باتری‌های درون خودرو‌های الکتریکی چطور کار می‌کنند؟ 

همان‌طور که احتمالا می‌دانید، این خودرو‌ها در حقیقت از چندین باتری لیتیوم-یونی که به یکدیگر وصل شده‌اند، بهره می‌برند. با رانندگی و مصرف انرژی هم طبیعتا شارژ این باتری‌ها به پایان می‌رسد. برای اندازه‌گیری عمر باتری این خودرو‌ها معمولا از واحد چرخه‌‌های شارژ استفاده می‌شود؛ چرخه‌ی شارژ هم تعداد دفعاتی است که باتری به طور کامل شارژ و به طور کامل خالی می‌شود. مانند تمام باتری‌های لیتیوم یونی، باتری‌های درون این خودروها هم به مرور زمان با کاهش دوام روبه‌رو می‌شوند.

با این حال، سازندگان خودرو‌های الکتریکی توجه ویژه‌ای به باتری‌های درون این اتومبیل‌ها نشان می‌دهند و در حقیقت بیشتر این شرکت‌ها، باتری‌ها را حدود ۵ تا ۸ سال ضمانت می‌کنند. به‌عنوان مثال تسلا می‌گوید هر چقدر هم از ماشین خود استفاده کنید، باتری‌های موجود در این ماشین‌ها ۸ سال ضمانت دارند. اما از سوی دیگر شرکت نیسان می‌گوید ضمانت باتری خودروهای برقی این شرکت ۸ سال یا ۱۰۰ هزار مایل است.

برای اندازه‌ی ظرفیت باتری این ماشین‌ها هم واحد کیلو‌‌وات-ساعت استفاده می‌شود. مانند باک ماشین که هر چقدر بزرگ‌تر باشد می‌تواند بنزین بیشتری در خود جای دهد، باتری‌های خودروهای برقی هم هر چقدر بزرگ‌تر باشند، با هر بار شارژ می‌توانند مسافت بیشتری را نسبت به خودرو‌های با باتری کوچک‌تر طی کنند.

باید خاطرنشان کنیم به غیر از عامل سرعت، فاکتورهایی مانند تغییرات دمایی زیاد و همچنین بهره‌گیری از گجت‌های مختلف موجود در ماشین هم بر عمر باتری تأثیرگذار هستند. در ضمن با توجه به اینکه این باتری‌ها پیشرفت‌های زیادی روبه‌رو می‌شوند، طی سال‌های آینده احتمالا هم از نظر سرعت شارژ و هم از نظر ظرفیت بسیار بهتر خواهند شد.

این باتری‌ها چند سال عمر می‌کنند؟

مانند باتری گوشی، عمر باتری‌های درون خودرو‌های برقی تا حدی به نحوه‌ی استفاده از آن‌ها بستگی دارد. اما همان‌طور که گفتیم، بسیاری از شرکت‌ها این باتری‌ها را به مدت ۸ سال و بین ۱۰ تا ۱۰۰ هزار مایل استفاده، ضمانت می‌کنند. طبق بررسی‌های صورت گرفته، باتری خودرو مدل S بعد از حدود ۵۰ هزار مایل حرکت، حدود ۵ درصد از ظرفیت اولیه‌ی خود را از دست می‌دهد.

روی هم رفته گفته می‌شود اگر این اتومبیل‌ها به‌درستی استفاده شوند، باتری آن‌ها تا ۱۰۰ هزار مایل استفاده با مشکل خاصی روبه‌رو نمی‌شود. از طرف دیگر برخی گزارش‌ها می‌گویند که این باتری‌ها تا ۲۰۰ هزار مایل استفاده هم به‌خوبی دوام می‌آورند. با توجه به اینکه رانندگان ساکن آمریکا سالانه به طور میانگین ۱۵ هزار مایل با خودرو خود جابه‌جا می‌شوند، در این صورت تا حدود ۱۳ سال بدون نگرانی بابت باتری می‌توانند از خودرو برقی خود استفاده کنند.

همان‌طور که احتمالا می‌دانید، در برخی کشورهای پیشرفته ایستگاه‌های شارژ وجود دارد که با استفاده از شارژ پرسرعت می‌توانند خودرو‌های برقی را شارژ کنند. اما اگر این ایستگاه‌ها مرتبا استفاده شوند، سرعت شارژ بالا منجر به کاهش عمر باتری می‌شود. همچنین در شرایط سرمای بسیار شدید هم این باتری‌ها متحمل فشار زیادی می‌شوند. اگرچه گرمای شدید هم برای این باتری‌ها مضر است، اما اکثر خودروهای الکتریکی از سیستم‌های پیشرفته‌ای برای خنک کردن باتری بهره می‌برند.

چه اتفاقی برای باتری‌های قدیمی می‌افتد؟

شرکت‌های سازنده تلاش می‌کنند با بازیافت باتری‌های قدیمی یا خراب، از مواد استفاده شده درون آن‌ها بار دیگر بهره ببرند. در حال حاضر فقط نیمی از مواد موجود در این باتری‌ها بار دیگر استفاده می‌شوند اما روش‌های جدیدی در دست توسعه قرار دارند تا مواد بیشتری بازیافت شوند.

باتری‌هایی هم که خراب نشده‌اند و فقط بخشی از ظرفیت خود را از دست داده‌اند، می‌توانند با تغییر کاربری در حوزه‌های دیگری استفاده شوند. به‌عنوان مثال می‌توانیم به باتری‌های پشتیبان برای مواقعی که برق خانه می‌رود یا باتری‌های مختص ذخیره‌سازی انرژی دریافتی از پنل‌های خورشیدی اشاره کنیم.

بهترین روش برای شارژ باتری ماشین

راستش را بخواهید گوشی‌های موبایل و لوازم الکترونیکی خانگی ما را تا حدی بدعادت کرده‌اند! هرگاه باتری دستگاه‌های الکترونیکی خانگی‌مان تخلیه بشود آن‌ها را به شارژر وصل می‌کنیم! اما شارژکردن باتری ماشین این‌گونه کار نمی‌کند و در واقع یک فرایند دستی است. طراحی باتری ماشین با سایر لوازم الکترونیک بسیار متفاوت است. بیشتر دستگاه‌های الکترونیکی که در زندگی‌مان از آن‌ها استفاده می‌کنیم و باتری‌هایشان برای دستورالعمل‌های شارژ دوباره برنامه‌نویسی شده‌اند؛ آن‌ها تمامی مراحل شارژ کردن باتری را به‌صورت خودکار انجام می‌دهند. برای مثال باتری‌های تلفن همراه شامل خطوط باریک الکترونیکی‌ای می‌باشند. بدین صورت باتری با پردازنده ارتباط برقرار می‌کند. این خطوط پیام‌هایی درباره ولتاژ، نرخ آمپر و زمان لازم برای شارژ با پردازنده ردوبدل می‌کنند. البته لازم به ذکر است که این حجم از محاسبات و انتقال داده تأثیر مستقیمی بر عمر باتری می‎گذارند. باتری ماشین از هیچ یک از این فناوری‌ها برخوردار نیست.
برای بالاتر بردن طول عمر باتری ماشین، پیچیدگی‌های الکترونیکی این‌چنینی هیچ جایی در فرایند تولید و طراحی آن ندارند. ولی به هر ترتیب تخلیه‌شدن باتری یک مسئله طبیعی و اجتناب‌ناپذیر است؛ و باتری خالی شده قاعدتاً باید دوباره شارژ بشود. در این مقاله قصد داریم هرآنچه لازم است درباره باتری ماشین و شارژ آن بدانید را به شما آموزش داده و در نهایت بهترین روش برای شارژ باتری ماشین را معرفی کنیم. پس اگر شما هم دغدغه تخلیه‌شدن شارژ باتری ماشینتان را دارید یا اینکه همین حالا هم باتری ماشینتان خالی شده است و به فکر شارژ آن هستید با ما در این مقاله همراه باشید

پل تی. کیزر مقاله ای را در دهه 1990 منتشر کرد که در آن روایت مرسوم ناآگاهی فناوری و پزشکی باستان به چالش کشیده شد، باورهای دیرینه در مورد دانش فنی و پزشکی باستانی مورد بررسی قرار گرفت. کیزر در مجله مطالعات خاور نزدیک نوشت که باتری‌های باستانی و مارماهی‌های الکتریکی ممکن است برای مقاصد پزشکی، و به طور بالقوه برای تسکین درد یا بیهوشی مورد استفاده قرار گرفته باشند.

باتری بغداد که گاهی به عنوان باتری اشکانی نیز شناخته می شود، یک ظرف سفالی است که یک استوانه مسی را در خود جای داده است. یک میله آهنی در مرکز این استوانه است – اما با آن تماس ندارد – هر دو استوانه مسی و میله آهنی با اتصالات قیر مانند در جای خود نگه داشته می شوند.

در حفاری های سال 1936 در روستای قدیمی خجوت رابو در نزدیکی بغداد در عراق کشف شد. قدمت این روستا حدود 2000 سال است و در  دوره اشکانی  که بین سال های 250 قبل از میلاد تا 224 پس از میلاد ساخته شده است. برای برخی تصور می شود که باتری بغداد بینشی در مورد فناوری باستانی بین النهرین ارائه می دهد.

وقتی صحبت از باتری و تولید جریان الکتریکی می‌شود، اغلب ذهن ما به سمت دانشمندان اروپایی قرون اخیر مانند آلکساندرو ولتا می‌رود. اما کشفیات باستان‌شناسی نشان داده‌اند که چندین قرن پیش از ولتا، تمدنی در شرق، یعنی ایران باستان، موفق به ساخت نوعی باتری ابتدایی شده بود. این اختراع شگفت‌انگیز که با نام‌های مختلفی همچون باتری پارتیان، باتری اشکانیان یا باتری بغداد شناخته می‌شود، یکی از مهم‌ترین شواهد تاریخی درباره‌ی سطح بالای دانش و فناوری در دوران باستان است.

این باتری در سال ۱۹۳۶ توسط «ویلهلم کونیگ»، باستان‌شناس آلمانی، در نزدیکی بغداد و شهر باستانی تیسفون کشف شد. بررسی‌ها نشان داد که این وسیله‌ی عجیب به حدود ۲۰۰۰ سال پیش، یعنی دوره‌ی اشکانیان تعلق دارد. به همین دلیل در منابع علمی و تاریخی از آن به عنوان قدیمی‌ترین باتری جهان یاد می‌شود.

ساختار و اجزای باتری پارتیان

باتری پارتیان از یک کوزه سفالی تخم‌مرغی شکل با ارتفاع حدود ۱۴ سانتی‌متر تشکیل شده است. درون این کوزه، یک میله آهنی به طول تقریبی ۷.۵ سانتی‌متر به عنوان آند (قطب منفی) قرار داشت. این میله درون یک استوانه‌ی مسی با قطر حدود ۲.۶ سانتی‌متر و طول ۸.۹ سانتی‌متر جای گرفته بود که نقش کاتد (قطب مثبت) را ایفا می‌کرد.

برای ثابت نگه داشتن این اجزا و جلوگیری از نشتی، از قیر طبیعی به عنوان ماده‌ی آب‌بند استفاده شده بود. بررسی‌های شیمیایی نشان داد که اگر این ظرف با محلول‌های اسیدی طبیعی مثل سرکه یا آب‌لیمو پر می‌شد، واکنش الکتروشیمیایی میان آهن، مس و الکترولیت می‌توانست جریان الکتریکی تولید کند.

آبکاری طلا و نقره

بیشترین شواهد موجود نشان می‌دهد که باتری پارتیان برای آبکاری فلزات استفاده می‌شده است. در نزدیکی محل کشف این باتری، نمونه‌هایی از اشیای آبکاری‌شده با طلا و نقره یافت شده‌اند. آزمایش‌های مدرن نیز نشان داده‌اند که این باتری توانایی تولید جریان کافی برای آبکاری طلا روی نقره یا مس را دارد.

کاربردهای پزشکی

برخی محققان احتمال داده‌اند که این باتری برای درمان‌های سنتی به‌کار رفته و شاید نوعی تحریک الکتریکی برای تسکین درد یا بهبود زخم‌ها بوده است. البته شواهد قطعی برای این فرضیه در دسترس نیست.

منبع انرژی برای ابزارهای ساده

این احتمال نیز مطرح شده که باتری برای روشن کردن وسایل بسیار کوچک یا حتی آزمایش‌های علمی اولیه به‌کار رفته باشد.

کاربردهای آیینی یا مذهبی

عده‌ای معتقدند که شاید استفاده از این باتری جنبه نمادین یا آیینی داشته است. اما با توجه به شواهد آبکاری، این فرضیه کمتر مورد توجه قرار گرفته است.

اهمیت تاریخی و علمی

کشف باتری پارتیان یک نقطه عطف مهم در تاریخ علم محسوب می‌شود. چرا که:

نشان می‌دهد ایرانیان باستان دست‌کم ۱۸ قرن قبل از ولتا با اصول الکتروشیمی آشنا بوده‌اند.

فناوری تولید جریان الکتریکی تنها به دوران مدرن محدود نبوده و ریشه‌ای عمیق در تاریخ دارد.

این کشف، مرزهای تاریخ علم را جابه‌جا کرده و جایگاه ایران باستان را در میان تمدن‌های علمی برجسته‌تر ساخته است.

باتری پارتیان نه تنها یک شیء باستانی ساده نیست، بلکه سندی تاریخی است که نشان می‌دهد ایرانیان باستان از دانش الکتروشیمی برای تولید جریان الکتریکی استفاده می‌کردند. این کشف شگفت‌انگیز، پیشینه‌ی باتری‌های مدرن را به ۲۰۰۰ سال قبل بازمی‌گرداند و نقش ایران را به عنوان یکی از خاستگاه‌های علم و فناوری بشر آشکار می‌کند.

کاربردهای آینده‌نگر

باتری‌های LFP نیمه جامد پتانسیل بالایی برای طیف وسیعی از کاربردها دارند، جایی که ایمنی و طول عمر اولویت بالایی دارد:

خودروهای الکتریکی (EVs): مهمترین کاربرد، به دلیل ایمنی فوق‌العاده در برابر آتش‌سوزی و پایداری حرارتی بالا، که می‌تواند اطمینان خاطر بیشتری را برای مصرف‌کنندگان فراهم کند.
سیستم‌های ذخیره انرژی (ESS): برای مصارف خانگی، تجاری و شبکه برق، که نیاز به باتری‌هایی با طول عمر طولانی و مقاومت بالا در برابر شرایط عملیاتی متغیر دارند.

الکترونیک مصرفی: مانند لپ‌تاپ‌ها، تبلت‌ها و ابزارهای شارژی که نیازمند ایمنی بیشتر در برابر ضربه، نفوذ آب و دماهای بالا هستند.
کاربردهای پزشکی: دستگاه‌های پزشکی قابل حمل و کاشتنی که پایداری و ایمنی در آنها حیاتی است.

باتری در خودروهای برقی، نقش پیشرانه را دارد. برخلاف خودروهای بنزینی که موتور با سوخت کار می‌کند، در تسلا همه‌چیز به باتری متکی است. بیش از ۵۰٪ قیمت یک خودروی تسلا به باتری آن اختصاص دارد، و همین اهمیت آن را نشان می‌دهد.

1. سلول‌های باتری (Battery Cells):
   • تسلا از سلول‌های استوانه‌ای استفاده می‌کند، مانند 18650، 2170 و اخیراً 4680
   • ترکیب شیمیایی رایج: NCA (نیکل-کبالت-آلومینیوم) و LFP (لیتیوم-آهن-فسفات)
2. ماژول‌ها (Battery Modules):
   • چندین سلول به‌صورت سری و موازی در یک ماژول قرار می‌گیرند
3. پک باتری (Battery Pack):
   • چندین ماژول در یک پک نصب می‌شوند که در کف خودرو قرار می‌گیرد
4. سیستم مدیریت باتری (BMS):
   • کنترل دما، ولتاژ، جریان، شارژ و ایمنی کلی سیستم

باتری‌های تسلا از هزاران سلول لیتیوم-یونی کوچک تشکیل شده‌اند که به‌صورت سری و موازی به هم متصل شده‌اند. این سلول‌ها به شکل استوانه‌ای (مثل باتری قلمی) هستند و در یک پَک بزرگ به نام Battery Pack جمع می‌شوند.

ساختار به‌صورت خلاصه:

• سلول‌ها (Cells): معمولاً مدل 2170 یا 4680 (مدل جدیدتر)

• ماژول‌ها (Modules): هر چند ده یا صد سلول یک ماژول را تشکیل می‌دهند

• پک باتری (Battery Pack): مجموعه ماژول‌ها به همراه سیستم مدیریت حرارت و BMS (سیستم مدیریت باتری)