بطارية ليثيوم أيون للسيارات الكهربائية

بطارية السيارة الكهربائية

بطارية السيارة الكهربائية (EVB ، والمعروفة أيضًا باسم بطارية الجر) هي بطارية تستخدم لتشغيل المحركات الكهربائية لمركبة كهربائية تعمل بالبطارية (BEV). هذه البطاريات عادة ما تكون بطاريات قابلة لإعادة الشحن ، وعادة ما تكون بطاريات ليثيوم أيون. تم تصميم هذه البطاريات خصيصًا لسعة أمبير عالية (أو كيلو واط في الساعة).

تختلف بطاريات السيارات الكهربائية عن بطاريات التشغيل والإضاءة والإشعال (SLI) لأنها مصممة لإعطاء الطاقة على مدى فترات زمنية متواصلة وهي بطاريات ذات دورة عميقة. تتميز بطاريات السيارات الكهربائية بنسبة الطاقة إلى الوزن العالية نسبيًا والطاقة النوعية وكثافة الطاقة ؛ من المستحسن استخدام بطاريات أصغر وأخف وزنًا لأنها تقلل من وزن السيارة وبالتالي تعمل على تحسين أدائها. مقارنةً بالوقود السائل ، فإن معظم تقنيات البطاريات الحالية لديها طاقة محددة أقل بكثير ، وهذا غالبًا ما يؤثر على المدى الأقصى للكهرباء للمركبات.

تاريخ بطارية السيارة

أكثر أنواع البطاريات شيوعًا في السيارات الكهربائية الحديثة هي ليثيوم أيون وبوليمر الليثيوم ، نظرًا لكثافة طاقتها العالية مقارنةً بوزنها. تشمل الأنواع الأخرى من البطاريات القابلة لإعادة الشحن المستخدمة في السيارات الكهربائية حمض الرصاص (حمض الرصاص "المغمور" ، والدورة العميقة ، وحمض الرصاص المنظم بالصمام) ، والنيكل والكادميوم ، وهيدريد النيكل والمعدن ، وأقل شيوعًا ، الزنك والهواء ، ونيكل الصوديوم بطاريات كلوريد ("حمار وحشي"). [1]تقاس كمية الكهرباء (أي الشحنة الكهربائية) المخزنة في البطاريات بوحدات الأمبير أو الكولوم ، مع إجمالي الطاقة التي تُقاس غالبًا بالكيلوواط /ساعة. منذ أواخر التسعينيات ، كان التقدم في تكنولوجيا بطاريات أيونات الليثيوم مدفوعًا بالطلب من الإلكترونيات المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة وأدوات الطاقة. حصد سوق BEV و HEV فوائد هذه التطورات في كل من الأداء وكثافة الطاقة. على عكس كيمياء البطاريات السابقة ، لا سيما النيكل والكادميوم ، يمكن تفريغ بطاريات أيونات الليثيوم وإعادة شحنها يوميًا وفي أي حالة شحن.

بطارية لبطارية السيارة الكهربائية النقية منخفضة السرعة

المكونات الداخلية

تصميمات حزم البطاريات للمركبات الكهربائية معقدة وتختلف على نطاق واسع حسب الشركة المصنعة والتطبيق المحدد. ومع ذلك ، فإنهم جميعًا يشتملون على مجموعة من العديد من أنظمة المكونات الميكانيكية والكهربائية البسيطة التي تؤدي الوظائف الأساسية المطلوبة للحزمة.

يمكن أن تحتوي خلايا البطارية الفعلية على كيمياء وأشكال فيزيائية وأحجام مختلفة حسب ما تفضله الشركات المصنعة للعبوات المختلفة. ستشتمل حزم البطاريات دائمًا على العديد من الخلايا المنفصلة المتصلة في سلسلة ومتوازية لتحقيق إجمالي الجهد والمتطلبات الحالية للحزمة. يمكن أن تحتوي حزم البطاريات لجميع محركات السيارات الكهربائية على عدة مئات من الخلايا الفردية. كل خلية لها جهد اسمي يبلغ 3-4 فولت ، اعتمادًا على تركيبها الكيميائي.

للمساعدة في التصنيع والتجميع ، يتم عادةً تجميع الكومة الكبيرة من الخلايا في مجموعات أصغر تسمى الوحدات النمطية. سيتم وضع العديد من هذه الوحدات في حزمة واحدة. داخل كل وحدة يتم لحام الخلايا معًا لإكمال المسار الكهربائي لتدفق التيار. يمكن أن تتضمن الوحدات أيضًا آليات التبريد وأجهزة مراقبة درجة الحرارة والأجهزة الأخرى. يجب أن تظل الوحدات ضمن نطاق درجة حرارة محدد لتحقيق الأداء الأمثل. في معظم الحالات ، تسمح الوحدات أيضًا بمراقبة الجهد الناتج عن كل خلية بطارية في المكدس باستخدام نظام إدارة البطارية (BMS).

تحتوي مجموعة خلايا البطارية على فتيل رئيسي يحد من تيار الحزمة تحت حالة ماس كهربائي. يمكن إزالة "قابس الخدمة" أو "فصل الخدمة" لتقسيم حزمة البطارية إلى نصفين معزولين كهربائياً. مع إزالة قابس الخدمة ، لا تشكل الأطراف الرئيسية المكشوفة للبطارية أي خطر كهربائي محتمل كبير على فنيي الخدمة.

تحتوي حزمة البطارية أيضًا على مرحلات أو موصلات تتحكم في توزيع الطاقة الكهربائية لحزمة البطارية على أطراف الخرج. في معظم الحالات ، سيكون هناك مرحلان رئيسيان على الأقل يربطان مجموعة خلايا البطارية بأطراف الخرج الرئيسية الموجبة والسالبة للحزمة ، والتي توفر بعد ذلك تيارًا عاليًا لمحرك الدفع الكهربائي. ستشمل بعض تصميمات الحزم مسارات تيار بديلة للشحن المسبق لنظام القيادة من خلال مقاوم للشحن المسبق أو لتشغيل ناقل إضافي والذي سيكون له أيضًا مرحلات التحكم المرتبطة به. لأسباب تتعلق بالسلامة ، يتم فتح جميع هذه المرحلات بشكل طبيعي.

تحتوي حزمة البطارية أيضًا على مجموعة متنوعة من مستشعرات درجة الحرارة والجهد والتيار. يتم جمع البيانات من مستشعرات الحزمة وتنشيط مرحلات الحزمة بواسطة وحدة مراقبة البطارية (BMU) أو نظام إدارة البطارية (BMS). كما أن نظام إدارة المباني مسؤول أيضًا عن الاتصالات مع السيارة خارج حزمة البطارية.

نطاق التكافؤ

يعني التكافؤ في نطاق القيادة أن السيارة الكهربائية لها نفس مدى السيارة المتوسطة الاحتراق بالكامل ، مع بطاريات ذات طاقة معينة أكبر من 1 كيلو واط في الساعة /كجم ، ويعني النطاق الأعلى أن السيارات الكهربائية ستقطع كيلومترات أكثر دون إعادة الشحن.

التوفير في التكاليف

من حيث تكاليف التشغيل ، فإن سعر الكهرباء لتشغيل BEV هو جزء صغير من تكلفة الوقود لمحركات الاحتراق الداخلي المكافئة ، مما يعكس كفاءة أعلى في استخدام الطاقة.