تفاوت باتری‌های خودروهای هیبرید و EVها

بسته‌ باتری‌های یک خودروی «الکتریکی‌شده» تنها به منزله یک مخزن سوخت برای موتورهای آن عمل نمی‌کند، بلکه به عنوان یک پمپ سوخت مجازی، تعیین‌کننده حداکثر قدرت خروجی به یک موتور نیز هست. در حالی که وسایل نقلیه الکتریکی، هم دامنه مسافت و هم قدرت خود را از باتری‌های خود می‌گیرند، ولی هیبریدی‌ها یک سطح قدرت مشابه با صرف انرژی کمتر نیاز دارند. بر این اساس، هر یک از سلول‌های باتری برای انتقال سریع قدرت در مدل‌های هیبرید یا تداوم بیشتر در انتقال انرژی به منظور افزایش بُرد مسافت رانندگی در EV ها بهینه‌سازی می‌شوند. در همین حال، باتری مدل‌های پلاگین هیبرید، هر دوی این اولویت‌ها را درنظر می‌گیرد و در یک حالت بینابینی قرار دارد. میزان نسبت خروجی به ظرفیت ذخیره‌سازی که در صنعت به آن «نسبت قدرت به انرژی» یا «وات برای هر وات‌ساعت» گفته می‌شود، این تفاوت‌ها را مشخص می‌کند.

پابلو والنسیا (Pablo Valencia)، مدیر ارشد بخش جهانی مهندسی باتری در جنرال‌موتورز می‌گوید:

این به نوعی شبیه به طراحی یک انجین است. آیا در این حالت باید یک قدرت با سرعت بالا به‌دست آورد یا اینکه به فکر مصرف سوخت بهینه بود؟ تعیین نسبت قطر پیستون به کورس سیلندر از اولین کارهایی است که در طراحی یک انجین باید انجام داد.

مهندسان باتری از همان ابتدای فرآیند طراحی با تعریف ضخامت کالکتورهای جریان و لایه‌بندی شیمیایی آنها، نسبت «قدرت به انرژی» را به‌دست می‌آورند. در یک خودروی هیبرید، نیاز به افزایش آنی حداکثر گشتاور به معنای جریان الکتریسیته بالاتر و در نتیجه، استفاده از کابل‌های بزرگتر است. کالکتورهای جریان (صفحات مسی یا آلومینیومی که الکترون‌ها از آنها به باتری وارد و خارج می‌گردند)، به عنوان یک سیم‌کشی داخلی در باتری‌ها عمل می‌کنند. هیبریدی‌ها نسبت به الکتریکی‌ها از کالکتورهای ضخیم‌تری استفاده می‌کنند تا جریان بیشتری را در اختیار داشته باشند.

عکس این موضوع در مورد لایه‌بندی شیمیایی کالکتورها صدق می‌کند. لایه‌بندی نازکتر اجازه می‌دهد که الکترون‌ها با سرعت بیشتری در درون باتری جریان یابند و در نتیجه، امکان انتقال سطح قدرت بالاتر در خودروهای هیبریدی فراهم گردد. این در حالی است که باتری EV ها با تعداد سلول‌های بیشتر، ذخیره هر کدام از سلول‌ها را با لایه‌بندی ضخیم‌تر، با نرخ کمتری منتقل می‌کنند و در نتیجه، ظرفیت انرژی آنها افزایش می‌یابد. این لایه‌ها از جنس مواد خاص نظیر لیتیوم منگنز اکسید هستند و واکنش‌های شیمیایی تولید الکتریسیته را تعیین می‌کنند. با این حال، اگر دانسیته انرژی یک سلول بالا باشد، دیگر مؤلفه شیمیایی آن چندان تعین‌کننده نیست.

وقتی باتری‌ها در یک حالت «سری» متصل شده باشند، ولتاژ هر کدام از سلول‌ها به صورت تجمعی به یکدیگر اضافه می‌شوند. امّا سلول‌هایی که به صورت «موازی» باشند، ظرفیت بسته باتری‌ را افزایش می‌دهند و به این ترتیب، به میزان «آمپر-ساعت» هر کدام از سلول‌ها اضافه می‌شود. نحوه سیم‌کشی یک بسته باتری به گونه‌ای است که  میزان ولتاژ و ظرفیت مورد نیاز خودرو تأمین گردد. بر این اساس، تعداد سلول‌های موازی بیشتری در خودروهای پلاگین مورد استفاده قرار می‌گیرد. در شورولت بولت EV، جنرال‌موتورز، ابتدا یک دسته ۳ تایی از سلول‌ها را به صورت موازی سوار کرده و سپس ۹۶ دسته از آنها را به صورت سری متصل کرده است. همچنین در مدل پلاگین هیبرید بولت، از جفت‌سلول‌ها به صورت موازی استفاده شده و این در حالی است که ۸۰ سلول موجود در بسته باتری مالیبو هیبرید به صورت سری متصل شده‌اند.

منبع: caranddriver