อากาศร้อนทำให้แบตเตอรี่ EV แก่ตัวลงอย่างไร?

ที่อุณหภูมิ 38 องศา รถยนต์ไฟฟ้าอาจสูญเสียระยะทางวิ่งได้ถึง 17-18 เปอร์เซ็นต์ และการสูญเสียนี้ไม่สามารถกู้คืนได้
ที่อุณหภูมิ 38 องศา รถยนต์ไฟฟ้าอาจสูญเสียระยะทางวิ่งได้ถึง 17-18 เปอร์เซ็นต์ และการสูญเสียนี้ไม่สามารถกู้คืนได้

แชร์หน้านี้

อากาศร้อนทำให้แบตเตอรี่ของยานยนต์ไฟฟ้าเสื่อมสภาพผ่านทางเคมีพื้นฐานของมัน: การสัมผัสเป็นเวลานานที่อุณหภูมิเกิน 30 °C จะเร่งปฏิกิริยาข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์ภายในเซลล์ และปฏิกิริยาเหล่านี้นำไปสู่การสูญเสียความจุและการเพิ่มขึ้นของความต้านทานภายในแบบไม่สามารถย้อนกลับได้ ต่างจากอากาศหนาว การเสื่อมสภาพที่เกิดจากความร้อนเป็นแบบถาวร

สิ่งที่น่าสนใจ

  • การสัมผัสเป็นเวลานานที่อุณหภูมิเกิน 29 °C (85 °F) ถูกระบุว่าเป็นเกณฑ์วิกฤตที่เร่งการเสื่อมสลายของเคมีแบตเตอรี่
  • ในสภาพแวดล้อม 38 °C ระยะทางการวิ่งอาจลดลงได้ถึง 17-18%
  • ที่อุณหภูมิ 45 °C อายุการใช้งานของเซลล์ NMC อาจต่ำกว่าค่าที่ระบุบนฉลากถึง 40-50%
  • EV ที่ใช้ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวในการใช้งานปกติจะยังคงรักษาความจุไว้ที่ 80-85% หลังการใช้งาน 100,000-150,000 ไมล์
  • การผสมผสานระหว่างอุณหภูมิสูงและระดับการชาร์จสูงเป็นคู่สาเหตุที่เร่งความชราตามปฏิทินได้เร็วที่สุด

หนาวชั่วคราว แต่ร้อนถาวร

นี่คือประเด็นที่ผู้ใช้ยานยนต์ไฟฟ้าสับสนบ่อยที่สุด อากาศหนาวลดประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลงชั่วคราว: เมื่อเซลล์อุ่นตัวได้เพียงพอ ระยะทางการวิ่งและกำลังจะกลับมา แต่อากาศร้อนไม่ทำงานแบบนั้น อุณหภูมิสูงจะเปลี่ยนโครงสร้างภายในเซลล์ไปจริง; ทำลายวัสดุของขั้วไฟฟ้าและเริ่มต้นการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ การสูญเสียระยะทางในเช้าวันหนาวหนึ่งจะได้รับการชดเชยในตอนเย็น แต่การสูญเสียของแบตเตอรี่ที่จอดกลางแดดตลอดฤดูร้อนหนึ่งนั้นไม่สามารถชดเชยได้

ด้วยเหตุนี้ การเสื่อมสภาพส่วนใหญ่จึงเป็นแบบทางเดียว การเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่อยู่เบื้องหลังการสูญเสียความจุและการเพิ่มขึ้นของความต้านทานภายในไม่สามารถย้อนกลับได้; ความเสียหายที่สะสมในฤดูร้อนจะไม่หายไปในฤดูใบไม้ร่วง จากมุมมองทางวิศวกรรม มีกลไกการเสื่อมสภาพพื้นฐานสี่ประการ: ความร้อน การคายประจุลึก ความร้อนที่เกิดจากการชาร์จเร็ว และความชราตามปฏิทิน ในบรรดาปัจจัยเหล่านี้ ความร้อนเป็นปัจจัยที่ควบคุมได้มากที่สุด - และด้วยเหตุนั้นจึงมีความสำคัญที่สุด - ทั้งในตัวมันเองและในแง่ที่มันกระตุ้นปัจจัยอื่นๆ

อุณหภูมิสูงทำอะไรภายในเซลล์?

เซลล์ลิเทียมไอออนเป็นระบบเคมีที่อยู่ในสภาวะสมดุลภายในช่วงอุณหภูมิที่แคบ เมื่อความร้อนสูงขึ้น นอกจากปฏิกิริยาหลักที่ออกแบบมาเพื่อกักเก็บพลังงานแล้ว ปฏิกิริยาแทรกแซงที่ไม่พึงประสงค์ก็เร่งตัวขึ้นด้วย ปฏิกิริยาเหล่านี้ผลิตผลพลอยได้; ผลพลอยได้ทำลายพื้นผิวขั้วไฟฟ้าและวัสดุของขั้วไฟฟ้า ผลลัพธ์ถูกวัดในสองลักษณะ: ปริมาณประจุที่เซลล์สามารถกักเก็บได้ลดลง (การสูญเสียความจุ) และความสะดวกในการรับและคืนประจุลดลง (ความต้านทานภายในเพิ่มขึ้น) เซลล์ที่ความต้านทานเพิ่มขึ้นจะผลิตความร้อนมากขึ้นสำหรับงานเดียวกัน - ซึ่งเป็นวงจรป้อนกลับที่เร่งการเสื่อมสภาพให้เร็วยิ่งขึ้นไปอีก

ความชราตามปฏิทิน: นาฬิกาที่เดินต่อเนื่องแม้แต่ขณะที่ยานพาหนะจอดอยู่

ความชราของแบตเตอรี่ไม่ได้เกิดจากการใช้งานเพียงอย่างเดียว กลไกที่เรียกว่าความชราตามปฏิทินยังคงทำงานต่อเนื่องแม้แต่ขณะที่ยานพาหนะจอดอยู่ในโรงรถ และถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์หลักสองตัว: อุณหภูมิในการจัดเก็บและระดับการชาร์จ ณ เวลาจัดเก็บ (SOC) ความชราของเซลล์เร่งตัวขึ้นอย่างเห็นได้ชัดเมื่อจัดเก็บที่อุณหภูมิเกิน 35 °C และ SOC เกิน 70% อัตราการสูญเสียความจุและการเพิ่มขึ้นของความต้านทานจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิในการจัดเก็บสูงขึ้นจาก 25 °C เป็น 55 °C ในทางปฏิบัติแปลว่า: การจอดรถที่ชาร์จเต็ม 100% ไว้กลางแดดเดือนกรกฎาคม ทำให้แบตเตอรี่ถูกเหนื่อยพร้อมกันสองทาง

NMC หรือ LFP: ใครทนร้อนกว่ากัน?

เคมีของแคโทดเป็นหนึ่งในการตัดสินใจออกแบบหลักที่กำหนดความทนทานต่ออากาศร้อน มาเปรียบเทียบเคมีที่นิยมสองแบบ:

คุณสมบัติNMCLFP
ความหนาแน่นพลังงานสูงกว่าต่ำกว่า
ความเสถียรทางความร้อนต่ำกว่าสูงกว่า
อายุการใช้งานรอบที่ 45 °Cอาจลดต่ำกว่าค่าที่ระบุ 40-50%ทนทานต่อการเสื่อมสภาพจากความร้อนมากกว่า
ความทนทานต่อการชาร์จเต็มและอุณหภูมิสูงต่ำกว่าสูงกว่า
การประมาณค่า SOCค่อนข้างง่ายยากเนื่องจากกราฟแรงดันไฟแบนราบ

NMC ยังคงเป็นที่เลือกของยานพาหนะที่เน้นระยะทางด้วยความหนาแน่นพลังงาน แต่มีความเสถียรทางความร้อนน้อยกว่า LFP ได้เปรียบในเชิงโครงสร้างในภูมิอากาศร้อน เพราะทนทานต่อการเสื่อมสภาพจากความร้อนและการเพิ่มขึ้นของความต้านทานมากกว่า อย่างไรก็ตาม ภูมิคุ้มกันของ LFP ก็ไม่ใช่สิ่งที่สมบูรณ์แบบ: เซลล์ LFP ก็เสื่อมสภาพในอุณหภูมิสูงเช่นกัน เพียงแต่ช้ากว่า การเลือกเคมีเพียงเลื่อนเส้นกราฟการเสื่อมสภาพออกไป ไม่ได้ขจัดมันทิ้ง

ความร้อนหน้าร้อนส่งผลต่อระยะทางและการชาร์จอย่างไร?

Bataryayı en hızlı yoran şey hızlı şarj değil ısıdır; asıl risk, yüksek şarj seviyesinin sıcak iklimle birleştiği anda ortaya çıkar.

ผลกระทบที่เห็นได้ชัดที่สุดของอากาศร้อนคือระยะทาง ที่อุณหภูมิแวดล้อมสูงถึง 38 °C ระยะทางอาจลดลงราว 17-18% โดยยังไม่รวมพลังงานที่ใช้ในการปรับอากาศในห้องโดยสาร มาวัดกันด้วยกรอบที่ปรับแต่งมาอย่างดี: ในวันฤดูร้อนทั่วไปที่ 32 °C การสูญเสียระยะทางน้อยที่สุด แต่ที่อุณหภูมิสุดขั้วราว 38 °C ผลกระทบจะชัดเจนขึ้น การสูญเสีย 5-10% แทบไม่เป็นที่สังเกตในการใช้งานในเมืองประจำวัน แต่อาจทำให้คุณต้องเพิ่มจุดชาร์จหนึ่งแห่งในแผนการเดินทางไกล

การชาร์จเร็วในแพ็กที่ร้อน: ภาระรองที่แต่เป็นจริง

ความสัมพันธ์ระหว่างการชาร์จเร็วกับความร้อนเป็นประเด็นที่ละเอียดอ่อนซึ่งข้อมูลจากกลุ่มยานพาหนะจริงหลายชุดได้นำมาสู่ความสนใจ การวิเคราะห์กลุ่มยานพาหนะขนาดใหญ่ชี้ว่า สิ่งที่ทำให้แบตเตอรี่เสื่อมเร็วที่สุดไม่ใช่การชาร์จเร็วในตัวมันเอง แต่คือความร้อน ความเสี่ยงที่แท้จริงเกิดจากการผสมผสานระหว่างระดับการชาร์จสูงกับภูมิอากาศร้อน ในทางกลับกัน การชาร์จเร็ว DC ย่อมสร้างความร้อนภายในแพ็กอย่างไม่ต้องสงสัย และหากแพ็กร้อนอยู่แล้ว ความร้อนนี้จะกลายเป็นความเครียดทางความร้อน หากจะสรุปภาพรวมทางวิศวกรรมให้ชัดเจน: การชาร์จเร็วเพียงอย่างเดียวไม่ได้ฆ่าแบตเตอรี่ แต่การชาร์จเร็วซ้ำๆ ในแพ็กที่ร้อนและที่ SOC สูง จะเร่งการเสื่อมสภาพอย่างวัดได้

ตัวรถเองก็ตระหนักถึงข้อเท็จจริงนี้: เมื่ออุณหภูมิเซลล์สูงขึ้น ระบบอิเล็กทรอนิกส์ชาร์จจะจำกัดความเร็วโดยอัตโนมัติ ด้วยเหตุนี้ การชาร์จเร็ว DC ในอากาศร้อนฤดูร้อนจึงอาจดำเนินไปช้ากว่าที่คุณคาด - ระบบทำเช่นนั้นเพื่อปกป้องแบตเตอรี่ การชาร์จแพ็กที่ร้อนจัดเกินไป มีความเสี่ยงต่อความร้อนเพิ่มเติมและความไม่เสถียรทางเคมีในระดับที่อาจทำลายเซลล์

การจอดรถกลางแดดทำร้ายแบตเตอรี่หรือไม่?

อุณหภูมิภายในห้องโดยสารของรถที่จอดกลางแดดจะสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว ความร้อนนี้จะถ่ายเทจากตัวถังไปสู่แพ็กแบตเตอรี่ และทำให้อุณหภูมิเฉลี่ยของแบตเตอรี่ขับเคลื่อนสูงขึ้น เนื่องจากระบบระบายความร้อนแบบแอคทีฟไม่ทำงานเมื่อรถปิดอยู่ การสัมผัสแสงแดดเป็นเวลานานอาจทำให้แพ็กแบตเตอรี่คงอยู่ในอุณหภูมิสูงเป็นเวลาหลายชั่วโมง ซึ่งเป็นสถานการณ์ที่เอื้อต่อความชราแบบปฏิทินโดยตรง การจับคู่ที่แย่ที่สุดเป็นที่รู้กันแล้ว: ชาร์จเต็ม + จอดรอในที่ที่มีแดดเป็นเวลานาน การไม่ปล่อยให้รถจอดอยู่ที่ SOC 100% เป็นเวลานานในวันอากาศร้อน ถือเป็นหนึ่งในมาตรการที่มีประสิทธิภาพที่สุดที่ทำได้ด้วยตัวเอง

แต่ก็ต้องรักษาสมดุลไว้ด้วย: ผู้ใช้บางคนที่อาศัยอยู่ในภูมิอากาศที่ร้อนจัดรายงานว่า ด้วยมาตรการง่ายๆ เช่น การจอดในที่ร่มหรือในโรงรถ ทำให้แสงแดดยังคงเป็นปัจจัยที่จัดการได้สำหรับแบตเตอรี่ขับเคลื่อน ปัญหาไม่ได้อยู่ที่แสงแดดในตัวมันเองมากเท่ากับการสัมผัสความร้อนเป็นเวลานานโดยไม่มีระบายความร้อนร่วมกับ SOC ที่สูง แม้ในการอภิปรายตามฟอรัมจะมีความเห็นที่แตกต่างกัน แต่ด้านฟิสิกส์นั้นชัดเจน: ยิ่งความร้อนสะสมนาน ความชราทางเคมีก็ยิ่งเร่งตัวขึ้น

ระบบจัดการความร้อนทำอะไรเมื่ออากาศร้อน?

ระบบจัดการความร้อนของแบตเตอรี่ (BTMS) มีหน้าที่รักษาเซลล์แบตเตอรี่ให้อยู่ในช่วงอุณหภูมิที่ปลอดภัยและเหมาะสมที่สุด แนวทางที่นิยมใช้กันสองแบบคือการระบายความร้อนด้วยอากาศและด้วยของเหลว การระบายความร้อนด้วยอากาศแบบบังคับมีต้นทุนต่ำ แต่ความสามารถในการระบายความร้อนมีจำกัด และอาจทำให้การกระจายอุณหภูมิภายในแพ็กไม่สม่ำเสมอ และเกิดจุดร้อนในท้องถิ่น การระบายความร้อนด้วยของเหลวให้ความสามารถที่สูงกว่ามาก และหนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการควบคุมอุณหภูมิของแพ็กระหว่างการชาร์จเร็ว คือการระบายความร้อนโดยตรงหรือทางอ้อมด้วยสารทำความเย็น (refrigerant)

ความแตกต่างนี้สะท้อนให้เห็นได้จริงในทางปฏิบัติ EV ที่มีระบบจัดการความร้อนแบบแอคทีฟ คือแบบระบายด้วยของเหลว จะรักษาความจุเดิมไว้ได้ 80-85% หลังใช้งานปกติถึง 100,000-150,000 ไมล์ ขณะที่ยานพาหนะอย่าง Nissan Leaf รุ่นแรกที่ระบายความร้อนด้วยอากาศ มีอาการเสื่อมสภาพเร็วกว่าอย่างชัดเจน โดยเฉพาะในภูมิอากาศร้อน อย่าลืมว่าระบบก็มีขีดจำกัดเช่นกัน: ในอากาศร้อนจัด ระบบจัดการความร้อนจะใช้พลังงานเพิ่มเติม ซึ่งทำให้ระยะทางที่วิ่งได้ลดลง ระบบปกป้องคุณ แต่ก็ไม่ได้มาฟรี

ควรทำอะไรในช่วงฤดูร้อนเพื่อยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่?

ความร้อนเป็นปัจจัยในกลไกการเสื่อมสภาพที่ผู้ขับขี่สามารถควบคุมได้มากที่สุด คำแนะนำร่วมกันจากแหล่งข้อมูลต่างๆ นั้นเรียบง่ายและนำไปปฏิบัติได้:

  • จอดรถในที่ร่มหรือในโรงรถ ถ้าเป็นไปได้ ควรจอดนานๆ ในที่จอดรถแบบมีหลังคาและปิดล้อม
  • วางแผนการชาร์จไว้ในช่วงเวลาที่เย็นที่สุดของวัน - เช้ามืดหรือกลางคืน เครื่องชาร์จอัจฉริยะจะทำงานนี้ให้โดยอัตโนมัติ
  • หลีกเลี่ยงการชาร์จรถโดยตรงกลางแสงแดด ที่ร่มหรือสถานที่เย็นจะช่วยให้อุณหภูมิของแพ็กระหว่างการชาร์จต่ำกว่าอย่างชัดเจน
  • จำกัดการชาร์จเร็ว DC ในวันที่อากาศร้อนจัด สำหรับการใช้งานประจำวัน การชาร์จเร็วสัปดาห์ละ 1-2 ครั้งถือเป็นกรอบที่เหมาะสม
  • รักษาช่วงการชาร์จประจำวันไว้ระหว่าง 20-80% ในอากาศร้อน อย่าปล่อยให้รถจอดอยู่ที่ 100% เป็นเวลานาน
  • ใช้การปรับอุณหภูมิล่วงหน้า (preconditioning) ขณะเสียบปลั๊กอยู่ การออกเดินทางโดยที่ห้องโดยสารและแพ็กแบตเตอรี่ยังไม่ร้อน จะช่วยปกป้องทั้งความสะดวกสบายและแบตเตอรี่

เป้าหมายร่วมของมาตรการเหล่านี้มีเพียงหนึ่งเดียว: ลดเวลาที่เซลล์ต้องเผชิญกับอุณหภูมิสูง และลดช่วงเวลาที่ทับซ้อนกับ SOC สูง คุณเปลี่ยนสูตรเคมีไม่ได้ แต่จัดการการสัมผัสความร้อนได้

บทสรุป: การจัดการการสัมผัสความร้อน ช่วยชะลอการเสื่อมสภาพ

อากาศร้อนส่งผลต่อแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าแตกต่างจากอากาศเย็นอย่างสิ้นเชิง: มันไม่ได้ทิ้งเพียงการลดลงชั่วคราวของประสิทธิภาพ แต่ทิ้งค่าใช้จ่ายทางเคมีที่ถาวร การสัมผัสเป็นเวลานานที่อุณหภูมิเกิน 29 °C เมื่อรวมกับ SOC สูง จะเร่งความชราตามปฏิทิน; ที่ 38 °C ขึ้นไป ผลกระทบต่อระยะทางจะเริ่มปรากฏให้เห็น; 45 °C คือระดับที่เซลล์ NMC สูญเสียอายุการใช้งานอย่างมาก ระบบจัดการความร้อนที่ออกแบบมาอย่างดีรับภาระส่วนใหญ่ไว้ แต่ทางเลือกของผู้ขับ - ที่จอดริมเงา, การจัดเวลาชาร์จ, ช่วง SOC - ช่วยลดความเครียดของระบบได้โดยตรง โรงงานเป็นผู้ลงทุนส่วนใหญ่ในแบตเตอรี่; แต่ทศวรรษสุดท้ายของอายุการใช้งานถูกกำหนดด้วยสถานที่ที่คุณจอดรถ

แหล่งอ้างอิง