ارزیابی فنی باتری های لیتیوم برای وسایل نقلیه برقی (مقاله ترجمه شده)

«به عنوان یک کشوری که دارای 2 درصد مخازن نفتی جهان است اما 20 درصد نفت جهان را مصرف می کند – قصد دارم این را تکرار کنم – 2 درصد مخازن نفتی جهان را داریم؛ 20 درصد استفاده می کنیم. این به چه معنی است، به همان میزان که تلاش می کنیم تا تولید نفت را افزایش دهیم، قادر نخواهیم بود تا خود را از شرایط سخت قیمت های بالای گاز نجات دهیم. هرکسی غیر از این را به شما بگوید یا نمی داند که درباره چه چیزی صحبت می-کند یا اینکه حقیقت را به شما نمی گویند.»

مقدمه

انگیزش

زغالسنگ محور اصلی انقلاب صنعتی قرون 18ام و 19ام بوده است. با ظهور حمل و نقل جاده ای (اتومبیل) و هوایی، نفت به عنوان سوخت غالب در طول قرن بیستم تبدیل گردید. در سال 2009، مصرف نفت جهان روزانه در حدود 5/84 میلیون بشکه (حدود 88 میلیون بشکه در سال 2011) بود که 35 درصد آن سهم حمل و نقل زمینی بود (BP, 2012)، (IEA, 2012).

باتریها: تعاریف و مفاهیم بنیادین

این فصل روی مفاهیم بنیادین باتری لیتیوم-یون متمرکز می شود. برخی مفاهیم پایه باتری و اصول الکتروشیمیایی تکنولوژی باتری لیتیوم-یون بعد از مرورکلی انواع مختلف باتریهای لیتیوم-یون توصیف شدند.

اصول الکتروشیمیایی بنیادین باتریهای لیتیوم-یون

باتریها «دستگاههای الکتروشیمیایی هستند که انرژی شیمیایی موجود در مواد فعال خود را به انرژی الکتریکی با استفاده از واکنشهای اکسایش-کاهش الکتروشیمیایی که در الکترودها رخ می دهند، تبدیل می کنند. در مورد یک سیستم قابل شارژ، باتری به وسیله معکوس این فرآیند شارژ می شود» (لیندن ، 2002).

طراحی و کارایی باتریهای لیتیوم-یون

این فصل روی طراحی و کارایی باتریهای لیتیوم-یون متمرکز می شود. ابتدا توصیفی از تکنولوژیهای وسیله نقلیه هیبرید و برقی همراه با خصوصیات باتری موردنیاز آنها ارائه شده است. سپس یک نگرش کلی از پیکربندیهای طراحی مختلف پیلهای لیتیوم-یون نشان داده شده است. به علاوه، توصیف برخی راه حلهای پک باتری کنونی بینشی درباره چگونگی اینکه پکهای باتری در صنعت ساخته می شوند، ارائه می کند. سپس مدل کارایی و هزینه باتری (BatPac) توسعه یافته در آزمایشگاه ملی آرژون توصیف شده است. BatPac یک مدلی است که می تواند برای مقایسه هزینه، جرم و قابلیت تولید توان شیمی های لیتیوم-یون متعدد برای وسایل نقلیه متعدد مورد استفاده قرار گیرد. در آخرین بخش این فصل برخی نتایج به دست آمده با استفاده از این مدل بحث شدند که نشان دهنده انرژی و توان، مقاومت داخلی، وزن و هزینه پک باتری به عنوان تابعی از شیمی باتری است.

الزامات باتری برای وسایل نقلیه هیبرید و برقی

چندین مفهوم مختلف پوشش داده شده به وسیله عبارات وسایل نقلیه هیبرید و برقی وجود دارند. این بخش توصیف مختصری از هردو تکنولوژی ارائه می کند که به وسیله آنالیز الزاماتی که باتریها برای وسایل نقلیه هیبرید و برقی با آنها سازگار شوند، دنبال شده است.

فاکتورهای تاثیرگذار بر کارایی باتری

در فصل قبل مهمترین پارامترهای موردنیاز برای ارزیابی و درک خصوصیات سیستم یک باتری را بیان کردیم. مقاومت داخلی فویاً کارایی باتری را تحت تاثیر قرار می دهد و توان مخصوص را محدود می سازد در حالیکه ظرفیت قویاً انرژی مخصوص را تحت تاثیر قرار می دهد (اچ. جی. شویگر، 2010). علاوه بر استفاده مکرر، پیری باتری نیز نقش پررنگی در تاثیرگذاری بر عملکرد باتری بازی می کند و توان و انرژی در دسترس را با زمان کاهش می دهد.

ترمودینامیک و سینتیک الکتروشیمیایی

در فصل 2، درباره تعریف باتری و چگونگی اینکه باتری الکتریسیته را از طریق واکنشهای شیمیایی ذخیره می کند، صحبت کردیم. همچنین عبارت ولتاژ و ظرفیت را تعریف کردیم که هردو خصوصیات کلیدی برای ذخیره سازی انرژی هستند. ظرفیت معیاری از میزان بار (شارژ) است که می تواند از باتری استخراج شود، ولتاژ معیاری از میزان انرژی موجود در ماده فعال پیل است (انرژی پتانسیل الکتریکی).

مدلسازی پیل باتری

به منظور درک تاثیر نرخ تخلیه/شارژ ثابت و دما روی قابلیت تولید انرژی و توان، شبیه سازیها انجام شدند.

این فصل با معرفی مختصر انواع مختلف مدلهای باتری مورد استفاده توسط تولیدکنندگان باتری و محققان با تمرکز روی مدلهای الکتریکی آغاز می شود. مدلهای مدار معادل رایج ترین رویکرد برای شبیه سازی باتری EV هستند و نوع مدل مورد استفاده در این کار هستند. در بخش 5-2 مدل مدار معادل مورد استفاده برای آنالیز قابلیت تولید انرژی دو پیل باتری مختلف (NMC و LFP) معرفی شده است و نتایج به دست آمده از شبیه سازی نشان داده شدند. در آخرین بخش، قابلیت تولید انرژی و توان دو پیل به عنوان تابعی از SOC و دما ارائه شده است.

پیشینه

آزمونهای آزمایشگاهی و اندازه گیریها، خصوصا برای باتریهای بزرگ، هزینه بر و زمان بر هستند. به منظور کاهش هزینه و زمان، در سالهای اخیر شبیه سازی باتری به یک عملی بدل شده است که به طور فزآینده توسط تولید کنندگان باتری و محققان مورد استفاده قرار گرفته است.

این مقاله در سال 2012 توسط بخش دانشگاه کارل فون اوسیتسکی اولدنبورگ منتشر شده و در سایت ای ترجمه جهت دانلود ارائه شده است. در صورت نیاز به دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی و ترجمه آن می توانید به پست دانلود ترجمه مقاله ارزیابی فنی باتری های لیتیوم برای وسایل نقلیه برقی در سایت ای ترجمه مراجعه نمایید.