باتری خودرو

باتری خودرو یک باتری قابل شارژ است که جریان الکتریکی را در خودرو برقرار می سازد. وظیفه اصلی آن نیرورسانی به استارت خودرو است تا بتواند موتور را روشن کند. در هنگام کار کردن موتور، سیستم های برقی خودرو نیز توسط باتری با استفاده از دینام (مبدل جریان متناوب) تغذیه می شوند. همچنین باتری ها را به واسطه اندازه فیزیکی، نوع، محل خروجی ها و شیوه نصب آن ها دسته بندی می کنند.

بیشتر بخوانید: باتری خودرو - قسمت دوم

تاریخچه باتری

خودروهای اولیه باتری نداشتند زیرا سیستم برقی آن ها بسیار محدود بود. به جای بوق از زنگوله استفاده می شد، چراغ ها با سوخت روشن بودند و موتور توسط هندل شروع به کار می کرد. استفاده از باتری خودرو در سال 1920 مرسوم شد زیرا در آن موقع خودروها به سیستم استارت الکتریکی مجهز شده بودند. باتری بدون درز که نیازی به پر کردن نداشت در سال 1971 اختراع شد.

اولین سیستم های استارت خودرو و شارژ به صورت 6 ولتی و با سیستم اتصال به زمین مثبت طراحی شده بود و شاسی ماشین مستقیم به قطب مثبت باتری وصل بود. امروزه، تقریبأ تمامی خودروهای جاده ای از سیستم اتصال به زمین منفی بهره می برند. قطب منفی باتری به شاسی خودرو متصل می شود.

کمپانی خودروی هودسون موتور (Hudson Motor) اولین شرکتی بود که از باتری های استاندارد به هنگام استفاده از باتری های شورای بین المللی باتری(BCI) در سال 1918 استفاده کرد. BCI سازمانی است که ابعاد استاندارد باتری ها را مشخص می کند.

ماشین ها تا سال اواسط دهه 1950 از باتری های 6 ولتی استفاده می کردند. استفاده از باتری-های بزرگ تر 12 ولتی زمانی به وجود آمد که خودروها از موتورهای قدرتمندتر و با ضریب تراکم بالاتر و نیاز به قدرت بیشتر به هنگام استارت استفاده کردند. خودروهای کوچک تر مانند فولکس بیتل در 1960 و سیتروئن 2CV در 1970 که نیازی به نیروی زیاد نداشتند هنوز از باتری های 6 ولتی استفاده می کردند.

در سال 1990 یک سیستم استاندارد 42 ولتی معرفی شد. این سیستم به منظور ایجاد قدرت برای لوازم الکتریکی قوی تر و همچنین حجم کمتر سیم کشی در اتومبیل به وجود آمد. در دسترس بودن موتورهای با راندمان بالاتر، تکنیک های سیم کشی جدید و کنترل های الکترونیکی و همچنین تمرکز بر سیستم های خودروهای هیبرید که از استارترها و ژنراتورهای ولتاژ بالا استفاده می کنند، تمایل به تغییر ولتاژ اصلی را در خودروها کاهش داد.

باتری های SLI

معمولأ در هنگام استارت کمتر از 3% ظرفیت باتری تخلیه می گردد. به این دلیل، باتری اتومبیل به نحوی طراحی می شود که بتواند جریان بزرگی را در زمان کوتاه تخلیه نماید. به همین دلیل به آن ها باتری SLI که مخفف سه کلمه استارت، نوردهی و جرقه زنی است، گفته می شود. باتری های SLI را جهت تخلیه شارژ کامل طراحی نکرده اند و در هنگام خالی شدن کامل شارژ، طول عمر این باتری ها کم می شود.

در کنار استارت ماشین، باتری های SLI نیروی اضافی مورد نیاز جهت لوازم برقی خودرو که سیستم شارژ قادر به تغذیه آن نیست را تأمین می کند. همچنین به عنوان یک پایدارکننده برای یکنواخت کردن نوسانات مخرب ولتاژ عمل می کند. در هنگام کار موتور، اکثر برق مورد نیاز توسط دینام که شامل یک ترانس برای نگه داشتن ولتاژ بین5/13 و 5/14 است، تأمین می شود. باتری های جدید از نوع سربی-اسیدی هستند که از شش سلول با اتصال سری برای تولید برق با ولتاژ نامی 12 ولت (در اکثر خودروهای سواری و کامیون های کوچک) و 12 سلول با اتصال سری برای تولید برق با ولتاژ نامی 24 ولت برای کامیون های سنگین یا خودروهای راه سازی تشکیل شده اند.

بیشتر بخوانید: باتری خودرو الکتریکی

باتری خودروهای برقی

خودروهای برقی نیروی خود را از یک باتری برقی خودرو با ولتاژ بالا تهیه می کنند اما آن ها معمولا یک باتری اتومبیل هم دارند تا بتوانند از لوازم جانبی استاندارد خودرو که با برق 12 ولت کار می کند نیز بهره برند.

طراحی باتری ها

باتری اتومبیل مثالی از یک باتری تر (مرطوب) با شش سلول است. هر سلول ذخیره سازی باتری از شبکه ای از آلیاژ سرب که شامل سرب اسفنجی (صفحه کاتد) و صفحات پوشش داده شده با دی اکسید سرب (آند) تشکیل شده است. هر سلول با اسید سولفوریک به عنوان الکترولیت پر می شود. در ابتدا، هر سلول یک سرپوش داشت که از طریق آن سطح الکترولیت قابل مشاهده بود و می شد از طریق آن آب به سلول اضافه کرد. سرپوش دارای یک روزنه کوچک جهت تهویه است که اجازه می دهد هیدروژن تولید شده حین عمل شارژ از سلول خارج شود.

سلول ها به وسیله تسمه کوتاهی از سمت صفحات مثبت هر سلول به صفحه منفی سلول مجاور متصل می شوند. یک جفت خروجی قوی که با سرب جهت ممانعت از خوردگی پوشش داده شده، بر روی باتری (یا در کنار باتری) نصب شده است. باتری های خودرویی اولیه دارای روکش سخت لاستیکی بودند که با حائل های چوبی از هم جدا می شدند. باتری های جدید از محفظه های پلاستیکی و ورق های چوبی برای جلوگیری از برخورد صفحات به یکدیگر و ایجاد اتصال کوتاه استفاده می کنند.

در گذشته، باتری های خودرو نیازمند بررسی و نگهداری منظم جهت جایگزینی آب از دست رفته حین عملکرد باتری بودند. باتری های نیازمند به نگهداری "کم" یا "صفر" از آلیاژ متفاوتی برای صفحات خود استفاده می کرد که این امر سبب کاهش مصرف آب می شد. یک باتری جدید در طول عمر خود نیازمند افزایش مجدد آب نیست؛ در بعضی از انواع آن سرپوش جداگانه در هر سلول حذف شده است. نقطه ضعف این باتری ها عدم توانایی تحمل تخلیه کامل آن ها به عنوان مثال در هنگام تخلیه کامل باتری به دلیل روشن ماندن چراغ ها است. این پدیده منجر به پوشیده شدن الکترودهای سرب با ذرات سولفات شده و باعث کاهش طول عمر مفید باتری به یک سوم یا بیشتر خواهد شد.

باتری های VRLA یا باتری های شبکه شیشه جاذب (AGM) نسبت به تخلیه کامل مقاوم تر هستند، اما قیمت آن ها گران تر است. در باتری های VRLA امکان اضافه نمودن آب به سلول-ها فراهم نیست. این سلول ها هر کدام به یک شیر اتوماتیک تخلیه فشار مجهز شده اند تا از آن ها در برابر پارگی بر اثر شارژ بیش از حد یا واماندگی داخلی محافظت کند. در یک باتری VRLA هرگز الکترولیت به بیرون نمیریزد که این امر استفاده از آن  را در وسایلی مانند موتورسیکلت بسیار ایمن می سازد.

باتری ها معمولا از شش سلول گالوانیزه در یک مدار سری ساخته شده اند. هر کدام از سلول ها 1/2 ولت برق تولید می کند که در کل برابر با عدد 6/12 خواهد شد. در زمان تخلیه شارژ، یک واکنش شیمیایی الکترون آزاد می کند و از طریق جریان هادی الکتریسیته تولید می کند. در هنگام تخلیه شارژ باتری، اسید موجود در الکترولیت با مواد صفحه ها واکنش انجام داده و سطح آن ها را به سولفات روی تغییر می دهد. در هنگام شارژ مجدد باتری، واکنش شیمیایی معکوس می گردد: سولفات روی به دی اکسیدروی تبدیل می شود. با برگشت صفحات به شرایط اولیه خود، فرایند تکرار می شود.

بعضی از خودروها از باتری های دیگری استفاده می کنند. پورشه 911 مدل 2010 یک باتری یونی لیتیومی دارد که وزن بسیار کمی دارد. خودروهای سنگین از دو باتری به صورت سری برای سیستم 24 ولت گروه های موازی از باتری های سری برای تأمین برق 24 ولت استفاده می کنند.

ظرفیت ذخیره سازی انرژی در باتری و واحد آن

آمپر ساعت (Ah یا A.h) واحدی مربوط به ظرفیت ذخیره سازی انرژی در باتری است. ثبت این واحد بر روی باتری طبق قانون در اروپا الزامی است.

• آمپر استارت (CCA, CA, MCA, HCA)
• آمپر استارت سرد (CCA): برابر با میزان جریان تولیدی توسط باتری در دمای 0°F (-18°C) می باشد. خودروهای جدید با سیستم تزریق سوخت کنترل شده توسط کامپیوتر به چند ثانیه بیشتر برای استارت نیاز ندارند و نمودارهای CCA برای آن ها نسبت به قبل کم اهمیت تر شده است. بسیار مهم است که اعداد CCA را با CA/MCA یا HCA اشتباه نگیرید زیرا این اعداد به علت دماهای گرم تر همیشه بالاتر هستند. برای مثال، یک باتری 250 CCA نیروی بیشتری از یک باتری 250 CA یا 250 MCA و یا 250 HCA دارد.
• آمپر استارت (CA): برابر با میزان جریان تولیدی توسط باتری در دمای 0°C (32°C) می باشد.
• آمپر استارت دریایی (MCA): همانند CA، برابر با میزان جریان تولیدی توسط باتری در دمای 0°C (32°F) است که بیشتر در موتور قایق ها (دریایی) و یا چمن زن ها استفاده می شود که در آن ها احتمال کار در شرایط یخ زدگی بسیار نادر است.
• آمپر استارت گرم (HCA): برابر با میزان جریان تولیدی توسط باتری در دمای 27°C (80°F) است. این عدد بر اساس جریان تولیدی توسط باتری سربی-اسیدی در این دمای به میزان 30 ثانیه و ولتاژ حداقل 2/1 ولت به ازای هر سلول (2/7 ولت برای یک باتری 12 ولتی) به دست می آید.

 (RCM) یا دقایق ذخیره ظرفیت در باتری به چه معناست؟

توانایی یک باتری سربی-اسیدی در نگاه داشتن کمینه بار الکتریکی (25 آمپر) بر حسب زمان (دقیقه) در دمای 27°C (80°F) قبل از اینکه ولتاژ به زیر 5/10 برسد را RCM نامند.

کدهای بر روی باتری

• در ایالات متحده بر روی باتری ها کدهایی به منظور کمک به مشتری جهت اطلاع از تاریخ تولید وجود دارد. در هنگام انبار کردن باتری ها، آن ها شروع به از دست دادن شارژ خود می کنند. یک باتری ساخته شده در اکتبر 2015 دارای کد عددی 10-5 یا کد حروفی-عددی K-5 خواهد بود. "A" برای ژانویه، "B" برای فوریه و به همین ترتیب خواهد بود (حرف "I" شامل نمی شود).
• در آفریقای جنوبی کد مربوط به اعلام تاریخ جزیی از محفظه باتری و در انتهای سمت چپ آن است. این کد سال و هفته تولید را (YYWW) مشخص می کند. به عوان مثال 1336 مربوط به هفته 36ام از سال 2013 خواهد بود.

استفاده و نگهداری از باتری ها

• گرمای زیادی عاملی برای خرابی باتری است زیرا در این حالت الکترولیت به دلیل دمای زیاد تبخیر می شود و سطح موثر در تماس با صفحات کاهش می یابد که این امر موجب سولفاته شدن می شود. خوردگی صفحات با افزایش دما بیشتر می شود. همچنین دماهای پایین نیز موجب خرابی باتری می شوند.
• اکر باتری تا حدی که نتواند موتور را روشن کند خالی شود، موتور را می توان با کمک عوامل خارجی روشن کرد. در هنگام کار، اگر دینام و سیستم شارژ به خوبی کار کنند، موتور می تواند باتری را شارژ نماید.
• خوردگی در خروجی های باتری می تواند به علت مقاومت الکتریکی مانع روشن شدن موتور گردد که این پدیده را می توان با استفاده از روغن های مخصوص دی الکتریک برطرف ساخت.
• سولفاته شدن هنگامی رخ می دهد که الکترودها توسط یک لایه سخت از سولفات روی پوشیده شوند که در این حالت منجر به ضعیف شدن باتری می شود. سولفاته شدن هنگامی رخ می دهد که باتری کاملا شارژ نشده و خالی بماند. باتری های سولفاته شده را برای جلوگیری از آسیب باید به آرامی شارژ نمود.
• باتری های SLI برای تخلیه شارژ کامل طراحی نشده اند و طول عمر آن ها در این مواقع به شدت کاهش می یابد.
• باتری های خودرو که از صفحات سرب-آنتیمون استفاده می کنند به پرکردن منظم آب از دست رفته در فرایند الکترولیز و همچنین تبخیر نیاز دارند. با تغییر عنصر آلیاژ به کلسیم، طراحی های جدیدتر میزان آب از دست رفته را کاهش داده اند. در باتری های خودروهای مدرن نیاز به نگهداری کمتر شده و دیگر درپوشی برای افزودن آب وجود ندارد. چنین باتری هایی شامل الکترولیت اضافه بالای صفحات هستند که در زمان کار باتری کم کم جایگزین الکترولیت از دست رفته می شود.
• بعضی از سازندگان باتری از یک آب نما برای نشان دادن میزان شارژ باتری استفاده می کنند.
• مکانیزم اصلی استهلاک، خورده شدن مواد فعال صفحات باتری است که در کف سلول ها ته-نشین شده و ممکن است باعث اتصال کوتاه شود. این نقص را می تواند توسط جداسازی صفحات توسط کیسه های نفوذپذیر پلاستیکی بهبود بخشید. این امر منجر به جریان داشتن الکترولیت و یون ها شده اما از تشکیل لجن و اتصال کوتاه بین صفحات جلوگیری می کند.

تاثیر باتری ها بر محیط زیست

بازیافت باتری های خودرو نیاز به منابع برای ساخت باتری های جدید توسط سازندگان را کاهش داده، از نشت سرب سمی به زمین جلوگیری کرده و خطر ضایعات نامناسب را کاهش می دهد. هنگامی که یک باتری قادر به نگهداری شارژ نباشد، یک باتری استفاده شده سربی-اسیدی (ULAB) نامیده می شود و طبق کنوانسیون بازل یک زباله خطرناک به حساب می آید. طبق آمار آژانس محافظت از محیط زیست ایالات متحده، باتری 12 ولتی ماشین بیشترین قطعه بازیافتی در دنیا است. در ایالات متحده به تنهایی، در حدود 100 میلیون باتری خودرو در سال تعویض می گردد و از این مقدار 99% آن ها به چرخه بازیافت می روند. به عنوان بخشی از تجارت جهانی ضایعات ULABها از کشورهای صنعتی برای جداسازی و بازیابی قطعات فرستاده می شوند. در حدود 97% از سرب موجود قابل بازیابی است. Pure Earth تخمین می زند که در حدود 12 میلیون نفر از افراد جهان سوم تحت تاثیر آلودگی های ناشی از بازیافت ULAB قرار دارند.

یک باتری خودروی برقی (EVB) علاوه بر سیستم های مخصوص باتری راهبری استفاده شده در خودروهای صنعتی، جزو باتری هایی است که برای قدرت رسانی به موتورهای برقی خودروهای برقی (BEV) استفاده می شود. این باتری ها معمولأ یک باتری ثانویه (قابل شارژ) هستند و معمولأ از نوع لیتیومی هستند. باتری های راهبری که مخصوصأ با ظرفیت های بالای آمپر-ساعتی طراحی شده اند، در لیفتراک ها، خودروهای گلف، خودروهای تمیز کننده سطوح، موتورسیکلت های برقی، ماشین های برقی، کامیون ها، ون ها و دیگر خودروهای برقی استفاده می شوند.

باتری های خودروهای برقی با باتری های SLI متفاوت بوده و برای قدرت دهی در فواصل زمانی طولانی تر طراحی شده اند. به جای باتری های SLI برای این کاربردها باتری های چرخه عمیق استفاده می شوند. باتری های خودرهای برقی با خصوصیت نسبتأ بالای نسبت قدرت به وزن، انرژی مخصوص و چگالی انرژی خود شناخته می شوند؛ باتری های کوچک تر و سبک تر وزن کلی خودرو را کاهش داده و سبب بهبود کارایی آن می گردند. در مقایسه با سوخت مایع، اکثر تکنولوژی های امروزی باتری انرژی مخصوص پایین تری دارند که این امر بر روی حداکثر دامنه تمام برقی خودروها اثر می گذارد. اگرچه، باتری های فلز-هوایی انرژی مخصوص بالاتری دارند زیرا از اکسیژن موجود در هوای اطراف به عنوان کاتد استفاده می کنند. باتری های قابل شارژ استفاده شده در خودروهای الکتریکی شامل اسیدی-سربی (مستغرق، چرخه عمیق و VRLA)، NiCd، نیکل-هیدرید فلزی، لیتیومی، پلیمر لیتیومی و نوع کمتر معمول روی-هوا و سدیم کلورید نیکل (باتری های گورخری) می شوند. معمول ترین نوع باتری استفاده شده در خودروهای الکتریکی جدید لیتیومی و پلیمر لیتیومی هستند زیرا در مقایسه با وزن خود چگالی انرژی بالایی دارند. میزان بار الکتریکی ذخیره شده در باتری ها توسط آمپر-ساعت یا کولومب اندازه گرفته شده و با واحد وات ساعت گزارش می شود.

برای BEVها، سیستم باتری بخش عمده ای از ارزش خودرو را شامل می شود که بسته به نوع خودرو اندازه این سیستم باتری متغیر می باشد. در سال 2018، خودروهای برقی مختلفی با دامنه حرکت 500 کیلومتری مانند تسلای مدل X تجاری سازی شده و هم اکنون به وفور در دسترس می باشند. از اواخر سال 1990، پیشرفت در تکنولوژی باتری لیتیومی منجر به افزایش تقاضا در وسایل برقی قابل حمل، کامپیوترهای لپ تاپ، گوشی های همراه و ابزارآلات برقی شد. بازار BEV نیز از مزایای این باتری ها مانند کارایی و چگالی انرژی بالای آن ها نهایت استفاده را برده است. بر خلاف باتری های اولیه به خصوص NiCd، باتری های لیتیومی را می توان روزانه تخلیه و به مقدار مورد نیاز شارژ کرد. طبق گفته مدیر شرکت میتسوبیشی، آقای اوسامو مازوکا (Osamo Masuka)، هزینه باتری خودروی میتسوبیشی i-MiEV در سال 2011 نسبت به سال 2009 به کمتر از نیم کاهش یافته است. هزینه باتری-های خودروهای برقی از سال 2008 تا 2014 بیش از 35% کاهش داشته است. در مورد هزینه های اجرایی، به علت راندمان بالای انرژی، هزینه برق مورد نیاز برای راندن یک EV کسر کوچکی از هزینه مورد نیاز برای تأمین سوخت یک خودروی احتراق داخلی است.

انواع باتری

1- باتری سربی-اسیدی

باتری های مستغرق سربی-اسیدی ارزان ترین نوع باتری هستند و در گذشته اکثر باتری های راهبری از این نوع بودند. دو نوع اصلی از این باتری های سربی-اسیدی وجود دارد: باتری-های استارت موتور اتومبیل و باتری های چرخه عمیق. دینام اتومبیل برای رساندن بار الکتریکی بالا برای شارژ باتری های استارت طراحی شده در حالی که برای باتری های چرخه عمیق استفاده شده در لیفتراک ها، ماشین های گلف و باتری های لوازم خانگی در RV، نیاز به شارژ متفاوت و چندمرحله ای وجود دارد. هیچ باتری سربی-اسیدی را نباید بیش تر از 50% از ظرفیتش استفاده کرد چرا که باعث کاهش طول عمر آن می شود. باتری های مستغرق نیازمند بررسی سطح الکترولیت و افزودن احتمالی آبی هستند که حین عمل شارژ بخار می-شود، هستند.

به طور مرسوم، اکثر خودروهای الکتریکی (به استثناء بعضی از خودروهای الکتریکی اولیه نظیر Detroit Electrics که از باتری نیکل-آهنی استفاده می کرد) از باتری های سربی-اسیدی به دلیل تکنولوژی با ثبات، فراوانی و هزینه پایین آن ها استفاده کرده اند. مانند تمامی باتری ها، فرایند ساخت، استفاده و دوراندازی این  باتری ها دارای تاثیر مخرب بر محیط زیست است. میزان بازیافت باتری خودرو در آمریکا بالای 95% است. باتری های چرخه عمیق سربی گران بوده و طول عمری کمتری نسبت به خود خودرو دارند و معمولأ هر 3 سال باید تعویض شوند.

باتری های سربی-اسیدی در کاربردهای EV وزنی بین 25 تا 50% از خودرو را شامل می شدند. مانند تمامی باتری ها، آن ها انرژی مخصوص بسیار کمتری نسبت به سوخت های مایع دارند – در این مورد Wh/kg 30-40. در حالی که به دلیل وزن سبک تر سیستم رانش یک EV تفاوت به شدت آن چیزی که اول به چشم می آید نبود، اما حتی بهترین باتری ها نیز هنگامی که برای یک خودرو با میزان نرمال مسافت قابل پیمایش استفاده می شد، وزن بسیار زیادی داشت. راندمان (70-75%) و ظرفیت نگهداری تولید جریان در باتری های معمول چرخه عمیق سربی-اسیدی با پایین آمدن دما کاهش می یابد و انرژی استفاده شده در کویل گرمایشی آن ها راندمان کلی را تا 40% کاهش می دهد. پیشرفت های اخیر در راندمان، ظرفیت، مواد ایمنی، سمی بودن و مقاومت باتری ها باعث شده که از این خصوصیات در خودروهای الکتریکی نیز استفاده شود.

شارژ و استفاده از باتری ها معمولأ منجر به انتشار هیدروژن، اکسیژن و سولفور می شود که در صورت تهویه مناسب طبیعی بوده و خطری نخواهند داشت. صاحبان اولیه سیتی کار (Citicar) یافتند که اگر باتری به خوبی تهویه نشود، در هنگام شارژ بوی نامطبوع سولفور سریعأ به درون کابین نفوذ خواهد کرد. باتری های سربی-اسیدی خودروهای مدرن اولیه مانند EVI و RAV4 EV را به راه انداختند.

2- باتری هیبدرید فلزی نیکل

باتری های هیدرید نیکل-فلز هم اکنون تکنولوژی بالغی به حساب می آیند. در حالی که راندمان شارژ و تخلیه آن ها (60-70%(  حتی از باتری ها سربی-اسیدی کم تر است، اما آن ها دارای انرژی مخصوص بسیار بیشتری Wh/kg 30-80 نسبت به سربی-اسیدی هستند. به هنگام استفاده صحیح، باتری های هیدرید نیکل-فلزی عمر بسیار طولانی خواهند داشت همانطور که استفاده آن ها در خودروهای هیبریدی و NiMH RAV4 EV که هنوز بعد از 100،000 مایل کار می کند، مؤید این نکته است. از نقاط ضعف آن می توان به راندمان پایین، تخلیه خودبخودی بالا، چرخه های شارژ بدقلق و کارایی ضعیف در آب و هوای سرد اشاره کرد.

شرکت GM Ovonic در نسل دوم EV-1 از این باتری ها تولید کرد و شرکت Cobasys نیز باتری تقریبأ مشابهی (ده سلول 2/1 ولتی 85 آمپرساعتی به صورت سری بر خلاف باتری یازده سلولی Ovanic) تولید کرد. این باتری به خوبی در EV-1 کار کرد. به دلیل موانع حقوقی ثبتی استفاده از این نوع باتری ها در سال های اخیر محدود شده است.

3- باتری زبرا (Zebra)

باتری های سدیم-کلورید نیکل از نمک مذاب کلروآمونیات سدیم (NaAlCl4) به عنوان الکترولیت استفاده می کند. این باتری ابتدا توسط شورای تحقیقات علمی و صنعتی (CSIR) در آفریقای جنوبی با سرپرستی گروه یوهان کوتسر (Johan Coetzer) در سال 1980 توسعه یافت. بعد از تکمیل توسعه اولیه مجوز تکنولوژی این باتری به چندین شرکت اروپایی اهدا شد. با تکنولوژی به بلوغ رسیده، باتری زبرا دارای انرژی مخصوص Wh/kg 120 و مقاومت سری قابل توجهی است. از آنجا که برای استفاده از باتری باید به آن گرما داده شود، آب و هوا سرد خیلی بر عملکرد آن تاثیرگذار نبوده و فقط هزینه های گرمایشی آن را بالا می برد. از این باتری ها در چندین EV استفاده شده است. باتری زبرا تا چندین هزار بار چرخه شارژ کار می کند و اگرچه در دماهای کاری بسیار بالا ممکن است خطر داشته باشد اما یک باتری غیرسمی به حساب می آید. نقاط ضعف این باتری شامل انرژی مخصوص پایین (کمتر از W/kg 300) و نیاز به گرما برای حرارت دادن به الکترودها تا °C270 (°F 518) می باشد که انرژی را هدر داده و نمایانگر مشکلاتی در ذخیره سازی طولانی مدت شارژ می باشد. باتری های زبرا در خودروهای تجاری Modec از زمان تولیدشان در سال 2006 استفاده شده اند.

4- باتری لیتیومی

باتری های لیتیومی ( و به صورت مشابه پلیمر لیتیومی) در ابتدا برای استفاده در لپ تاپ ها و لوازم مصرفی الکترونیکی توسعه و به کار گرفته شد. با چگالی بالای انرژی و چرخه عمر بالا یکی از انتخاب های اصلی برای استفاده در EV به حساب می آیند. اولین نوع تجاری این باتری از اکسید کبالت لیتیوم به عنوان کاتد و از گرافیت به عنوان آند استفاده کرد و اولین بار توسط N.Godshall  در سال 1979 و پس از آن توسط John Goodenough و Akira Yoshimo استفاده شد. نقاط ضعف این باتری شامل حساسیت به دما، کارایی بیشتر در دماهای پایین، وجود اکسیدهای فلزی و عدم پایداری دمایی لایه SEI آند و خطر آتش گرفتگی در صورت سوراخ شدن یا شارژ غیر صحیح باتری می باشد. این باتری های اولیه در دماهای به شدت پایین قادر به شارژ نبودند و بنابراین استفاده از گرم کن در بعضی شرایط آب و هوایی الزامی بود. این تکنولوژی نسبتا به بلوغ رسیده است. تسلا مدل رودستر 2008 و دیگر ماشین های تولید شده توسط این شرکت از نوع  بهینه شده سلول های باتری های لیتیونی مرسوم در لپ-تاپ استفاده می کنند و می توان هر کدام را در صورت نیاز تعویض کرد.

EVهای جدید از انواع جدید باتری لیتیونی استفاده می کنند که در آن ها انرژی مخصوص فدای مقاومت در برابر آتش، مطابقت با محیط زیست، شارژ سریع (در حد چند دقیقه) و طول عمر طولانی تر شده است. این انواع جدید (فسفاتی، تیتانی، اسپینلی و غیره)  نشان داده اند که طول عمر بیشتری دارند به طوری که نوع A123 که از لیتیون و فسفات آهن استفاده می-کند می تواند تا 10 سال و بیش از 7000 چرخه شارژ/تخلیه عمر کند و همینطور شرکت LG امیدوار است که باتری های لیتیوم و اسپینل منگنز آن ها تا 40 سال دوام آورد.

تحقیقات زیادی بر روی باتری های لیتیومی در آزمایشگاه انجام شده است. اکسید وانادیوم لیتیوم هم اکنون در خودرو های مفهومی سوبارو G4e استفاده می شود که چگالی انرژی در آن دو برابر شده است. نانووایرهای سیلیکونی، نانو ذرات سیلیکونی و نانو ذرات قلعی به افزایش چندین باره چگالی انرژی در آنود کمک می کنند، در حالی که کاتودهای کامپوزیت و فراشبکه ای نیز نوید بهبود چگالی را می دهند. اطلاعات جدید نشان داده که استفاده از شارژ سریع و در معرض گرما بودن بیشتر از طول عمر و استفاده واقعی باتری را مورد فرسایش قرار می دهد و این که باتری یک خودرو معمولی بعد از 6 سال و نیم کار کردن 90% از ظرفیت خود را نگه می دارد. برای مثال، باتری استفاده شده در نیسان LEAF، دوبار سریع تر از باتری استفاده شده در یک تسلا فرسوده می شود زیرا LEAF سیستم فعال خنک کننده برای باتری خود ندارد.

مثالی از خودروها و ظرفیت باتری آن ها

تمام برقی

• Addax MT: 10-15 kWh
• Audi e-tron: 95 kWh
• BMW i3: 22–42 kWh
• BYD e6: 60–82 kWh
• Chevrolet Bolt / Opel Ampera-e: 60 kWh, 66 kWh (2020)
• Citroen C-Zero / Peugeot iOn (i.MIEV): 16 kWh (2010) / 14,5 kWh (2013-)
• Fiat 500e: 24 kWh
• Ford Focus Electric: 23 kWh (2012), 33.5 kWh (2018)
• Harley-Davidson LiveWire: 15.5 kWh
• Honda Clarity (2018): 25.5 kWh
• Hyundai Kona Electric: 39.2–64 kWh
• Hyundai Ioniq Electric: 28 kWh
• Kia Soul EV: 27 kWh
• Kia Niro EV: 39.2–64 kWh
• Jaguar I-Pace: 90 kWh
• Mini Cooper SE: 32.6 kWh
• Nissan Leaf I: 24–30 kWh
• Nissan Leaf II: 24-60 kWh
• Mercedes-Benz EQ C: 80 kWh
• Mitsubishi i-MIEV: 16 kWh
• Renault Fluence Z.E.: 22 kWh
• Renault Twizy: 6 kWh
• Renault Zoe: 22 kWh (2012), 41 kWh (2016), 52 kWh (2019)
• Smart electric drive II: 16.5 kWh
• Smart electric drive III: 17.6 kWh
• Tesla Model S: 60–100 kWh
• Tesla Model X: 60–100 kWh
• Tesla Model 3: 54–75 kWh
• Tesla Model Y: 54–75 kWh
• Toyota RAV4 EV: 27.4 kWh (1997), 41.8 kWh (2012)
• Volkswagen e-Golf Mk7: 24–36 kWh
• Volkswagen e-Up!: 18.7 kWh
• Rimac C Two: 120 kWh
• Zero Motorcycles: 7.2 or 14.4 kWh

هیبریدهای قابل شارژ

• Audi A3 e-tron: 8.8 kWh
• Audi A6L e-tron (2016): 14.1 kWh
• Audi Q7 e-tron: 17 kWh
• BMW i8: 7 kWh
• BMW 2 Series Active Tourer 225xe: 6.0 kWh
• BMW 330e iPerformance: 7.6 kWh
• BMW 530e iPerformance: 9.2 kWh
• BMW X5 xDrive40e: 9.0 kWh
• Chevrolet Volt: 16–18 kWh
• Chrysler Pacifica Hybrid: 16 kWh
• Ford Fusion II / Ford C-Max II Energi: 7.6 kWh
• Fisker Karma: 20 kWh
• Honda Accord PHEV (2013): 6.7 kWh
• Honda Clarity PHEV (2018): 17 kWh
• Hyundai Ioniq Plug-in: 8.9 kWh
• Kia Niro Plug-in: 8.9 kWh
• Koenigsegg Regera: 4.5 kWh[24]
• Mini Countryman Cooper S E: 7.6 kWh
• Mitusbishi Outlander PHEV: 12–13.8 kWh
• Polestar 1: 34 kWh
• Porsche 918 Spyder: 6.8 kWh
• Toyota Prius III Plug-in: 4.4 kWh
• Toyota Prius IV Plug-in: 8.8 kWh
• Volkswagen Golf GTE: 8.8 kWh
• Volkswagen Passat GTE: 9.9 kWh
• Volkswagen XL1: 5.5 kWh
• Volvo V60: 11.2 kWh

هیبریدهای بدون سیستم شارژ

• Audi A6 Hybrid (2012): 1.3 kWh
• Cadillac Escalade 2008-2013 Dual-Mode Hybrid
• Chevrolet Malibu (2016): 1.5 kWh
• Chevrolet Silverado / Chevrolet Tahoe 2008-2013 Dual-Mode Hybrid
• Ford Fusion II / Ford C-Max II: 1.4 kWh
• GMC Yukon / GMC Yukon Denali 2008-2013 Dual-Mode Hybrid
• Hyundai Ioniq Hybrid: 1.56 kWh
• Kia Niro: 1.56 kWh
• Lexus CT 200h: 1.3 kWh
• Lexus NX 300h: 1.6 kWh
• PSA Peugeot-Citroën's 1st gen HYbrid4 system: 1.1kWh Ni-MH
• Toyota Prius II: 1.3 kWh
• Toyota Prius III: 1.3 kWh
• Toyota Prius C / Toyota Yaris Hybrid: 0.9 kWh
• Toyota Camry Hybrid (2012): 1.6 kWh

هزینه باتری

 نمونه اولیه یک باتری پلیمر لیتیوم با انرژی مخصوص W.h/kg 50 . سلول های جدیدتر لیتیومی می توانند تا W.h/kg 265 فراهم کرده و تا هزاران بار شارژ و تخلیه شوند. در سال 2010، دانشمندان در دانشگاه فنی دانمارک مبلغ 10 هزار دلار جهت یک باتری گواهی شده EV با ظرفیت  W.h/kg 25 (یا به عبارتی $400/kW.h) بدون هیچ تخفیف یا جریمه پرداخت کردند. دو شرکت از 15 تولیدکننده باتری قادر به تأمین مدارک فنی کامل در مورد کیفیت و ایمنی در برابر آتش بود. در سال 2010 تخمین زده شد که حداقل 10 سال طول می کشد تا قیمت باتری به یک سوم تقلیل پیدا کند.

طبق یک مطالعه در سال 2010، توسط شورای ملی تحقیق ایالات متحده، هزینه یک پک باتری لیتیومی در حدود $1700/kW.h بود و با توجه به نیاز PHEV-10 به kW.h2 و PHEV-40 به kW.h8، هزینه تولید پک باتری برای PHEW-10 معادل 3000$ و برای PHEV-40 معادل 14000$ بود. بررسی مرکز فنی MIT نشان داد که هزینه پک باتری خودروها تا سال 2020 برابر با 225$ تا 500$ به ازای هر کیلووات ساعت خواهد بود. یک تحقیق در سال 2013 توسط شورای آمریکایی برای اقتصاد انرژی محور نشان داد که هزینه باتری از $1300/kW.h در سال 2007 به $500/kW.h در سال 2012 کاهش یافته است. سازمان انرژی ایالات متحده برای تحقیقات تحت حمایت خود اهداف قیمتی $300/kW.h در سال 2015 و $125/kW.h در سال 2022 تعیین کرده است. کاهش هزینه ها از طریق توسعه در تکنولوژی باتری و حجم تولید بالاتر به خودروهای برقی قابل شارژ امکان رقابت مناسب تری با خودروهای موتور احتراق داخلی بخشیده است. در سال 2016، در دنیا ظرفیت تولید باتری لیتیومی GW.h57/41 بود.

هزینه واقعی سلول ها موضوع بحث و گفتگوی زیادی است زیرا اکثر تولیدکنندگان خودروهای برقی از ارائه جزئیات آن طفره می روند. اگرچه، در اکتبر 2015، خودروساز GM در کنفرانس سالیانه تجاری خود آشکار کرد که آن ها انتظار هزینه ای برابر با $145/kW.h برای باتری های ورودی در سال 2016 را داشتند که این عدد کمتر از پیش بینی های دیگر تحلیل گران بود. GM همچنین برای انتهای سال 2021 انتظار قیمتی برابر با $100/kW.h را دارد.

طبق مطالعه منتشر شده در فوریه 2016 توسط موسسه انرژی های نوین بلومبرگ (BNEF)، قیمت باتری نسبت به سال 2010 برابر با 65% و در مقایسه با سال 2015 برابر با 35% کاهش را نشان می دهد و به $350/kW.h رسیده است. مطالعه نتیجه می گیرد که هزینه های باتری در حال طی مسیر به سمت ساخت خودروهای الکتریکی قابل رقابت از لحاظ قیمتی با خودروهای احتراق داخلی حتی بدون کمک دولتی در سال 2022 هستند. BNEF نشان داد که در سال 2040، خودروهای با قابلیت طی مسیر بالا قیمتی برابر با 22،000$ در سال 2016 دارند. BNEF پیش بینی کرد که هزینه های باتری خودروی الکتریکی تا سال 2030 به خوبی به زیر $120/kW.h خواهد رسید و به دلیل کشف محصولات جدید قیمت های پایین تر نیز دور از ذهن نخواهد بود.

مقایسه تخمین قیمت باتری

شما میتوانید برای اطلاع از قیمت باتری خودرو و انواع لوازم یدکی هیوندای، لوازم یدکی کیا و یا انواع دیگر خودروها با کارشناسان ما تماس حاصل بگیرید.