مع التطور السريع للسيارات الكهربائية في الصين، قامت العديد من دول العالم بشراء السيارات الكهربائية الصينية. تستخدم بعض العلامات التجارية الصينية للسيارات الكهربائية تقنية الشحن الفائق السرعة لشحن البطارية، لكن بعض المستخدمين يشيرون إلى أنه لا ينبغي استخدام الشحن الفائق السرعة بشكل متكرر. وردًا على هذا القلق، أجرينا تحليلًا شاملًا يعتمد على تأثير الشحن السريع للسيارات الكهربائية على البطاريات، من خلال الجمع بين التكنولوجيا الأصلية والحالات الفعلية.
مبدأ تقنية الشحن السريع للغاية
تستخدم تقنية الشحن السريع للغاية تيارًا مباشرًا لحقنه مباشرة في مجموعة البطارية، مما يحقق إدخالًا سريعًا للطاقة الكهربائية من خلال الجهد العالي (400-800 فولت) والتيار الكبير (300-500 أمبير). جوهرها هو تحقيق تجديد سريع للطاقة عن طريق تقصير الوقت الذي تستغرقه أيونات الليثيوم للهجرة من القطب الموجب (مثل المواد الثلاثية NMC) إلى القطب السالب (المواد القائمة على الجرافيت أو السيليكون).
كيمياء شحن البطارية
عند شحن بطارية ليثيوم أيون، يجب فصل أيونات الليثيوم عن القطب الموجب، والمرور عبر المنحل بالكهرباء والفاصل، ثم دمجها في مادة القطب السالب. يؤدي الشحن السريع إلى هجرة أيونات الليثيوم بسرعة كبيرة، مما قد يؤدي إلى حدوث المشكلات التالية:
ترسب الليثيوم في القطب السالب: لا يتم دمج أيونات الليثيوم بشكل كامل في القطب السالب تحت التيار العالي، ويتم ترسيبها في شكل ليثيوم معدني لتشكيل شجيرات الليثيوم؛
تحلل الإلكتروليت: تعمل درجة الحرارة العالية على تسريع أكسدة وتحلل الإلكتروليت، مما يؤدي إلى توليد الغاز وتكثيف طبقة واجهة الإلكتروليت الصلبة (طبقة SEI)؛
الإجهاد الهيكلي: يؤدي إدخال/استخراج أيونات الليثيوم السريع إلى زيادة تمدد وانكماش حجم مواد الأقطاب الكهربائية، مما يؤدي إلى حدوث شقوق دقيقة.
انخفاض عمر البطارية
سيؤدي الشحن السريع إلى تقليل عدد دورات البطارية. تظهر بيانات المختبر أن الشحن السريع المتكرر (أكثر من 3 مرات في الأسبوع) قد يقلل من عمر دورة البطارية بنسبة 20٪ -30٪، ويرجع ذلك أساسًا إلى ارتفاع درجة الحرارة التي تسرع التفاعلات الجانبية والسماكة غير القابلة للعكس لفيلم SEI.
فقدان القدرة
وأظهر تحليل حالة إحدى العلامات التجارية أن سعة بطارية المركبات التي تستخدم الشحن السريع بشكل متكرر انخفضت بنسبة 15% في المتوسط على مدى عامين (مقارنة بنسبة 8% للمركبات ذات الشحن البطيء). يرتبط هذا بشكل مباشر بتمزق الغشاء شبه المنفذ للقطب السالب وفقدان المواد الفعالة.
تحديات الإدارة الحرارية
يُظهر اختبار شاحن Tesla V3 الفائق أن درجة حرارة مجموعة البطارية يمكن أن تصل إلى أكثر من 45 درجة مئوية أثناء الشحن السريع (الشحن البطيء عادةً ما يكون ≤35 درجة مئوية). ستؤدي درجات الحرارة المرتفعة على المدى الطويل إلى تسريع تطاير الإلكتروليت وانهيار شبكة مادة القطب الكهربي، مما يتسبب في انخفاض السعة.
ضرر على مستوى المواد
تقشير طبقة الجرافيت ذات القطب السالب: يسبب التيار العالي تضمين أيونات الليثيوم غير المتساوي وتقسيم طبقة الجرافيت إلى طبقات؛
إذابة المعدن القطبي الموجب: تذوب أيونات المعادن مثل النيكل والكوبالت والمنجنيز تحت الجهد العالي، مما يؤدي إلى تدمير استقرار القطب.
بيانات CATL التجريبية
تم إخضاع بطارية NCM811 لاختبار دورة شحن سريع 1.5C (حوالي 30 دقيقة للشحن إلى 80٪). بعد 800 دورة، كان معدل الاحتفاظ بالسعة 78% فقط، في حين وصل معدل الاحتفاظ بمجموعة الشحن البطيء 0.5C إلى 92%.
بحث سيناريو المستخدم
تظهر الإحصائيات من منصة تشغيل سيارات صينية معروفة (بمعدل شحنتين سريعتين يوميًا) أن انخفاض سعة بطاريات المركبات العاملة يزيد عمومًا عن 25% في 3 سنوات، وهو أعلى بكثير من 12% للسيارات الخاصة (بمعدل أقل من 50 شحنة سريعة سنويًا).
استراتيجية الأولوية
الشحن اليومي هو في الأساس شحن بطيء (يوصى بالشحن السريع ≤ مرة واحدة في الأسبوع)؛
تجنب بدء الشحن السريع عندما تكون درجة حرارة البطارية أعلى من 40 درجة مئوية.
تحسين عادات الشحن
بعد الشحن السريع إلى 80%، قم بالتبديل إلى الشحن البطيء لتقليل ضغط الشحن عالي الجهد في النهاية؛
بعد رحلة طويلة، اترك البطارية لتبرد لمدة 30 دقيقة قبل شحنها.
تدابير التعويض الفني
يمكن للجيل الجديد من البطاريات (مثل بطاريات CATL Kirin وبطاريات BYD blade) تقليل معدل التوهين للشحن السريع إلى أقل من 3٪ سنويًا من خلال التبريد ثلاثي الأبعاد وتصميم القطب المرن.
وبالإضافة إلى تحليل الاستخدام المتكرر للشحن فائق السرعة في المركبات الكهربائية، تعلمنا أن الشحن فائق السرعة له تأثير سلبي كبير على عمر البطارية وأدائها، ولكن يمكن التخفيف من ذلك بشكل فعال من خلال استراتيجيات الاستخدام المعقولة وتقنيات البطاريات الجديدة. يوصى المستخدمين بموازنة كفاءة الشحن وصحة البطارية وفقًا للاحتياجات الفعلية.
