول باتری خودروهای برقی
تکنیک‌های تضمین کیفیت نه تنها باعث بهبود سطح ایمنی محصول می‌شوند، بلکه از حوادث احتمالی در فرآیند مونتاژ باتری خودروهای برقی نیز جلوگیری می‌کنند. باتری خودروهای برقی با قدرت به کار خود ادامه می‌دهند، تا شما بتوانید با اطمینان و آرامش، سفری لذت‌بخش را تجربه کنید.
در پاراگراف‌های قبلی گفتیم که باتری خودروهای برقی معمولا از شش سلول تشکیل می‌شوند. وقتی برای نخستین بار یک خودروی برقی را ببینیم شاید هرگز به این فکر نکنیم که این شش سلول پنهان در آن چه کیفیتی دارند. اما همین سلول‌های کوچک، هسته الکتریکی خودروها هستند و کیفیت آنها نه تنها بر عملکرد خودرو بلکه بر ایمنی آن نیز تاثیر می‌گذارد. تصور کنید سلول‌های باتری مانند سربازانی وفادار هستند که هر کدام وظیفه‌ای مهم در میدان نبرد دارند! این سلول‌ها، چه کیسه‌ای باشند، چه استوانه‌ای یا منشوری، باید کیفیت و یکپارچگی بی‌نقصی داشته باشند. چرا که کوچک‌ترین نقص در این سلول‌ها می‌تواند به یک فاجعه بزرگ تبدیل شود؛ از حادثه‌های جاده‌ای گرفته تا آسیب‌هایی که بر سر راه برندهای بزرگ قرار می‌گیرد. برای جلوگیری از چنین مشکلاتی، تامین‌کنندگان باتری و سازندگان خودروهای برقی باید از کیفیت سلول‌ها مطمئن شوند. در اینجا سیستم برسی کیفیت سلولی SMASH شرکت Atlas Copco وارد میدان می‌شود. این سیستم از بررسی ابعاد گرفته تا تشخیص عیوب سطحی و آلودگی، این سیستم هر نقصی را شناسایی و طبقه‌بندی می‌کند و سلول‌های معیوب را شناسایی می‌کند.
اما این همه ماجرا نیست! در بررسی کیفیت سلول باتری خودروهای برقی، رابط کاربری گرافیکی امکان کنترل و نظارت بر چندین خط تولید را به طور همزمان فراهم می‌کند و نتایج تشخیص به صورت بلادرنگ نمایش داده می‌شوند. این اطلاعات به تولیدکنندگان کمک می‌کند تا تولید را بهینه کند و در نهایت سازی و همبستگی‌های هوشمند ایجاد شود.
بیشتر بخوانید: تاریخچه ماشین‌ها؛ از کالسکه تا خودروهای مدرن
مونتاژ پشته سلولی باتری خودروهای برقی
ساز و کار مونتاژ سلول‌ها مثل قرار گرفتن تکه‌ای پازل کنار همدیگر است. تصور کنید که برای تامین انرژی یک خودرو برقی، چندین سلول باتری باید مانند تکه‌های یک پازل دقیق در کنار هم چیده شوند. این سلول‌ها، که به گرما و فشار حساس هستند، باید با دقت و مهارت به یکدیگر متصل شوند. این فرآیند به نام مونتاژ پشته سلولی شناخته می‌شود و نقش اساسی در تضمین عملکرد و ایمنی خودروهای برقی دارد. مونتاژ پشته سلولی نه تنها نیازمند دقت بالاست بلکه باید تمام الزامات ایمنی، کشش و طول عمر باتری را نیز برآورده کند. سلول‌های باتری خودروهای برقی باید محکم به هم متصل شوند تا در برابر ضربه‌های احتمالی مقاوم باشند. همچنین، باید از ایجاد حفره‌های هوا جلوگیری شود، زیرا وجود این حفره‌ها می‌تواند در صورت برخورد، منجر به خطرات جدی شود.
مونتاژ ماژول باتری خودروهای برقی
در قدم بعدی، پس از کنار هم قرار گرفتن سلول‌های باتری خودروهای برقی در ماژول‌ها، این سلول‌های حساس نیاز به یک محافظ مستحکم دارند تا در برابر ضربه‌ها و تنش‌ها ایمن بمانند. اما چالش اینجاست که تکنیک‌های قدیمی مانند جوشکاری نمی‌توانند مفید واقع شوند؛ چرا که سلول‌های باتری به گرما حساس‌اند و جوشکاری می‌تواند آلودگی و گرمای مضاعف ایجاد کند. اینجاست که تکنولوژی اتصال سرد به کمک می‌آید. یکی از این تکنیک‌های نوآورانه، استفاده از پرچ‌های سوراخ (SPR) است. در این روش، بدون نیاز به سوراخ‌کاری، یک پرچ با نیروی زیاد از میان لایه‌های مواد عبور می‌کند و قالب می‌شود. علاوه بر این، روش SPR با محیط زیست سازگار است و هیچ گونه زباله، گرما، جرقه یا بخارات خطرناکی تولید نمی‌کند. این فرآیند انرژی کارآمد است و به کاهش انتشار کربن کمک می‌کند. این انعطاف‌پذیری در تولید باعث کاهش هزینه‌های کلی و افزایش کارایی فرآیند می‌شود.
استفاده از روش SPR برای مونتاژ باتری مزایای زیر را به همراه دارد:
- سازگار با محیط زیست
- کاهش انتشار کربن
- کاهش آلودگی هوا و کمتر شدن تولید زباله
- کاهش هزینه‌ها
مشخصات فنی باتری خودروهای برقی
باتریها بر اساس اندازه فیزیکی، نوع و محل قرارگیری پایانه‌ها، و سبک نصب، گروه بندی می‌شوند. آمپر ساعت می‌تواند در دمای 80 درجه فارنهایت (26.6 درجه سانتیگراد)، به مدت بیست ساعت جریان ثابتی را ارائه دهد بدون اینکه ولتاژ آن کاهش پیدا کند. اما باید بدانیم که نرخ تخلیه باتری خودروهای برقی خطی نیست. با افزایش نرخ تخلیه، ظرفیت باتری خودروهای برقی کاهش می‌یابد. به این معنا که باتری 100 Ah معمولاً نمی‌تواند ولتاژ بالای 10.5 ولت آمپر را حفظ کند و در نهایت، ظرفیت باتری با کاهش دما کمتر می‌شود.
بیشتر بخوانید: رانندگی با خودروهای متصل، تجربه‌ای ایمن و نوین
آمپراژهای میل لنگ در باتریها
- آمپرهای میل لنگ سرد (CCA): این مقدار جریانی است که باتری می‌تواند در دمای صفر درجه فارنهایت (18- درجه سانتیگراد) در مدت تنها 30 ثانیه تأمین کند. در خودروهای مدرن مثل خودروهای خودران یا خودروهای متصل که دارای موتورهای تزریق سوخت کنترل‌شده توسط کامپیوتر هستند، روشن شدن خودرو بیش از چند ثانیه طول نمی‌کشد و به همین دلیل اهمیت CCA نسبت به گذشته کمتر شده است.
- آمپرهای میل لنگ (CA): این مقدار جریانی است که باتری در دمای 32 درجه فارنهایت (صفر درجه سانتیگراد) می‌تواند به مدت 30 ثانیه تأمین کند و ولتاژ آن برابر یا بیشتر از 7.2 ولت باقی بماند.
- آمپرهای میل لنگ دریایی (MCA): این آمپر مشابه آمپرهای میل لنگ سرد، مقدار جریانی است که باتری در دمای 32 درجه فارنهایت (صفر درجه سانتیگراد) می‌تواند تأمین کند و معمولاً در باتری‌های قایق‌ها و تراکتورهای باغی که کمتر در شرایط یخبندان فعالیت می‌کنند، استفاده می‌شود.
- آمپر میل لنگ داغ (HCA): این مقدار جریانی است که باتری در دمای 80 درجه فارنهایت (27 درجه سانتیگراد) می‌تواند به مدت 30 ثانیه تأمین کند و حداقل ولتاژ 1.2 ولت در هر سلول را حفظ کند.
آینده‌ای سبزتر با به کار گیری باتری خودروهای برقی…
در دنیای امروز که آلودگی‌های زیست محیطی به یک معضل اجتماعی تبدیل شده، خودروهای برقی به کمک محیط زیست آمده‌اند تا با استفاده از باتری‌های جدید نگرانی انسان‌ها را حل کند. مطالعاتی که توسط دانشمندان صنعت خودرو انجام شده نشان می‌دهد که خوردوهای برقی می‌توانند با استفاده از باتری‌های جدید تا 80 درصد از انتشار گازهای گلخانه‌ای جلوگیری کنند و در کنار آن، طول عمر خودرو نیز افزایش می‌یابد.
سوالات متداول
1- رایج‌ترین باتری‌های به کار رفته در خودروهای برقی کدامند؟
باتری‌های لیتیوم یونی در حال حاضر از معروفترین باتری‌های به کار رفته در خودروهای برقی هستند.
2- مزایای استفاده از باتری خودروهای برقی چیست؟
این باتریها برای حل مشکل آلودگی هوا، مشکلات زیست محیطی و کاهش هزینه‌ها بسیار مناسب هستند.
3- تفاوت بین آمپرهای میل لنگ سرد (CCA) و آمپرهای میل لنگ داغ (HCA) چیست؟
آمپرهای میل لنگ سرد (CCA) میزان جریانی را که باتری می‌تواند در دمای بسیار پایین (صفر درجه فارنهایت) به مدت 30 ثانیه ارائه دهد، اندازه‌گیری می‌کند. در حالی که آمپرهای میل لنگ داغ (HCA) میزان جریانی را که باتری می‌تواند در دمای بالا (80 درجه فارنهایت) در همان مدت زمان ارائه دهد، نشان می‌دهد.
دیدگاه‌های بازدیدکنندگان
👌🙏
163 روز پیش ارسال پاسخ