با تکنولوژی تعویض باتری خودرو برقی آشنا شوید!

به گزارش پایگاه خبری جوان خودرو؛

مزایا و معایب روش تعویض باتری خودرو برقی

تعویض باتری چند مزیت دارد : تعویض باتری می­‌تواند بدون نیاز به صرف زمان برای شارژ باتری، یک باتری شارژ شده جدید را فراهم کند. در این مورد اضطراب مسافت قادر به طی کردن کاهش می­‌یابد و تا حدودی مسافت پیموده شده به بی‌­نهایت می­‌رسد.

باتری‌­ها خارج از خودرو شارژ می‌­شوند پس محدودیتی از لحاظ ابعاد، وزن و سطح قدرت شارژر وجود ندارد. باتری‌­ها در ایستگاه باقی­ می‌­مانند تا شارژ شوند که این امر انعطاف پذیری بیشتری در زمان توان شارژ باتری و همچنین زمان آن فراهم می‌­کند. باتری‌­ها می‌­توانند طبق برق محلی شارژ شوند.

علاوه بر این تعویض باتری تنها چند دقیقه زمان می‌­برد که اضطراب انتظار را به طور قابل ملاحظه‌­ای کاهش می‌­دهد. اگرچه هنوز چالش­‌های زیادی وجود دارد تا تعویض باتری مورد قبول بازار قرار گیرد. اول اینکه نیاز به یک رابط استاندارد در بین تولید کنندگان خودرو الکتریکی و ایستگاه‌­های تعویض باتری داریم. دوم اینکه برای صاحبان خودرو الکتریکی راحت نیست که صاحب یک باتری ثابت نباشند.

سوم باید یک روش مطمئن برای تخمین وضعیت باتری وجود داشته باشد تا الگوی مصرف باتری را مورد آزمایش قرار دهد. در نهایت اینکه قطع و وصل شدن مکرر اتصال بین باتری و خودرو می­‌تواند مشکلات ایمنی به همراه داشته باشد.

مقایسه تعویض باتری و شارژ سریع

تعویض باتری و شارژ سریع دو روش ممکن برای شارژ سریع باتری هستند. حال قصد داریم این دو روش را با توجه به تعداد بازدیدها، واحد خدمت‌­رسان و زمان انتظار با یکدیگر مقایسه کنیم. ابتدا نگاهی به تعداد بازدیدها می‌­اندازیم. به منظور شارژ سریع خودرو الکتریکی شما نیاز دارید به ایستگاه شارژ بروید همانطور که برای پر کردن باک خود به پمپ بنزین می‌­روید. در این تصویر می‌­توان تعداد متوسط بازدید از هر ابستگاه شارژ که برای هر وسیله نقلیه در هر سال مورد نیاز است را در برابر مسافت طی شده توسط خودرو الکتریکی مشاهده کرد.

این اطلاعات بر اساس تحقیقی از بررسی تحرک وسایل نقلیه الکتریکی در هلند است. ۱۹ سناریو مختلف وجود دارد که با توجه به محدوده مسافتی الکتریکی مختلف خودروها تعریف می‌­شود که روی محور x مشاهده می‌­شود. کمترین محدوده ۸۰ کیلومتر و بیشترین ۱۷۰ کیلومتر است.

متوسط تعداد بازدیدها همواره برای تعویض باتری کمتر از شارژ سریع است. دلیل این است که در مقایسه با شارژ سریع انرژی بیشتری به ازای هر تعویض باتری منتقل می­شود. علت این است که باتری تنها تا ٪۸۵-۷۵ می‌­تواند با شارژ سریع شارژ شود و فراتر از آن قدرت شارژ محدود می‌­شود. در مقابل شما همواره ایستگاه تعویض باتری را با شارژ ٪۱۰۰ ترک می­‌کنید.

شارژ سریع توانی بالاتر یا مساوی ۵۰ کیلووات فراهم می‌­کند و این ممکن است تاثیر شدیدی بر شبکه برق به خصوص در زمان اوج مصرف و هنگامی که چند خودرو با هم شارژ می­‌شوند داشته باشد. در مقابل پروسه شارژ در تعویض باتری می­‌تواند در زمان مطلوب انجام شود. یک سطح توان شارژ که به صورت رایج اعمال می‌­شود، توان ۱۱ کیلوواتی سه فاز است. از نظر زمان سرویس، شارژ سریع بر اساس سطح توان شارژ و ظرفیت باتری که چند درصد شارژ شود نیاز به زمان‌­های شارژ مختلفی دارد.

در اینجا دو مثال داریم. فرض کنید در حالت ایده­‌آل قدرت شارژ در شارژ سریع 50 کیلووات است و 11 دقیقه زمان می‌­برد تا خودرو شما برای طی کردن مسافت 80 کیلومتری شارژ شود. اگرچه اگر مسافت مورد نیاز 160 کیلومتر باشد این زمان 22 دقیقه خواهد بود. از طرف دیگر تعویض باتری همواره زمان سرویس مشخصی دارد که می‌­تواند 5 دقیقه یا کمتر باشد.

در واقعیت ممکن است درست در زمانی که به ایستگاه شارژ می‌­رسید قادر به تعویض باتری یا شارژ سریع نباشید و باید کمی صبر کنید. درست مثل پمپ بنزین ایستگاه شارژ یا تعویض باتری ظرفیت محدود دارد. ما مطالعه‌­ای انجام دادیم که در آن تئوری صف­‌بندی برای مقایسه عملکرد تعویض باتری و شارژ سریع استفاده می‌­شود. پارامترهای کلیدی که می‌­توانند عملکرد را تحت تاثیر قرار دهند عبارتند از : رسیدن مشتری که شامل توزیع زمان رسیدن مشتری‌­ها و فاصله بین آن‌ها می‌­شود.

توان و زمان شارژ

ابتدا زمان انتظار شارژ سریع و تعویض باتری را بررسی می‌­کنیم. پارامترهایی که زمان انتظار شارژ سریع را تحت تاثیر قرار می‌­دهند عبارتند از: محدوده مسافتی مورد نیاز خودرو، توان شارژ و تعداد خروجی‌­های شارژ در ایستگاه. از طرف دیگر پارامترهای اصلی که زمان انتظار تعویض یاتری را تحت تاثیر قرار می‌­دهند عبارتند از : ظرفیت باتری، تعداد خطوط تعویض باتری، تعداد باتری‌­ها در ایستگاه تعویض باتری، توان شارژ باتری‌­های تخلیه شده و تعداد خروجی‌­های شارژ. طبق تئوری صف بندی زمان متوسط انتظار برای هر مشتری می‌­تواند به عنوان تابعی از تعداد واحدهای سرویس برای محدوده مسافتی مشخص شناخته شود. در شکل زمان انتظار متوسط بر حسب تعداد واحدهای سوریس برای سه نوع مختلف شارژ سریع مشاهده می‌­کنید.

اول شارژ سریع است که بدترین مورد است که به معنی شارژ باتری از مینیمم محدوده مسافتی که تقریبا ۱۰ کیلومتر است تا SOC ٪۸۰ است. دوم شارژ سریع مورد پیک میانگین است که شارژ سریع باتری در پیک مصرف شبانه بر اساس انرژی مورد نیاز رانندگی است.

مورد سوم تعویض باتری است. در تصویر مشاهده می‌­شود که برای داشتن زمان انتظار یکسان برای ۱۲۵ کیلومتر محدوده مسافتی، تعویض باتری به تعداد واحدهای سرویس کمتری نیاز دارد. این بدین دلیل است که تعویض باتری به زمان سرویس کمتری در مقایسه با شارژ سریع نیاز دارد. برای تعویض باتری زمان انتظار همچنین می‌­تواند به عنوان تابعی از تعداد باتری­‌ها و همچنین تعداد فضاهای شارژ در ایستگاه تعویض باتری باشد. این تصویر نتیجه عددی یک تحقیق شبکه­‌ای از هنگ کنگ است.

از این دو تصویر می‌­توان فهمید که میانگین زمان انتظار به تعداد باتری‌­ها بسیار حساس است و زمانی که تعداد باتری­‌ها افزایش می‌­یابد سریعا به صفر می­‌رسد. اگرچه زمان متوسط انتظار با افزایش فضاهای شارژ به آرامی کاهش می­‌یابد. از این نمودارها مشخص است که بعد از نقاط مشخص دلیلی برای افزایش تعداد واحدها، تعداد باتری‌­ها یا تعداد فضاهای شارژ در یک ایستگاه تعویض باتری به منظور کاهش زمان انتظار وجود ندارد.

با مراجعه به تحقیقات انجام شده در یک سناریو هلندی، می‌­توان به تعداد بهینه واحدهای سرویس در ایستگاه شارژ سریع در مقابل محدوده مسافتی خودرو با در نظر گرفتن زمان ۱۰ دقیقه‌­ای قابل قبول برای انتظار در صف نگاهی داشت. از این تصویر می‌­توان فهمید که تعداد واحدهای سرویس با افزایش محدوده مسافتی مورد نیاز روند نزولی به خود خواهد گرفت.

اگرچه روند نزولی به طور مشخص برای سه تکنولوژی شارژ متفاوت است. خودروهایی با محدوده بالاتر نیاز به تعداد بازدید کمتری از ایستگاه شارژ سریع در سال دارند و این امر نرخ زمان ورود در هر ایستگاه را کاهش می­‌دهد. بنابراین تعداد واحدهای کمتری می‌­توانند نیازهای شارژ را برطرف کنند.

برای شارژ سریع مورد پیک میانگین، تعداد واحدهای کمتری مورد نیاز است. دلیل این است که انرژی شارژ و زمان شارژ برای این نوع از شارژ همواره پایین­‌تر از بدترین مورد است.

بنابراین یک واحد سرویس و در نتیجه کل ایستگاه می‌­تواند به خودروهای بیشتری خدمت‌­رسانی کند. این بدین معنی است که کل ایستگاه شارژ می‌­تواند ترافیک یکسان را با واحدهای شارژ کمتری انجام دهد. در نهایت تنها یک سوم واحدهای سرویس برای تعویض باتری مورد نیاز است. از آنجایی که زمان سرویس برای تعویض باتری کمتر است که حدود ۵ دقیقه می‌­باشد، ترافیک یکسانی از خودروها می­‌توانند با واحدهای سرویس کمتر توسط تعویض باتری شارژ خود را دریافت کنند.