สิ่งที่คุณอยากรู้เกี่ยวกับแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า

ความเร็วระยะทางแรงบิดและพารามิเตอร์ที่สำคัญทั้งหมดของรถยนต์ไฟฟ้าขึ้นอยู่กับข้อมูลจำเพาะของมอเตอร์และชุดแบตเตอรี่ที่ใช้ในรถยนต์เท่านั้น แม้ว่าการใช้มอเตอร์ที่ทรงพลังจะไม่ใช่เรื่องใหญ่ แต่ปัญหาอยู่ที่การออกแบบชุดแบตเตอรี่ที่สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าให้เพียงพอสำหรับมอเตอร์เป็นเวลานานโดยไม่ทำให้อายุการใช้งานลดลง เพื่อรับมือกับแรงดันไฟฟ้าและความต้องการในปัจจุบันผู้ผลิต EV ต้องรวมเซลล์หลายร้อยเซลล์เข้าด้วยกันเพื่อสร้างชุดแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์คันเดียว เพื่อให้ทราบว่า Tesla รุ่น S มีเซลล์ประมาณ 7,104 เซลล์และ Nissan Leaf มีประมาณ 600 เซลล์ จำนวนมากพร้อมกับลักษณะที่ไม่เสถียรของเซลล์ลิเธียมทำให้ยากต่อการออกแบบชุดแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า ในบทความนี้ให้เราสำรวจว่าชุดแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าออกแบบมาสำหรับ EV อย่างไรและอะไรคือตัวแปรสำคัญที่เกี่ยวข้องกับแบตเตอรี่ที่ต้องได้รับการดูแล

อะไรอยู่ในชุดแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า?

หากคุณได้อ่านบทความ Introduction to Electric vehicle คุณคงจะตอบคำถามได้แล้วในตอนนี้ สำหรับคนที่เพิ่งเริ่มใหม่ผมขอรีฝาเร็ว ๆ ภาพด้านล่างแสดงชุดแบตเตอรี่ของ Nissan Leaf ที่ถูกแยกออกจากกันจนถึงระดับเซลล์จาก Pack

รถยนต์ไฟฟ้าสมัยใหม่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมในการขับเคลื่อนรถยนต์เนื่องจากเหตุผลที่ชัดเจนบางประการซึ่งเราจะกล่าวถึงในบทความนี้ในภายหลัง แต่เหล่านี้แบตเตอรี่ลิเธียมมีเพียงประมาณ 3.7V ต่อเซลล์ในขณะที่, EV รถยนต์ต้องมีที่ไหนสักแห่งใกล้ 300V เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าสูงดังกล่าวและ Ah Rating เซลล์ลิเธียมจะรวมกันเป็นอนุกรมและชุดขนานเพื่อสร้างโมดูลและโมดูลเหล่านี้พร้อมกับวงจรป้องกัน (BMS) และระบบทำความเย็นบางส่วนจะถูกจัดเรียงไว้ในปลอกเชิงกลที่เรียกรวมกันว่าชุดแบตเตอรี่ดังที่แสดงด้านบน

ประเภทของแบตเตอรี่

ในขณะที่รถยนต์ส่วนใหญ่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียม แต่เราไม่ได้ จำกัด อยู่เพียงเท่านั้น เคมีของแบตเตอรี่มีให้เลือกหลายประเภท แบตเตอรี่โดยกว้างสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท

แบตเตอรี่หลัก: เป็นแบตเตอรี่ที่ไม่สามารถชาร์จใหม่ได้ นั่นคือสามารถเปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้าและไม่หนีบกลับกัน ตัวอย่างเช่นการใช้ถ่านอัลคาไลน์ (AA, AAA) สำหรับของเล่นและรีโมทคอนโทรล

แบตเตอรี่สำรอง: แบตเตอรี่เหล่านี้เป็นแบตเตอรี่ที่เราสนใจสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า สามารถเปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้าเพื่อขับเคลื่อน EV และยังสามารถเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเคมีอีกครั้งในระหว่างกระบวนการชาร์จ แบตเตอรี่เหล่านี้มักใช้ในโทรศัพท์มือถือ EV และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พกพาอื่น ๆ ส่วนใหญ่

แบตเตอรี่สำรอง:เป็นแบตเตอรี่ชนิดพิเศษที่ใช้ในการใช้งานที่ไม่เหมือนใคร ตามชื่อระบุว่าแบตเตอรี่จะถูกเก็บไว้เป็นพลังงานสำรอง (สแตนด์บาย) เกือบตลอดอายุการใช้งานและด้วยเหตุนี้จึงมีอัตราการคายประจุเองต่ำมาก ตัวอย่างเช่นแบตเตอรี่เสื้อชูชีพ

เคมีพื้นฐานของแบตเตอรี่

อย่างที่บอกไปก่อนหน้านี้มีสารเคมีมากมายสำหรับแบตเตอรี่ เคมีทุกชนิดมีข้อดีข้อเสียในตัวเอง แต่โดยไม่คำนึงถึงประเภทของเคมีมีบางสิ่งที่เป็นเรื่องธรรมดาสำหรับแบตเตอรี่ทั้งหมดให้เราดูพวกมันโดยไม่ต้องสนใจเคมีมากนัก

มีสามชั้นหลักในแบตเตอรี่พวกเขาเป็นแคโทดแอโนดและแยกเป็นแคโทดเป็นชั้นบวกของแบตเตอรี่และขั้วบวกคือชั้นลบของแบตเตอรี่ เมื่อโหลดเชื่อมต่อกับขั้วแบตเตอรี่กระแส (อิเล็กตรอน) จะไหลจากแอโนดไปยังแคโทด ในทำนองเดียวกันเมื่อเครื่องชาร์จเชื่อมต่อกับขั้วแบตเตอรี่การไหลของอิเล็กตรอนจะกลับด้านนั่นคือจากแคโทดไปยังแอโนดดังแสดงในรูปด้านบน

สำหรับแบตเตอรี่ใด ๆ ในการทำปฏิกิริยาทางเคมีที่เรียกว่าปฏิกิริยาลดออกซิเดชั่นควรเกิดขึ้น บางครั้งเรียกอีกอย่างว่าปฏิกิริยารีดอกซ์ ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นระหว่างแอโนดและแคโทดของแบตเตอรี่ผ่านอิเล็กโทรไลต์ (ตัวคั่น) ด้านแอโนดของแบตเตอรี่จะเต็มใจที่จะได้รับอิเล็กตรอนและด้วยเหตุนี้ปฏิกิริยาออกซิเดชั่นจะเกิดขึ้นและด้านแคโทดของแบตเตอรี่จะเต็มใจที่จะปล่อยอิเล็กตรอนให้หลุดออกไปและด้วยเหตุนี้การลดปฏิกิริยาจะเกิดขึ้น เนื่องจากไอออนของปฏิกิริยานี้จะถูกถ่ายโอนจากแคโทดไปยังด้านแอโนดของแบตเตอรี่ผ่านตัวคั่น ผลที่ตามมาจะมีไอออนสะสมในแอโนดมากขึ้น ในการทำให้ขั้วบวกนี้เป็นกลางจะต้องผลักอิเล็กตรอนจากด้านข้างไปยังแคโทด

แต่ตัวคั่นอนุญาตให้ไหลผ่านไอออนเท่านั้นและบล็อกการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจากขั้วบวกไปยังแคโทด ดังนั้นวิธีเดียวที่แบตเตอรี่จะถ่ายโอนอิเล็กตรอนได้คือผ่านขั้วด้านนอกนี่คือเหตุผลว่าทำไมเมื่อเราเชื่อมต่อโหลดเข้ากับขั้วของแบตเตอรี่เราจะได้กระแส (อิเล็กตรอน) ไหลคิดว่ามัน

ความรู้พื้นฐานทางเคมีของแบตเตอรี่ลิเธียม

เนื่องจากเรากำลังจะพูดคุยเกี่ยวกับแบตเตอรี่ลิเธียมเนื่องจากเป็นแบตเตอรี่ที่ต้องการมากที่สุดสำหรับ EV ช่วยให้คุณสามารถขุดเพิ่มเติมเกี่ยวกับเคมี มีหลายประเภทในแบตเตอรี่ลิเธียมอีกครั้งลิเธียมนิกเกิลโคบอลต์อะลูมิเนียม (NCA) โคบอลต์ลิเธียมนิกเกิลแมงกานีส (NMC) ลิเธียมแมงกานีสสปินแนล (LMO) ลิเธียมไททาเนต (LTO) ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP) มากที่สุด คนทั่วไป เคมีแต่ละชนิดมีลักษณะเฉพาะของตัวเองอีกครั้งซึ่งแสดงให้เห็นอย่างเรียบร้อยด้านล่างภาพโดย Boston Consulting group

ออกจากเหล่านี้นิกเกิลโคบอลต์ลิเธียมอลูมิเนียมที่ใช้มากที่สุดเพราะค่าใช้จ่ายต่ำเราจะเข้าไปดูพารามิเตอร์เหล่านี้เพิ่มเติมในบทความนี้ แต่สิ่งหนึ่งที่คุณสังเกตเห็นได้ทั่วไปคือลิเธียมมีอยู่ในแบตเตอรี่ทั้งหมด สาเหตุหลักมาจากการกำหนดค่าอิเล็กตรอนของลิเธียม อะตอมของโลหะลิเธียมเป็นกลางแสดงอยู่ด้านล่าง

มีเลขอะตอม 3 ตัวซึ่งหมายความว่าอิเล็กตรอนสามตัวจะอยู่รอบ ๆ นิวคลีเอสและเปลือกนอกสุดมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว ในระหว่างการเกิดปฏิกิริยาอิเล็กตรอนนี้จะถูกดึงออกมาด้วยเหตุนี้ทำให้เรามีอิเล็กตรอนหนึ่งตัวและลิเธียมไอออนที่มีอิเล็กตรอนสองตัวสร้างลิเธียมไอออน ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้อิเล็กตรอนจะไหลเป็นกระแสผ่านขั้วด้านนอกของแบตเตอรี่และลิเธียมไอออนจะไหลผ่านอิเล็กโทรไลต์ (ตัวคั่น) ระหว่างปฏิกิริยารีดอกซ์

พื้นฐานของแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า

ตอนนี้เรารู้แล้วว่าแบตเตอรี่ทำงานอย่างไรและใช้อย่างไรในรถยนต์ไฟฟ้า แต่ในการดำเนินการต่อจากนี้เราจำเป็นต้องเข้าใจคำศัพท์พื้นฐานบางประการที่มักใช้ในการออกแบบชุดแบตเตอรี่ ให้เราคุยกัน…

ระดับแรงดันไฟฟ้า:คะแนนทั่วไปสองอันดับที่คุณสามารถพบได้ในการทำเครื่องหมายบนแบตเตอรี่คือระดับแรงดันไฟฟ้าและระดับ Ah แบตเตอรี่ตะกั่วกรดมักเป็นแบตเตอรี่ 12V และแบตเตอรี่ลิเธียมมีขนาด 3.7V สิ่งนี้เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยของแบตเตอรี่ นี่ไม่ได้หมายความว่าแบตเตอรี่จะจ่าย 3.7V ตลอดทั้งขั้ว ค่าของแรงดันไฟฟ้าจะแตกต่างกันไปตามความจุของแบตเตอรี่ เราจะหารือ