بررسی سلامت باتری با آنالیز 600 وسیله نقلیه برقی

باتری خودروی الکتریکی چقدر دوام می‌آورد؟

برای مقایسه میانگین تخریب باتری در طول زمان برای وسایل نقلیه مختلف و مدل سال ساخت آن‌ها از ابزار مقایسه تخریب باتری EV (خودروی برقی) استفاده کنید. Geotab این ابزار را بر اساس آنالیز 6،300 خودروی برقی مصرفی ایجاد کرد. این مطلب را تا انتها بخوانید تا در مورد سلامت باتری خودروی برقی و استفاده و عملکرد آن در خودروهای مصرفی اطلاعات جامع و کاملی کسب کنید.

اهمیت باتری خودروهای برقی

اگر به فکر خرید وسیله نقلیه برقی هستید، عوامل مهمی‌را باید در نظر بگیرید و این 3 سؤال احتمالا در در لیست شما هستند:

• هزینه خودروی برقی چقدر است؟
• دامنه و برد آن چیست؟
• باتری آن چه مدت دوام خواهد آورد؟

از منظر چرخه عمر، عملکرد باتری و سلامتی آن، اصلی‌ترین کلید آن هستند. از آنجا که باتری گرانترین مؤلفه یک EV (خودروی برقی) است، سلامت باتری نه تنها بر ارزش باقی مانده خودرو (پاسخ کمکی به سوال هزینه خودرو) تأثیر می‌گذارد، بلکه همچنین تأثیر مستقیمی‌بر حداکثر برد قابل استفاده در طول زمان دارد.

 باتری EV چه مدت دوام خواهد داشت؟ شاید تا الان متوجه شده باشید که جواب مستقیمی‌برای این سؤال نمی‌شود پیدا کرد، و عوامل بسیاری بر روی این فاکتور اثرگذار خواهند بود. در عوض آن‌چه گفته می‌شود این است که: اگر مشکلی برای باتری پیش آمد، ضمانت تعمیر و یا تعویض، آن را پوشش خواهد داد.

به طور معمول، پوشش عمری باتری حدود 8 سال ( 100،000 مایل معادل 160،934 کیلومتر) است، اما این امر ثابت نیست و به تولید کننده و کشور ساخت آن بستگی دارد. نکته جالب توجه این است که هزینه باتری‌ها سال به سال به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد. از سال 2010، به طور متوسط قیمت باتری لیتیوم یونی بیش از 80 درصد کاهش یافته است.

تضمین خودروساز از فناوری باتری خود و وعده کاهش هزینه‌ها باعث می‌شود تا مردم احساس اطمینان کنند زیرا به توانایی شما اعتماد دارند. با این وجود، بهتر نیست بدانید که سرعت تخریب باتری شما چقدر است، و چگونه می‌توان این تلفات را به حداقل رساند؟

تخریب باتری خودروی برقی به چه معنی است؟

تخریب باتری یک فرایند طبیعی است که به طور دائم میزان ذخیره انرژی یک باتری و یا مقدار توان تأمین نیروی آن را کاهش دهد. باتری‌های موجود در خودروهای برقی به طور کلی می‌توانند انرژی بیشتری نسبت به اجزای پیشرانه نیرو ارائه دهند. در نتیجه، تخریب برق به ندرت در خودروی برقی مشاهده می‌شود و فقط از دست رفتن توانایی باتری در ذخیره انرژی اهمیت دارد.

وضعیت باتری را حالت یا وضعیت سلامت – به اختصار SOH – می‌نامند. باتری‌ها عمر خود را با SOH 100% شروع می‌کنند و با گذشت زمان رو به عفول می‌روند. SOH معیار میزان انرژی باتری (کیلووات ساعت) است.

به خاطر داشته باشید که SOH برابر با دامنه یا برد وسیله نقلیه نیست (دامنه یا برد وسیله نقلیه ” مسافتی که وسیله نقلیه می‌تواند بر روی آن کیلووات ساعت حرکت كند) كه بسته به عوامل مختلفی از جمله سطح شارژ، توپوگرافی، دما، به صورت روزانه یا سفر به سفر، عادت‌های راننده در رانندگی و بار مسافر تغییر خواهد كرد

عوامل متداول مؤثر بر سلامت باتری لیتیوم یونی:

1. زمان
2. درجه حرارت بالا
3. کارکرد در حالت بالا یا پایین شارژی ( زیر 20% شارژ یا 100% شارژ)
4. جریان الکتریکی بالا
5. استفاده ( و یا چرخه انرژی )

در حالی که تا به حال تحقیقات زیادی در مورد سلامتی باتری انجام شده است، به دنبال عملکرد EVهای (خودروهای برقی) واقعی در طول زمان، داده‌های بسیار کمی‌وجود دارد، چه برسد به مقایسه در مدل‌ها و ساخت‌های مختلف.

معرفی ابزار تخریب باتری خودروهای برقی (BEV)

Geotab ابزار شناسایی تخریب باتری EV را برای ارزیابی نحوه نگه داشتن باتری‌ها و در نظر گرفتن اهمیت نسبی عوامل فوق در عمر باتری EV در شرایط دنیای واقعی ایجاد کرده است.

ما سلامت باتری 6،300 خودرو و ناوگان را آنالیز کرده‌ایم، که 1.8 میلیون روز از داده را نشان می‌دهد. از داده‌های تله ماتیک پردازش شده، به اینكه چگونه شرایط دنیای واقعی بر سلامت باتری وسایل نقلیه برقی تأثیر می‌گذارند، داده‌های متوسط تخریب كل برای 21 مدل وسیله نقلیه مجزا، كه 64 مدل، سال و مدل ساخت (سازنده) را نشان می‌دهند، بدست آورده‌ایم.

یادداشت‌هایی مربوط به ابزار:

• منحنی‌های تخریب نمایش داده شده در زیر، خط روند متوسط از داده‌های تحلیل شده هستند.
• این نمودارها می‌توانند در طول زمان بینشی از سلامت باتری را ارائه دهند، اما نباید به عنوان یک پیش بینی دقیق برای هر وسیله نقلیه خاص تفسیر شود.
• زیر مجموعه ای از وسایل نقلیه، مدل‌ها و سال‌های ساخت در ابزار تجسم موجود نیست – ما وسایل نقلیه با داده‌های ناکافی را حذف کردیم. ( تعجب نکنید اگر ماشین مورد علاقه شما در این لیست نیست!)

نکات کلیدی

سطح بالایی از سلامتی باتری پایدار مشاهده شده است

اول و مهم‌تر از همه، بر اساس داده‌های بررسی شده بیش از 6000 وسیله نقلیه الکتریکی، از همه مدل‌ها و ساخت‌های مختلف، باتری‌ها دارای سطح بالایی از سلامتی پایدار هستند. اگر نرخ تخریب مشاهده شده حفظ شود، اکثر یاتری‌ها عمر بیشتری نسبت به عمر کاربر پذیر وسایل نقلیه دارند.

مانند انسان‌ها، سلامتی با افزایش سن باتری‌ها رابطه مستقیم دارد

همانطور که انتظار می‌رود، هرچه وسیله نقلیه قدیمی‌تر باشد، باتری آن فرسوده‌تر شده است. با این حال، وقتی به میانگین آمار خودروهای برقی نگاهی بیاندازیم، متوجه روند کاهشی متوسط خواهیم شد – زیان تخریب بسیار ناچیز است، 2.3% در سال -. خبر خوب! اگر امروز یک خودروی الکتریکی خریداری کنید که برد 241.4 کیلومتری ( 150 مایل ) داشته باشد و طی 5 سال 27.3 کیلومتر ( 17 مایل ) برد قابل دسترس را از دست بدهد، امکان تأثیر گذاری منفی آن بر نیازهای روزانه شما بعید است.

آیا تخریب باتری خودروی برقی خطی (Linear) است؟

در حالی‌که این ابزار تخریب، کم و بیش روند خطی را نشان می‌دهد، به عنوان یک قاعده کلی، انتظار می‌رود باتری‌های خودروهای برقی (EV) غیر خطی کاهش پیدا کنند: افت اولیه که اتفاق افتاد، پس از آن همچنان رو به کاهش خواهد بود اما با سرعت بسیار متوسط‌تر. نزدیک به پایان عمر باتری، افت قابل توجهی مشاهده خواهد شد، همان‌طور که در جدول زیر نشان داده شده است.

خوشبحتانه برای رانندگان، باتری‌های معدودی بوده‌اند که به پایان عمر خود رسیده‌اند به نحوی که به ما فرصت پیش‌بینی مقطع احتمالی بروز این اتفاق را نمی‌دهد. ما همچنان به بررسی‌ها ادامه خواهیم داد تا ببینیم این تخریب غیر خطی (معروف به “پاشنه”) دقیقا چه زمانی شروع خواهد شد.

بین مدل‌ها، ساخت‌ها و سال‌های ساخت، تفاوت قابل توجهی وجود دارد.

از داده‌های ما به نظر می‌رسد، باتری‌های خودرو بسته به سال ساخت و مدل آن، نتایج مختلفی را به آزمایش زمان ما می‌دهند. چرا به نظر می‌رسد برخی از این مدل‌ها، به طور متوسط، سریعتر از سایر باتری‌ها فرسوده می‌شوند؟ دو عامل بالقوه، شیمی‌باتری و مدیریت حرارتی باتری هستند.

در حالیکه وسایل نقلیه الکتریکی از باتری‌های لیتیوم یونی استفاده می‌کنند، تفاوت‌های متنوعی در شیمی‌لیتیوم-یون وجود دارد (برجسته‌ترین تفاوت؛ مواد مورد استفاده در الکترودها). آرایش شیمیایی یک باتری بر نحوه واکنش آن به استرس تأثیر می‌‎گذارد. علاوه بر شیمی‌سلولی، تکنیک‌های کنترل دما در مدل‌های مختلف وسایل نقلیه متفاوت است. تمایز عمده در این است که آیا بسته باتری با هوا و یا با مایع خنک و یا گرم شده‌اند.

بیایید یک وسیله نقلیه با سیستم خنک کننده مایع را با یک وسیله نقلیه با سیستم خنک کننده هوای منفعل مقایسه کنیم: به‌ترتیب مدل S سال 2015 تسلا و مدل لیف سال 2015 نیسان. نیسان لیف دارای متوسط تخریب 4.2% در سال است در حالی‌که تسلا S دارای 2.3% تخریب سالانه است. مدیریت حرارتی خوب به معنای محافظت بهتر در برابر تخریب است.

حالت شارژ (SOC) و اثر بافر

یکی دیگر از دلایل پیش بینی شده برای تفاوت در سلامت باتری بین تولید کنندگان، نحوه کنترل حالت شارژ (SOC) است. استفاده از باتری تقریبا پر و یا تقریبا خالی، تأثیراتی منفی بر سلامت باتری دارد. برای محدود کردن این تأثیر، بسیاری از تولید کنندگان بافر را اضافه می‌کنند، که به طور موثری از راه‌یابی به انتهای SOC جلوگیری می‌کنند (در تصویر زیر نشان داده شده است).

مزید بر قرار دادن بافرهای حفاضتی در قسمت انتهای بالا و انتهای پایین باتری، بسیاری از خودروهای برقی، به صاحبان خود کمک می‌کنند تا شارژ عادی و روزانه دستگاه خود را در سطحی زیر 100% متوقف کنند.

آیا می‌دانستید؟

جلوگیری از شارژ افراط و تفریطی باتری، نه فقط برای سلامت باتری بلکه بر عملکرد وسیله نقلیه ایمن نیز مؤثر است! در انتهای شارژ باتری، باتری دیگر قادر به تأمین نیروی کامل نیست و تجربه رانندگی تحت تأثیر قرار خواهد گرفت. و در اصل، یک باتری با 100% شارژ از نظر شیمی‌باتری خالص، کاملا شارژ (پر از شارژ) نیست.

به طور مشابه، از نظر شیمی‌باتری خالص، 0% نیز کاملا خالی نیست. احتمالا دلیل آن‌که خیلی‌ها از آن بی‌خبرند این است که؛ صاحب خودرو به دلایل ایمنی و عمر باتری قادر به دسترسی به این قسمت از شارژ باتری نیست.

با کمک به روز رسانی نرم افزارهای بی‌سیم (Over-The-Air)، امکان تغییر اندازه بافر در طول زمان وجود دارد، همانطور که توسط برخی از دارندگان خودروهای تسلا در سال 2019 وقتی متوجه کاهش رأس رنج یا برد خودروی خود شدند. تسلا در حواب، اعلام کرد که این به روز رسانی برای ” محافظت از باتری و طول عمر آن” بوده است.

علاوه بر این، برخی از خودروسازان باتری‌هایی با سقف شارژ قابل تنظیم تعبیه می‌کنند، که کاربر می‌تواند از قبل تعیین کند که باتری در چه مرحله ای شارژ را متوقف کند (به عنوان مثال آنها می‌توانند به وسیله نقلیه بگویند که به جای 100٪، شارژ را در 75% متوقف کند). این ناحیه اختیار دارنده (B) در‌ترکیب با بافر غیر اختیاری (A) برای محدود کردن کارکرد باتری در مناطق و مواقعی که تخریب بیشتری دارند، کار می‌کند. در به روزرسانی‌های بعدی ابزار تخریب، ما قصد داریم تا تأثیر عملکرد مالک را در این منطقه اختیاری(B) و تأثیر ناشی از آن بر نرخ تخریب را بررسی کنیم.

بیایید یک نمونه را در نظر بگیریم. شورولت ولت (Chevrolet Volt)، به ویژه سالهای اولیه مدل، دارای بافرهای بزرگ محافظتی در برابر بالا و پایین ( مناطق A و D ) است که با افزایش سن باتری، به صورت پویا تغییر می‌کند. در حالی‌که، بافرهای بزرگتر به معنای صرف انرژی کمتر برای رانندگی است، باید به ماندگاری بیشتر باتری منجر شود. نرخ تخریب باتری ولت با توجه به بافرهای SOC بزرگتر، مدیریت حرارتی مایع و اندازه بافر حرکت (رو به کاهش) باید کندتر از میانگین باشد .

این‌جا را ببینید!

چه عوامل دیگری بر سلامت باتری تأثیر می‌گذارند؟

بر اساس داده‌های تله ماتیک موجود، ما قادر به ارزیابی تخریب باتری توسط عوامل مختلف که وسایل نقلیه در معرض آن بودند، هستیم و بررسی کنیم آیا ارتباطی با کاهش سلامت باتری دارند؟ این عوامل شامل:

• مصرف/ استفاده
• اقلیم‌های شدید و …
• نوع شارژ

ما امیدوار هستیم با گذشت زمان، که این بینش‌ها را به ابزار شناخت تخریب اضافه کنیم که بتواند وضعیت سلامت خودروی برقی را بهتر پیش بینی کند.

استفاده زیاد از وسیله نقلیه برابر با تخریب بیشتر باتری نیست

یکی از اطلاعات هیجان انگیزی که توانستیم از داده‌های خودرو‌های برقی جمع‌آوری کنیم این است که، وسایل نقلیه‌ای که زیاد استفاده شده‌اند لزوما از نظر آماری میزان تخریب باترب بالاتری را نشان نمی‌دهند. این خبر عالی است، زیرا با در پارکینگ نگه داشتن یک خودروی برقی، از هیچ کدام از مزایای آن بهره‌مند نخواهید شد.

نکته چیست؟ نگران قرار دادن خودروی الکتریکی خود در چرخه‌های کار پر استفاده نباشید. تا زمانی که آن‌ها در برد رانندگی روزانه خود باشند، هیچ تأثیر منفی بر باتری آن‌ها نخواهد گذاشت. احتیاط: اگر استفاده زیاد از خودروی الکتریکی شما به منزله استفاده روتین از شارژر پرسرعت DC می‌شود، حتما قسمت تأثیر نوع شارژر بر روی دستگاه خود را بخوانید.

وسایل نقلیه استفاده شده در اقلیم گرم ( دمای بالا) کاهش سریع SOH ( وضعیت سلامت) را نشان می‌دهد.

باتری در معرض دمای بسیار گرم مستعد آسیب بیشتر خواهد بود، اما تا چه حد؟ آیا EV در آریزونا عمر باتری متفاوتی نسبت به همان خودروی رانده شده در نروژ دارد؟ برای یافتن پاسخ، ما وسایل نقلیه را بر اساس شرایط آب و هوایی زیر دسته بندی کردیم:

• معتدل (کمتر از 5 روز در سال بالای 80 درجه فارنهایت – 27 درجه سلسیوس – و پایین 23 درجه فارنهایت – 5- درجه سلسیوس – است)
• گرم (بیشتر از 5 روز در سال بالای 80 درجه فارنهایت – 27 درجه سلسیوس – است)

همان‌طور که در زیر نشان داده شده است، وسایل نقلیه رانده شده در آب و هوای گرم نرخ کاهش قابل توجه سریعتری از خودروهای رانده شده در آب و هوای معتدل نشان داده اند. این برای شما که در اقلیم بسیار گرم زندگی و رانندگی می‌کنید نیست.

نگاهی به انواع شارژر‌های خودروهای برقی بیاندازیم

با استفاده از ایستگاه‌های شارژر در سراسر آمریکا، ما توانستیم شارژر مورد استفاده غالب را در سیستم خود بررسی کنیم. انواع مختلف شارژرها عبارتند از:

1.شارژر سطح 1 ( 120 ولت – یک شارژر خانگی معمولی در آمریکا )

2. شارژر سطح 2 ( 240 ولت – یک شارژر عادی برای منزل و یا جایگاه شارژ ناوگان)
3. شارژر سریع جریان مستقیم و یا به اختصار DCFC ( برای شارژ سریع باتری‌ها با خروجی موجود شارژر DC)

 برای بررسی اجمالی در مورد شارژر و هزینه‌های مربوطه، راهنمای ساده ما برای شارژ EV را مطالعه کنید. شارژر یک خودروی برقی در غالب جایگاه‌های شارژ اروپا به شارژ AC (که معمولا معادل شارژر سطح 2 یعنی 240 ولت می‌باشد) گفته می‌شود و شارژر DC (یا DCFC، همان‌طور که در بالا اشاره شد) .

در حالی‌که شارژر سطح 2 اغلب برای شارژ خودروی برقی روش بهینه‌ای معرفی شده است، تفاوت در سلامت باتری بین اتومبیل‌هایی که به طور مرتب در سطح 2 شارژ می‌شوند در مقایسه با کسانی که از شارژر سطح 1 استفاده می‌کردند قابل مشاهده است اما فراتر از سطح اهمیت آماری نبود.

شکل 7: تخریب باتری برای وسایل نقلیه‌ای که با شارژر سطح 1 شارژ می‌شوند در مقایسه با آن‌هایی که با شارژر سطح 2 شارژ می‌شوند.

با این‌حال، شارژرهای DCFC به نظر می‌رسد که بر سرعت تخریب باتری‌ها تأثیر می‌گذارند. شارژ سریع باتری به معنای جریان بالا است که منجر به افزایش دما می‌شود و هر دو عامل تضعیف باتری‌ها هستند. درواقع، بسیاری از خودروسازان، محدودیت استفاده از شارژ DCFC را برای طولانی کردن عمر باتری وسایل نقلیه خود پیشنهاد می‌کنند.

در این‌جا، ما تصمیم گرفتیم به تمام باتری‌های خودروهای الکتریکی با شرایط آب و هوایی یکسان نگاهی داشته باشیم (و تصمیم گرفتیم به حساس‌ترین گروه نگاه کنیم: آن‌هایی که در شرایط آب و هوایی شدید – تا 50 درجه سلسیوس در ماه‌های تابستان و دمای نزدیک به یخ زدن در شب – رانده می‌شوند)، و آن‌ها را بر اساس دفعات استفاده از DCFC طبقه بندی کردیم: هرگز، گاهی (1-3 بار در ماه)، غالبا (بیش از 3 بار در ماه).

تفاوت بین آن دسته از وسایل نقلیه که هرگز به DCFC شارژ نشدند و آن‌هایی که گاهی ( 1-3 مرتبه در ماه ) در آب و هوای گرم و موسمی‌از DCFC استفاده کرده‌اند قابل توجه است. در حالی‌که ممکن است فاکتورهای دیگری نیز بر این نتایج تأثیر گذار بوده باشند ( و با توجه به این‌که این آزمایش کنترل شده نبوده و فاکتورها از پیش تعیین شده نبودند)، شارژر سطح 2 با توان پایین‌تر باید در اولویت استفاده غالب قرار گیرد.

نکاتی برای طولانی‌تر کردن عمر باتری خودروی الکتریکی شما:

در حالی‌که تخریب باتری با توجه به مدل خودرو و شرایط خارجی مثل آب و هوا و نوع شارژر مصرفی متفاوت است، اما امروزه اکثر وسایل نقلیه با شیب بسیار کمی‌تخریب باتری را تجربه می‌کنند. در حقیقت، تخریب کلی بسیار متوسط ( و حتی می‌شود گفت تخریب ناچیز) بوده است و میانگین از دست رفتن ظرفیت 2.3% در سال بوده است. در شرایط آب و هوایی ایده‌آل و شرایط رعایت شده استفاده از شارژر، این درصد تخریب به 1.6% کاهش پیدا می‌کند.

در حالی‌که برخی موارد خارج از کنترل اپراتور ( راننده) هستند، اما روش‌هایی برای طولانی کردن عمر باتری خودروی الکتریکی شما نیز وجود دارد. ( باتری خودرو الکتریکی یا به اختصار BEV)

چند نکته برای عملکرد بهتر خودروی برقی شما:

• از نگه داشتن خودروی الکتریکی خود در وضعیت باتری 100% و یا 0% جلوگیر کنید. در حالت ایده‌آل SOC (وضعیت شارژ) را بین 20 تا 80% نگه دارید. مخصوصا برای زمان‌هایی که از آن استفاده زیادی نخواهید کرد – و تنها برای مسافت‌های طولانی آن را شارژ کنید.
• استفاده از DCFC را به حداقل برسانید. برخی از چرخه‌های مصرف بالا به DCFC نیاز دارند، اما اگر ماشین شما شب تا صبح در گاراژ منزلتان است بهتر است از شارژر سطح 2 استفاده کنید.
• مسلما آب و هوا یا اقلیم از کنترل راننده خارج است، اما برای جلوگیری از افزایش خارج از کنترل دما، می‌توانید نکاتی مثل پارک کردن زیر سایه درخت در یک روز بسیار گرم تابستانی را رعایت کنید.
• همان‌طور که در داده‌های بالا به آن برخوردیم؛ استفاده زیاد از خودروی الکتریکی نباید باعث نگرانی شما شود، اتفاقا یک خودروی الکتریکی در پارکینگ هیچ استفاده‌ای ندارد. و در نظر داشته باشید که در کل، مایل یا کیلومتر بیشتر طی شده برای وسیله نقلیه، تمرین مدیریت بهتر خودرو است.

نگران ظرفیت‌های کوچک از دست رفته باتری خودروی خود بر اثر زمان نباشید. از آن‌جا که بسته باتری ارائه شده به شما در یک EV به اندازه‌ای بزرگ است که از دست رفتن بعضی ظرفیت‌ها بر نیازهای روزمره رانندگی شما تأثیر نگذارد و نباید مزایای بسیاری که وسایل نقلیه الکتریکی ارائه می‌دهند را دست کم بگیرید.