فهم مكونات بطاريات السيارات الكهربائية

تتكون بطاريات السيارات الكهربائية من عدة مكونات رئيسية ، بما في ذلك كيمياء وهيكل الخلايا ، وأنظمة الإدارة والتحكم في البطارية ومكونات أخرى مهمة، التي تختلف من بطارية لأخرى حسب نوعية وحداثة البطارية المصنعة من طرف الشركة، سنوفر في هذا المقال مقدمة حول مكونات بطاريات السيارات الكهربائية ، وشرح ما هي وكيف تعمل. بالإضافة إلى ذلك ، ستكون هذه المقالة مساعدة تعليمية لأولئك الذين يرغبون في معرفة المزيد عن مكونات و تكنولوجيا السيارات الكهربائية. 

مكونات بطاريات السيارات الكهربائية ووظائفها

لتشغيل المركبات الكهربائية لابد من وجود أجزاء مهمة مثل البَطارية التي هي محور موضوعنا اليوم، وهي بدورها تحتوي على المكونات التالية:

كيمياء الخلية

تَتكون بطاريات السيارات الكهربائية من عدة مكونات ، وتعتبر كيمياء الخلايا من أهمها. كيمياء الخلية، وهي عملية الجمع بين نوع معين من المعدن أو المادة مع إلكتروليت لتخزين الطاقة. تُستخدم أنواع مختلفة من كيمياء الخلايا في بطاريات السيارات الكهربائية ، مثل ليثيوم أيون وهيدريد معدن النيكل وحمض الرصاص. كل نوع له مميزاته وعيوبه من حيث التكلفة والأداء والسلامة، تابع تفاصيل أكثر:

ليثيوم أيون

تعد بَطارية الليثيوم أيون من أنواع بطاريات السيارات الكهربائية الأكثر شيوعًا. يتم شحن الخلايا وتفريغها عن طريق تمرير التيار الكهربائي المباشر عبر إلكتروليت البوليمر. تتميز بطاريات الليثيوم أيُون بكثافة طاقة عالية ، مما يجعلها مثالية للسيارات الكهربائية. تساعد على تَخزين الكثير من الطاقة في مساحة صغيرة ويمكن شحنها وتفريغها عدة مرات قبل أن تفقد سعتها . الجانب السلبي لبطاريات الليثيوم أيون هو ارتفاع تكلفتها ومداها المحدود لكل شحنة بسبب متطلبات الجهد العالي للشحن. 

هيدريد معدن النيكل

بطارية هيدريد معدن النيكل عبارة عن بطارية قابلة لإعادة الشحن، تستخدم التفاعل الكيميائي لأيون المعدن وأيونات الهيدروجين لتوليد الكهرباء من خلال عملية تسمى الأكسدة والاختزال. تبلغ كثافة الطاقة لهذا النوع من الخلايا حوالي 400 واط / ساعة. تتشابه بطاريات هِيدريد معدن النيكل مع بطاريات لِيثيوم أيون ، لكنها تستخدم نوعا مختلفا من مادة القطب. تتميز بكثافة طَاقة أقل من بطاريات الليثيوم أيُون ولكنها أرخص من ناحية الإنتاج. الجانب السلبي هو المدى المحدود لكل شحنة بِسبب انخفاض متطلبات جهد الشحن.

حمض الرصاص

بطاريات الرصَاص الحمضية هي أقدم انواع البطاريات القابلة لإعَادة الشحْن ، ولا تزال مستخدمة في بعض السيارات الكهربائية كمكون رئيسي. لديهم كثافة طاقة منخفضة نسبيًا ودورة حياة قصيرة ، لكنها غير مكلفة ومتاحة على نطاق واسع. لا توجد بَطارية مثالية ، لكن بطاريات الليثيوم وهيدريد معدن النيكل هي الأقل تكلفة والأكثر كفاءة من الأنواع الشائعة الأخرى.

هيكل الخلية

يشير هَيكل الخلية إلى الترتيب المادي للخلايا الفردية داخل بطارية السيارة الكهربائية. تشمل الأنواع الأكْثر شيوعًا من هياكل الخلايا ما يلي:

الخلايا الأسطوانية

الخلايا الأسطوانية من مكونات بطاريات السيارات الكهربائية وهي أسطوانية الشكل وتتكون عبر دحرجة مادة القطب في أنبوب. يتم استخدامها بشكل شائع في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية ، مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية.

أقطاب كهربائية

يوجد قطبان في الخلية الفردية ؛ الكاثود (القطب السالب) والأنود (القطب الموجب). تحتوي هذه الأقطاب على مادة تمكن الإلكترونات من التدفق من القطب الموجب إلى القطبو ةر السالب. ثم يَتم تخزين هذا التيار في تفاعل كيميائي يعرف بالأكسدة.

فواصل 

الفواصل عبارة عن صفائح رقيقة من مواد مسامية تفصل بين نوعين مختلفين من المواد في البطارية. يسمح الفصل للأيونات الناتجة عن التفاعلات الكيميائية الداخلية بالتحرك بحرية عبر البَطارية دون ملامسة بعضها البعض ، مما يمنع التلامس والتآكل بين الخلايا.

الإلكتروليتات

هي خلايا فردية في البطارية عبارة عن سوائل تنقل الأيونات والإلكترونات في نظام كهربائي. تتوسط الإلكترونات التفاعلات الكهروكيميائية. هناك نوعان مختلفان من التفاعلات التي تحدث في البَطارية ، الأكسدة والاختزال.

تأثير مكونات بطاريات السيارات الكهربائية على الأداء

يمكن أن تؤثر مكونات بطاريات السيارات الكهربائية بِشكل كبير على أدائها. تحدد كيمياء الخلية كثافة طاقة البطارية ، والتي بدورها تؤثر على انطلاق السيارة وتسارعها. كما يؤثر هيكل الخلية على مرونة التغليف ، الإدارة الحرارية ، القوة الميكانيكية والتكلفة وميزات الأمان للبطارية. أيضا يساعد نظام التبريد في تنظيم درجَة حرارة البطارية ، مما يمنع ارتفاع درجة الحرارة ويطيل عمر البطارية. يمكن أن تؤثر ميزات السلامة والمتانة على الموثوقية الكلية وعمر البطارية.

تشمل هذه المكونات المحركات وأنظمة التحكم ، المعادن والعناصر ، وكلها تلعب دورًا في أداء محركات السيارة الهجينة والكهربائية. يمكن أن يساعد فهم كيفية تأثير كل مكون على الأداء في تعزيز الحجم الكلي لبطارية السيارة الكهربائية وكفاءتها.

تأثير حجم ووزن البطارية

يمكن أن يكون لحجم و وزن البَطارية تأثير كَبير على أدائها. قد يكون من الصعب نقل واستخدام البطاريات الثقيلة جدًا أو الضخمة، سيؤثر ذلك أيضًا على مدة استمرارها إيجابيا ، حيث تميل البطاريات الأكبر إلى حمل شحنة أكبر من البطاريات الأصغر، بينما تميل البطاريات الأخف إلى الحصول على أوقات شَحن أسرع من البطاريات الثقيلة. 

كيف تؤثر درجة الحرارة على أداء البطاريات

تعتبر درجة الحرارة من أهم العوامل التي يمكن أن تؤثر على أداء بطاريات السيارات الكهربائية. عندما تكون درجات الحرارة مرتفعة جدًا أو منخفضة جدًا ، فقد يتسبب ذلك في انخفاض كَبير بسعة البَطارية ونطاق عمل مكوناتها. في الحالات القصوى ، قد يؤدي ذلك إلى فشل البطارية. الحفاظ على دَرجة حرارة بطاريات السيارات الكهربائية أمر ضروري لضمان أدائها على النحو الأمثل واستمرارها لأطول فترة ممكنة. 

تأثير سرعة الشحن على أداء بطارية السيارة الكهربائية

ينتج عن الشحْن السريع الكثير من الضغط على نظام إدارة البطارية ونظام التبريد ، بينما يعتبر الشحن البطيء أقل إجهادًا للبطارية ، ولكنه يستغرق وقتًا أطول لشحن البَطارية بكامل طاقتها. سرعة الشحن المثلى لبطارية السيارة الكهربائية هي تحقيق التوازن بين وقت الشحْن وطول عمر البطارية. 

مزايا استخدام بطارية EV

 تتمثل إحدى المزايا الرئيسية لبطارية EV عالية الأداء بالعديد من المميزات ، مثل زيادة الطاقة ، تحسين السلامَة ، انخفاض الوزن  والعمر الطويل. بالإضَافة إلى ذلك ، يمكن أيضا استخدام هذه البطاريات في أنطمة تَخزين الطاقة مثل أنظمة الطاقة الشمسية، الطاقة المائية والريحية. علاوة على ذلك ، من المتوقع أن يُؤدي إنتاج و تطوير بطاريات السيارات الكهربائية إلى زيَادة معدل إعادة تدوير البطاريات وتقليل الأثر البيئي لاستخدام السيارة.

كيف يتم تصنيع بطاريات السيارات؟

عملية صنع بطاريات السيارات معقدة ويتطلب ذلك دقة وهندسة دقيقة، وتتضمن مجموعة متنوعة من الخطوات الأساسية ، في البداية تحتاج إلى تجميع المكونات الخام ثم استِخدام الليثيوم وخلط أكسيد الرصَاص بحمض الكبريتيك إلى تشكيل الألواح وتوصيلها بالخلايا ، تَصنيع الأقطاب ثم تجميع الخلايا وتجربة التفاعلات الكيميائية، توصيل شرائط معدنية تسمى الموصلات ثم تشغيل المنتج النهائي والعديد من التفاصيل المهمة، لذلك سنتطرق إلى موضوع تصنيع بطارية السيارات بالتفصيل في مقال آخر.