تکنولوژی جدید باتری خودروهای الکتریکی ، شارژ در ۱۰ دقیقه

تکنولوژی جدید خودروهای الکتریکی به گونه‌ای است که الکترون‌ها مانند بنزین در باک خودرو جاری شوند

آیا ممکن است که باتری‌ها و خودروهای الکتریکی مسیر اشتباهی را در پیش گرفته باشند؟ شاید باید به‌جای اینکه به دنبال ترکیبات شیمایی بهتر برای تولید باتری با نیرویی بیشتر باشیم، در جستجوی سیستم و روش شارژی جدید تر و بهتر باشیم، نظر شما چیست؟

شرکت GBatteries، استارت آپ کوچکی که در خارج از پایتخت کاندا و در شهر Ottawa فعالیت می‌کند مدعی شده است که شارژری تولید کرده است که می‌تواند نیمی از ظرفیت باتری های شورلت Bolt الکتریکی را ظرف ۵ دقیقه شارژ نماید، همچنین در عرض ۱۰ دقیقه می تواند تمامی ظرفیت باتری این خودرو را شارژ کند. در اینجا این سوال بوجود می آید که در صورتی که امکان سوخت گیری خودرو های الکتریکی در یک توقف کوتاه فراهم شود آیا باز هم به خودروهای پیل سوختی یا بنزینی نیازی داریم؟

این تکنولوژی ابتدا یک پروژه ی ساده در یک آزمایشگاه زیرزمینی بود که توسط Nick و Tim Sherstyukموسسان شرکت GBatteries دنبال می‌شد. هدف اصلی این آزمایش افزایش طول عمر کوتاه باتری‌های تلفن بود نه کاهش مدت زمان شارژ خودرو به وسیله‌ی ایجاد تغییر اساسی در روش شارژ آنها. تصاویر شورلت Bolt در ادامه به نمایش در آمده است.

شارژرهای لیتیوم-یون امروزی تا میزانی که مدار وسیستم شارژ این اجازه را به آنها دهد با پمپاژ الکترون‌ها به داخل باتری تخلیه شده ‌کار خود را آغاز می‌کنند. سپس هنگامی که ولتاژ باتری به حداکثر سطح ایمن افزایش می‌یابد، جریان به‌تدریج کم می‌شود در حالی که ولتاژ ثابت پمپاژ را حفظ می‌کند. روش جریان ثابت-ولتاژ ثابت (CCCV) باعث می‌شود برخی از یون‌های لیتیوم در برخورد با یکدیگر متلاشی شوند، مخصوصاً در هنگام شارژ سریع با قدرت بالا و در حالی‌ که برای انتقال از آند به سمت کاتد شتاب می‌گیرند. وقتی این اتفاق می‌افتد، چنین یون‌هایی دیگر مفید نیستند و موجب کاهش عمر باتری می شوند.

Tim Sherstyuk مدیر بخش تجاری شرکت GBatteries، فرایند انتقال لیتیوم یون‌های شارژ شده به کاتد را شبیه به غربال کردن برنج توصیف می‌کند. در این عمل اگر دانه‌های برنج را روی صفحه ی مشبک غربال فشار دهیم، دانه‌ها به‌راحتی می‌شکنند و از بین می روند. در فناوری GBatteries نیز جریان به ‌آرامی تغییر می‌یابد و این دقیقاً مانند تکان دادن ملایم غربال برای پایین رفتن دانه‌های برنج است. در ادامه گاهی اوقات و طی مدت زمان بسیار کمی جریان برعکس می‌شود که این فرایند نیز بسیار شبیه بالا انداختن و برگرداندن دانه‌های برنج روی صفحه غربال برای بازآرایی است. چنین کاری باعث می‌شود تا یون‌ها ایمن‌تر و سریع‌تر از قطب‌های باتری عبور کنند.

با جستجویی ساده در گوگل می‌توان تحقیقات بسیاری را در رابطه با شارژ تپشی (pulsed charging) یافت، اما راز GBatteries در طبیعت تطبیق پذیر فرکانس پالس‌دهی نهفته است که به ‌طور مداوم پارامترهایی مانند دامنه، پهنا و دوره پالس‌دهی (تناوب) را تغییر می‌دهد. هوش مصنوعی که در کنترلر برنامه‌ریزی‌ شده است، مسئولیت نظارت مداوم بر امپدانس باتری یا مقاومت موجود در برابر جریان را دارد، همچنین نرخ پالس‌دهی را برای کمینه کردن امپدانس تنظیم می نماید و با کاهش دمای باتری، از خراب شدن یون‌ها و کاهش عمر باتری جلوگیری می کند.

در تست‌های آزمايشگاهی، در شارژ سريع باتری‌ها از ۲۵ تا ۹۵ درصد از هر دو متد استفاده شد (شارژ تپشی و جریان ثابت-ولتاژ ثابت). محققان GBatteries دریافتند که پس از ۱۷ بار شارژ مجدد، ظرفیت مفید باتری‌های CCCV تا حدود ۸۳ درصد ظرفیت اولیه کاهش یافت، درحالی‌ که باتری‌های شارژ تپشی پس از ۱۱۰ بار شارژ هنوز دارای ۸۵ درصد ظرفیت شارژ اولیه خود بودند.

این آزمایش‌ها روی باتری‌های کوچک صورت گرفته اند، و نتایج تحسین برانگیز مربوط‌ به شارژ خودروی برقی شورولت بولت از مدلسازی‌های کامپیوتری به دست آمده است. نمونه‌ی اولیه شارژر های خودروهای الکتریکی تا اواخر سال جاری میلادی معرفی خواهد شد. همچنین این نکته را در نظر داشته باشید که برای شارژ ۵۰ درصدی ظرفیت باتری طی ۵ دقیقه، به شارژری نیاز داریم که نرخ شارژ آن پنج برابر ظرفیت باتری باشد. یعنی برای باتری با ظرفیت ۶۰ کیلووات ساعت، به شارژری با نرخ شارژ ۳۰۰ کیلوات نیازمندیم.

GBatteries برای فعال سازی سیستم شارژر پالسی خود در ماشین‌ها، باید سخت‌افزار (یک فیلتر قدرت برای ایجاد شکل و حالت موج مانند) و نرم‌افزار توسعه‌ یافته ای را در درون خودرو ها جای گذاری نماید، که البته این شرکت برای تحقق این امر در حال مذاکره با چند تولید کننده ی مختلف می باشد. اما مسیر سریع ‌تر ورود به بازار، ادغام این فناوری در شارژرهای سریع DC و در عین حال به‌روزرسانی ‌های مرتب نرم‌افزاری توسط تأمین‌کنندگان برای خودروهای برقی است تا آن‌ها بتوانند پروتکل‌های جدید شارژ را مورد استفاده قرار دهند. همچنین انتظار می‌رود که فناوری GBatteries بتواند با ترکیبات تمام باتری‌های موجود در بازار سازگاری داشته باشد.

تصور کنید ایستگاه ‌های شارژی که هر روز توسط تعداد انگشت‌شماری از خودرو های الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند، با تعداد زیادی از ایستگاه‌های شارژ عمومی که به این فناوری مجهز شده اند و صد ها خودرو از آنها استفاده می کنند جایگزین شوند. در این صورت، تعداد این شارژر های سودمند می‌تواند به صورت عادی افزایش یابد. همچنین به خودرو های الکتریکی این اجازه را می‌دهند که بصورت نرمال و بدون اینکه دغدغه‌ی طی مسافت توسط آنها وجود داشته باشد عمل نمایند، زیرا رانندگان می‌توانند همانند گذشته، به راحتی در مسیر خودروی خود را سوخت رسانی کنند.

به نظر می‌رسد که اجرایی شدن پروژه‌ی GBatteries نقطه ی عطفی در فروش خودروهای برقی خواهد بود. همچنین در صورت عملی شدن آن تقاضا برای خرید خودروهای مجهز به پیل سوختی هیدروژنی نیز با کاهش قابل توجهی روبه‌رو خواهد شد.

منبع: motortrend