اصول و روش کار سریع شارژ

همانطور که وسایل نقلیه برقی (EV) به طور فزاینده ای جریان می یابند ، فناوری شارژ سریع ، راحتی مالکیت EV را تغییر داده است. با کاهش زمان شارژ از ساعت ها تا چند دقیقه ، رانندگان دیگر به دوره های انتظار طولانی متصل نمی شوند. با این حال ، این پر کردن سریع قدرت یک سؤال مهم را به وجود می آورد: شارژ سریع چگونه بر عمر باتری خودرو و ماندگاری تأثیر می گذارد؟ در این مقاله ، علم پشت شارژ سریع ، اصول آن و چگونگی تأثیر آن بر سلامت طولانی مدت باتری های EV را بررسی خواهیم کرد.

شارژ سریع چیست و چگونه کار می کند؟

درک مفهوم اصلی

شارژ سریع ، همچنین به عنوان شارژ سریع DC یا شارژ سطح 3 شناخته می شود ، روشی برای تحویل برق با قدرت بالا به طور مستقیم به باتری وسیله نقلیه الکتریکی با سرعت قابل توجهی شتاب می گیرد. شارژرهای سنتی AC (سطح 1 یا 2) برق را از شبکه به DC (جریان مستقیم) در داخل خودرو تبدیل می کنند. در مقابل ، شارژرهای سریع انرژی DC را مستقیماً با عبور از شارژر پردازنده وسیله نقلیه تأمین می کنند.

سرعت شارژ در درجه اول توسط:

• ظرفیت خروجی شارژر (اندازه گیری شده در KW) ،

• ظرفیت سیستم مدیریت باتری وسیله نقلیه (BMS) ،

• باتری وضعیت شارژ (SOC) ، و

• سیستم های تنظیم حرارتی در محل.

به طور معمول ، یک شارژر سریع می تواند قدرت از 50 کیلو وات تا 350 کیلو وات را تأمین کند و این وسیله نقلیه را قادر می سازد از 20 ٪ تا 80 ٪ در حداقل 20-40 دقیقه شارژ کند.

اجزای کلیدی در شارژ سریع

این فرایند شامل چندین مؤلفه هماهنگ شده است:

• واحد تبدیل برق: AC را از شبکه به DC تبدیل می کند.

• سیستم خنک کننده: از گرمای بیش از حد در هنگام انتقال سریع انرژی جلوگیری می کند.

• رابط ارتباطی: به شارژر اجازه می دهد تا با BMS خودرو مذاکره کند.

• پروتکل های ایمنی: از وسیله نقلیه و کاربر در طی معاملات ولتاژ بالا محافظت کنید.

در حالی که شارژ سریع سرعت و راحتی را ارائه می دهد ، این مزایا با سازش های الکتریکی و شیمیایی موجود در بسته باتری گره خورده است-خصوصاً سلولهای لیتیوم یون یونی که در اکثر EV های مدرن استفاده می شود.

شارژ سریع چگونه بر شیمی باتری تأثیر می گذارد؟

رفتار باتری لیتیوم یون در هنگام شارژ با نرخ بالا

برای درک اینکه چقدر شارژ سریع بر طول عمر باتری تأثیر می گذارد ، درک آنچه در سطح الکتروشیمیایی اتفاق می افتد ضروری است . باتری های لیتیوم یون از طریق حرکت یونهای لیتیوم از آند به کاتد در هنگام تخلیه و در هنگام شارژ برعکس عمل می کنند. در هنگام شارژ سریع ، این مهاجرت یونی به طرز چشمگیری تسریع می شود .

این افزایش سرعت می تواند باعث شود:

• آبکاری لیتیوم روی آند ، جایی که لیتیوم به عنوان فلز رسوب می کند و نه یون.

• افزایش مقاومت داخلی و منجر به تولید گرما.

• استرس ساختاری روی مواد الکترود.

با گذشت زمان ، این اثرات به:

• کاهش ظرفیت باتری ،

• کاهش عمر چرخه (تعداد هزینه های کامل قبل از تخریب عملکرد) ،

• خطر فراری حرارتی یا تخریب سلول.

تأثیرات حرارتی شارژ سریع

جریان سریع جریان باعث ایجاد گرمای قابل توجهی می شود که در صورت کنترل مؤثر می تواند شیمی باتری را تغییر دهد. درجه حرارت بالا ممکن است:

• تجزیه الکترولیت را تسریع کنید ،

• غشای جداکننده را تضعیف کنید ،

• باتری را در معرض خستگی حرارتی قرار دهید.

تولید کنندگان باتری سیستم های خنک کننده مایع یا هوا را برای به حداقل رساندن این اثرات پیاده سازی می کنند ، اما قرار گرفتن در معرض مکرر در برابر شارژ سریع هنوز سایش و پارگی را در مقایسه با روشهای کندتر افزایش می دهد.

جدول مقایسه - شارژ سریع در مقابل شارژ منظم

تا بصری بفهمد چگونه شارژ سریع با شارژ منظم در معیارهای کلیدی مقایسه می شود ، به جدول زیر مراجعه کنید:

پارامتر (DC)	شارژ سریع	شارژ منظم (AC)
ولتاژ	400 ولت -800 ولت	120 ولت -240 ولت
سرعت شارژ (20-80 ٪)	20-40 دقیقه	4-8 ساعت
میزان تخریب باتری	بالاتر	پایین
تولید گرما	عالی	معتاد
تأثیر چرخه باتری	سایش بیشتر در هر چرخه	سایش پایین در هر چرخه
شارژ هزینه زیرساخت	گران	مقرون به صرفه

این مقایسه تأکید می کند که در حالی که شارژ سریع بسیار مناسب است ، اما با یک تجارت تجاری-تخریب شده مواد باتری همراه است.

سیستم های مدیریت باتری (BMS) و شارژ سریع

نقش BMS در کاهش آسیب

EV های مدرن مجهز به سیستم های مدیریت باتری هوشمند هستند که برای بهینه سازی شرایط شارژ ، جلوگیری از آسیب و طولانی شدن سلامت باتری طراحی شده اند. یک BMS به خوبی طراحی شده ، نظارت بر زمان واقعی را انجام می دهد:

• ولتاژ و سطح فعلی ،

• دمای سلول ،

• حالت شارژ (SOC) ،

• تعادل سلول

در هنگام شارژ سریع ، BMS ممکن است:

• ورودی جریان را محدود کنید ، برای جلوگیری از گرمای بیش از حد ،

• به نرخ شارژ کندتر بروید ، پس از رسیدن به 80 ٪ SOC ،

• مکانیسم های خنک کننده فعال را تحریک کنید . در صورت نقض آستانه های حرارتی ،

این آیین نامه هوشمند ، شدت اثرات تخریب را کاهش می دهد ، اما نمی تواند آنها را به طور کامل از بین ببرد . بنابراین ، حتی بهترین BMS فقط می تواند کاهش دهد .، نه به طور کامل خنثی ، پایین آمدن شارژ سریع مکرر را

چگونه می توان در هنگام استفاده از شارژ سریع ، عمر باتری را به حداکثر رساند

نکات عملی برای صاحبان EV

اگر به دلیل مسافرت یا راحتی به شارژ سریع متکی هستید ، روشهای زیر را برای محافظت از باتری خود در نظر بگیرید:

1. به طور مکرر از 100 ٪ شارژ خودداری کنید: شارژ 100 ٪ به طور مرتب استرس را افزایش می دهد ، به خصوص در شارژ سریع. برای استفاده روزانه در 80 ٪ متوقف شوید.

2. دمای باتری را کنترل کنید: از برنامه EV یا داشبورد سیستم خود برای ردیابی گرما استفاده کنید و اجازه دهید فواصل Cooldown.

3. حالت های شارژ متناوب: برای کاهش استرس در باتری ، از شارژ سطح 1 یا 2 استفاده کنید.

4. پارک در شرایط خنک تر بعد از شارژ: سلولهای باتری گرما را حفظ می کنند. پارکینگ در سایه یا گاراژ به سریعتر از بین رفتن آن کمک می کند.

5. توصیه های سازنده را دنبال کنید: همیشه با دستورالعمل های شارژ وسیله نقلیه خود مشورت کنید ، زیرا طرح ها در تحمل گرما و رفتار شارژ متفاوت است.

ترکیب این عادت ها می تواند اثرات ترکیب شارژ سریع را کاهش دهد و طول عمر کلی باتری را افزایش دهد.

اثرات طولانی مدت: آنچه مطالعات و داده های دنیای واقعی می گویند

مطالعات میدانی اخیر و شبیه سازی های آزمایشگاهی بینش ارزشمندی در مورد تأثیر شارژ سریع ارائه داده است. یافته ها نشان می دهد:

• ظرفیت باتری 20 تا 30 ٪ سریعتر محو می شود شارژ سریع روش اصلی مورد استفاده است.

• وسایل نقلیه که بین شارژ سریع و آهسته متناوب هستند ، راندمان بالاتر را پس از 100000 مایل حفظ می کنند.

• شارژ سریع در دمای سردتر باعث افزایش آبکاری لیتیوم و بدتر شدن سلامت سلول می شود.

این آمار نشان می دهد که اگرچه شارژ سریع ذاتاً در انزوا آسیب نمی بیند ، استفاده بیش از حد بدون کنترل دما مناسب و شارژ نظم و انضباط منجر به کاهش قابل توجهی در عملکرد در طول زمان می شود.

سؤالات متداول - شارژ سریع و طول عمر باتری

Q1: آیا استفاده از شارژ سریع هر روز اشکالی ندارد؟

پاسخ: در حالی که شارژ سریع گاه به گاه قابل قبول است ، استفاده روزانه باعث افزایش تخریب می شود. برای شارژ روتین ، سطح 2 (AC) ترجیح داده می شود.

Q2: آیا شارژ سریع ضمانت باتری باطل است؟

پاسخ: خیر ، اما تخریب بیش از حد به دلیل سوءاستفاده یا عدم پیروی از پروتکل های تولید کننده ممکن است بر ادعاهای ضمانت تأثیر بگذارد.

Q3: چگونه می توانم بگویم شارژ سریع بر باتری من تأثیر می گذارد؟

پاسخ: علائم شامل کاهش دامنه ، شارژ آهسته تر به مرور زمان و فعال سازی خنک کننده باتری مکرر است.

Q4: آیا هنوز هم می توانم در سفرهای طولانی از شارژ سریع استفاده کنم؟

پاسخ: کاملا. شارژ سریع برای سفرهای طولانی که زمان بسیار مهم است ایده آل است. فقط از روش اصلی شارژ خود خودداری کنید.

Q5: دامنه درصد شارژ ایده آل برای طول عمر چیست؟

پاسخ: نقطه شیرین معمولاً بین 20 ٪ -80 ٪ است . از تخلیه های عمیق و هزینه های کامل خودداری کنید مگر اینکه لازم باشد.

پایان

شارژ سریع یکی از مهمترین پیشرفت های زیرساخت های EV را نشان می دهد و مالکیت وسایل نقلیه برقی را زنده تر و راحت تر می کند. با این حال ، مانند هر راه حل با کارایی بالا ، با تجارت همراه است. شارژ سریع و کنترل نشده سریع می تواند عمر باتری را کوتاه کند ، دامنه وسیله نقلیه را کاهش داده و هزینه های نگهداری را با گذشت زمان افزایش دهد.

صاحبان EV با درک اصول شارژ سریع ، شناخت تأثیر شیمیایی بر سلولهای لیتیوم یون و اتخاذ عادات شارژ هوشمند ، می توانند به یک رویکرد متعادل دست یابند. نکته اصلی در استفاده استراتژیک نهفته است - استفاده از شارژ سریع در صورت لزوم ، اما نه بیش از حد.

از آنجا که فناوری باتری با پیشرفت در باتری های حالت جامد ، بهبود تنظیم حرارتی و پروتکل های شارژ سریعتر و در عین حال ایمن تر ، پیشرفت می کند-آینده ممکن است این سازش به طور قابل توجهی کاهش یابد. در حال حاضر ، دانش و استفاده آگاهانه بهترین ابزارهای شما برای به حداکثر رساندن سلامت باتری در دوران برق با سرعت بالا است.