پیش‌گرمایش باتری: پیش‌نیاز شارژ سریع در هوای سرد

باتری سرد جریان بالا را رد می‌کند؛ با پیش‌گرم کردن، قدرت شارژ می‌تواند از 50 کیلووات به بیش از 150 کیلووات جهش کند.
باتری سرد جریان بالا را رد می‌کند؛ با پیش‌گرم کردن، قدرت شارژ می‌تواند از 50 کیلووات به بیش از 150 کیلووات جهش کند.

این صفحه را به اشتراک بگذارید

پیش‌گرمایش باتری (پیش‌شرط‌بندی)، عملکرد مدیریت حرارتی است که باتری خودروی برقی را پیش از شارژ سریع به دمای کاری ایده‌آل می‌رساند. خودرو پیش از رسیدن به ایستگاه شارژ سریعی که در ناوبری وارد شده باتری را گرم می‌کند؛ به این ترتیب در هوای سرد، باتری لیتیم یونی بدون آنکه پذیرش شارژ آن کاهش یابد، توان بالا را با اطمینان دریافت می‌کند. نتیجه، زمان شارژ کوتاه‌تر، حفظ برد و عمر بیشتر باتری است.

نکات برجسته

  • دمای ایده‌آل شارژ تقریباً در بازه 15-35 درجه سانتی‌گراد قرار دارد؛ باتری سرد جریان بالا را نمی‌پذیرد.
  • پیش‌گرمایش معمولاً 20 تا 30 دقیقه طول می‌کشد؛ در حالت برنامه‌ریزی‌شده، 30 تا 60 دقیقه پیش از ساعت هدف فعال می‌شود.
  • باتری سرد در شارژ سریع می‌تواند با حدود 50 کیلووات شروع کند؛ باتری گرم‌شده 150 کیلووات را بی‌درنگ می‌پذیرد.
  • وقتی دمای هوا به زیر 10 درجه سانتی‌گراد می‌رسد، پیش‌گرمایش پیش از شارژ سریع DC توصیه می‌شود.
  • درحین اتصال به پریز، انرژی گرمایش از شبکه تأمین می‌شود و برد تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد.

چرا باتری در هوای سرد شارژ سریع را رد می‌کند؟

باتری لیتیم یونی با واکنش‌های شیمیایی کار می‌کند. وقتی دمای سلول‌ها پایین می‌آید، این واکنش‌ها کند می‌شوند، مقاومت داخلی باتری افزایش می‌یابد و هم توان‌دهی و هم پذیرش شارژ به‌طور محسوسی کاهش می‌یابد. این یک نقص طراحی نیست؛ واکنش طبیعی الکتروشیمی به دماست. خودروی برقی که در صبح یک روز سرد زمستانی به ایستگاه شارژ می‌رود، هر چقدر هم شارژر اعلام کند چه توانی می‌تواند بدهد، باتری آن توانِ دریافت‌شدنی در وضعیت مناسبی نیست.

خودروها این وضعیت را با محدودیت توان مدیریت می‌کنند. وقتی شارژ سریع روی باتری سرد آغاز می‌شود، سیستم جریان را پایین نگه می‌دارد و با گرم‌شدن تدریجی سلول‌ها به‌وسیله خودِ جریان شارژ، توان را به‌تدریج افزایش می‌دهد. نتیجه خالص آن، طولانی‌شدن زمان شارژ است: خودرو ناچار است بخشی از انرژی دریافتی از ایستگاه را ابتدا صرف گرم‌کردن باتری کند. با توجه به اینکه در سرمای شدید افت برد می‌تواند تا 40 درصد برسد، دمای پایین دو هزینه دوسویه روی خودروی برقی دارد: هم انرژی بیشتر به‌ازای هر کیلومتر و هم انتظار طولانی‌تر در هر توقف.

خطر نامرئی شارژ سرد: رسوب لیتیم (lithium plating)

طولانی‌شدن زمان، جنبه کم‌اهمیت‌تر ماجراست. وقتی جریان شارژ بالا به باتری سرد اعمال می‌شود، یون‌های لیتیم نمی‌توانند به‌طور یکنواخت روی سطح آند جای بگیرند و به‌صورت لیتیم فلزی انباشته می‌شوند. به این پدیده lithium plating (رسوب لیتیم) گفته می‌شود و از شناخته‌شده‌ترین علل افت دائمی ظرفیت است؛ در مراحل پیشرفته خطر اتصال کوتاه داخلی نیز ایجاد می‌کند. آسیبی که شارژ در سرما وارد می‌کند با سرعت شارژ متناسب است - هرچه سریع‌تر شارژ کنید، آسیب بیشتر است.

وظیفه اصلی پیش‌گرمایش دقیقاً همین‌جا آشکار می‌شود: رساندن باتری به دمایی که بتواند جریان شارژ بالا را با اطمینان بپذیرد. بدین ترتیب شارژ سریع هم سریع می‌شود و هم از نظر سلامت باتری ایمن.

پیش‌گرمایش چگونه کار می‌کند و چگونه فعال می‌شود؟

ستون فقرات پیش‌گرمایش، سامانه مدیریت باتری است که در خودروهای برقی مدرن به استانداردی رایج تبدیل شده است. BMS دماهای سلول‌ها را به‌طور مداوم زیر نظر دارد و از طریق مدار مدیریت حرارتی، در صورت نیاز فرمان گرمایش یا سرمایش را اجرا می‌کند. انرژی مورد استفاده برای گرم کردن باتری را می‌توان از گرمای تولیدشده توسط موتور و الکترونیک قدرت در طول رانندگی بین ایستگاه‌های شارژ نیز بازیابی کرد؛ این رویکرد، مدیریت حرارتی را به بخشی از بودجه کل انرژی تبدیل می‌کند.

رایج‌ترین محرک: ناوبری

این سامانه در بیشتر خودروها به‌صورت خودکار کار می‌کند: وقتی راننده یک ایستگاه شارژ سریع DC را به‌عنوان مقصد در ناوبری وارد می‌کند، خودرو زمان باقی‌مانده مسیر را محاسبه می‌کند و باتری را طوری گرم می‌کند که در لحظه ورود به دمای ایده‌آل باشد. راننده نیازی به انجام کار دیگری ندارد؛ آماده‌سازی حرارتی به بخشی از رانندگی تبدیل می‌شود.

فعال‌سازی دستی

اگر ایستگاه شارژ مقصد روی نقشه نباشد یا مسیر شما متغیر باشد، کارها کمی پیچیده‌تر می‌شود. به همین دلیل بسیاری از سازندگان فعال‌سازی دستی را نیز ارائه می‌دهند: پیش‌گرمایش را می‌توان از طریق منوی سیستم سرگرمی اطلاعات یا اپلیکیشن تلفن همراه متصل آغاز کرد. نکته‌ای که باید مورد توجه قرار گیرد این است: برخی خودروها پیش‌گرمایش را تنها زمانی فعال می‌کنند که از طریق ناوبری داخلی خودشان یک ایستگاه شارژ انتخاب شود؛ در صورت استفاده از یک اپلیکیشن ناوبری خارجی، ممکن است سامانه فعال نشود. بررسی اینکه کدام سناریو در خودروی شما کاربرد دارد، از راهنمای خودرو تنها پنج دقیقه وقت می‌برد و در هر سفر زمستانی بعدی به کارتان می‌آید.

پیش‌گرمایش زمان‌بندی‌شده

راه سوم، سپردن زمان‌بندی به سامانه است. در حالت زمان‌بندی‌شده، تقریباً 30 تا 60 دقیقه قبل از ساعت مقصد حرکت، پیش‌گرمایش در حالی آغاز می‌شود که خودرو به برق متصل است. چون انرژی از شبکه تأمین می‌شود، هیچ بخشی از ظرفیت باتری مصرف نمی‌شود، برد حفظ می‌شود و باتری کمکی 12 ولت از چرخه‌های تخلیه غیرضروری دور می‌ماند. اما پیش‌گرمایش در خودرویی که از برق جدا شده است، انرژی را از باتری و به‌طور غیرمستقیم از سامانه 12 ولت می‌کشد؛ این موضوع پس از دوره‌های طولانی پارک بودن می‌تواند یک بار ناخواسته باشد.

تأثیر بر زمان شارژ: تفاوت ملموس چقدر است؟

Donmuş bir batarya şarja 50 kW ile başlarken, ön ısıtılmış batarya aynı durağa ~150 kW gücüyle girer ve durak başına 10 dakikaya kadar kazandırır.

مقایسه چشمگیر از اندازه‌گیری‌های توان در هوای سرد به دست می‌آید: باتری پیش‌گرمایش‌شده، به‌محض شروع شارژ سریع DC می‌تواند توانی تا 150 کیلووات را بپذیرد. اما باتری بدون پیش‌گرمایش در همان ایستگاه با توانی حدود 50 کیلووات آغاز می‌کند و تنها با گرم شدن تدریجی سلول‌ها توسط جریان شارژ، توان را افزایش می‌دهد. باارزش‌ترین بخش منحنی شارژ، ناحیه اوج در دقایق اول است؛ پیش‌گرمایش مانع از آن می‌شود که با باتری سرد وارد این ناحیه شوید.

این تفاوت در همه شرایط یکسان نیست. در هوای معتدل، سود محدود می‌ماند؛ در سرمای ملایم، تجربه کاربران به صرفه‌جویی 5 تا 10 دقیقه‌ای در هر توقف اشاره دارد. در مقابل، در باتری‌ای که شبانه در فضای باز پارک شده و هسته‌اش یخ زده است، تفاوت بسیار بزرگ‌تر است. قاعده کلی این است: هرچه دمای محیط کاهش یابد و دمای اولیه باتری از بازه ایده‌آل دورتر شود، بازگشت سرمایه پیش‌گرمایش بیشتر می‌شود.

شرطرویکردنتیجه
باتری پیش‌گرمایش‌شده، هوای سردشارژ با توان حدود 150 کیلووات آغاز می‌شودسربالایی در قله، توقف کوتاه
باتری سرد، بدون پیش گرم کردنشارژ را با حدود 50 کیلووات آغاز می کندتوان به تدریج افزایش می یابد و جلسه طولانی می شود
گرمایش برنامه ریزی شده هنگام اتصال به شارژرانرژی از شبکه برق گرفته می شودبرد حفظ می شود و زمان کوتاه تر می شود
گرم کردن هنگام رانندگیانرژی از باتری مصرف می شودعارضه لحظه ای برد، توقف کوتاه

تاثیر بر برد: آیا از برد می گیرد یا به آن می افزاید؟

در این بخش باید تفکیک صادقانه ای انجام داد، زیرا دو افق زمانی متفاوت در میان است. از نگاه لحظه ای، پیش گرم کردن هنگام رانندگی انرژی را از باتری می کشد؛ یعنی در آن سفر مقداری از برد خود را از دست می دهید. اما در بلندمدت تصویر برعکس می شود: پیش تنظیم دما با نگه داشتن باتری در دمای ایده آل، کل انرژی مصرفی برای گرم و سرد کردن را کاهش می دهد و به افزایش مسافت قابل پیمایش با هر بار شارژ کمک می کند. همچنین استراتژی های فعال گرمایش باتری می توانند در شروع سرد، برد را تا 18.8 درصد افزایش دهند؛ مدیریت حرارتی مجهز به پمپ حرارتی نیز در دمای محیط 0 درجه سانتیگراد می تواند برد را تا 20 درصد بهبود بخشد.

نتیجه عملی این است: هزینه بردی که برای گرم کردن باتری تا رسیدن به ایستگاه شارژ می پردازید، با زمانی که در توقف به دست می آورید و ظرفیت باتری محافظت شده در بلندمدت جبران می شود. اگر هنگام اتصال به شارژر گرم کنید، این هزینه از قبل صفر است. اگر قصد سفر طولانی در زمستان دارید، گرم کردن کابین را نیز قبل از حرکت و هنگام اتصال به برق انجام دادن، بخشی از همین منطق است.

عمر باتری: چرا هر شارژی برابر نیست؟

کمتر دیده شده اما ارزشمندترین اثر پیش گرم کردن، مربوط به عمر باتری است. می دانیم که شارژ سریع در سرما باعث لایه نشانی لیتیم می شود و این انباشت ظرفیت باتری را به طور دائمی کاهش می دهد؛ میزان آسیب با سرعت شارژ رابطه مستقیم دارد. نگه داشتن باتری در محدوده دمایی ایده آل، تنش حرارتی را کاهش می دهد و به افزایش طول عمر کلی باتری کمک می کند. گرم کردن از پیش خودرو و باتری در هوای سرد، اتلاف انرژی را کاهش می دهد و به سالم ماندن بسیار طولانی تر باتری کمک می کند.

در برابر این تصویر، یک اعتراض نیز شنیده می شود: دیدگاه کاربرانی که معتقدند گرم کردن پیش از رانندگی عمر را مستقیماً افزایش نمی دهد و شارژ از قبل باتری را به عنوان محصول جانبی گرم می کند. برای رانندگانی که در اقلیم های معتدل زندگی می کنند و به ندرت باتری خود را در معرض دمای یخ زدگی قرار می دهند، درست است که برخی خودروها سال ها بدون پیش تنظیم دما بدون مشکل کار کرده اند. قضاوت عملی به اقلیم و الگوی استفاده بستگی دارد: برای کاربری که هر روز به طور منظم شارژ سریع انجام می دهد و زمستان ها بیرون پارک می کند، پیش گرم کردن بی تردید ارزش دارد؛ اما برای کسی که شب ها در گاراژ پارک می کند و عمدتاً از شارژ AC استفاده می کند، ممکن است حاشیه ای بماند.

چه زمانی و چگونه باید انجام داد؟ راهنمای عملی

مواردی که پیش تنظیم دما ارزش ایجاد می کند، به روشنی از هم جدا می شوند:

  • وقتی دمای هوا به زیر 10 درجه سانتیگراد می رسد، به ویژه پیش از شارژ سریع DC.
  • پس از پارک شدن خودرو در شب بیرون، در حالی که باتری سرد شده است.
  • پیش از سفر طولانی زمستانی، اگر در مسیر توقف های شارژ سریع وجود دارد.
  • در مواردی که شارژ به ساعات اولیه و سردترین زمان روز برنامه ریزی شده است.

در سمت نرم‌افزار سه روش وجود دارد: وارد کردن ایستگاه شارژ در سیستم ناوبری (خودکار)، شروع دستی از طریق سیستم اینفوتینمنت یا اپلیکیشن، یا برنامه‌ریزی بر اساس ساعت حرکت. انجام این کار در حین اتصال دوشاخه همیشه کارآمدترین گزینه است. مصرف انرژی گرم کردن پایین است و با زمان صرفه‌جویی‌شده در شارژ سریع به‌خوبی جبران می‌شود؛ با این حال، پیش‌گرمایش بدون دوشاخه از باتری و سیستم 12V انجام می‌شود، بنابراین به‌ویژه پس از پارک طولانی، حالت برنامه‌ریزی‌شده ترجیح داده شود.

یک پرسش رایج این است که آیا پیش از شارژ AC و شارژ آهسته پیش‌گرمایش لازم است یا خیر. در بیشتر موارد پاسخ منفی است: شارژ آهسته باتری سرد را بسیار کمتر تحت فشار قرار می‌دهد و نیاز به گرم کردن باتری را تا حد زیادی از بین می‌برد. از طرف دیگر به خاطر داشته باشید که پیش‌شرط‌بندی فقط مخصوص زمستان نیست؛ در هوای گرم نیز وقتی دمای باتری از محدوده ایده‌آل بالاتر می‌رود، به منظور خنک‌سازی پیش از شارژ فعال می‌شود.

نتیجه‌گیری: آماده‌سازی حرارتی کوچک، دستاورد بزرگی در بهره‌وری

پیش‌گرمایش باتری کارکردی است که در داشبورد دیده نمی‌شود اما تجربه شارژ را مستقیماً تعیین می‌کند. شروع شارژ باتری سرد با 50 کیلووات به جای 150 کیلووات به معنای از دست دادن باارزش‌ترین بخش منحنی شارژ است؛ و ریسک پدینه‌شدن لیتیوم از بعد زمان فراتر رفته و به عمر باتری آسیب می‌زند. در ماه‌های زمستان عادت کنید ایستگاه شارژ سریع خود را در ناوبری وارد کنید، از گرمایش برنامه‌ریزی‌شده در حین اتصال دوشاخه استفاده کنید و بدانید که برای شارژ AC به تلاش اضافی نیاز نیست. مدیریت حرارتی، یک تصمیم مهندسی در خودروی برقی است که به اندازه عملکرد، عمر را نیز خریداری می‌کند - و استفاده درست از آن بر عهده راننده است.

منابع