Issiq iqlimda elektromobil batareyasiga nima bo‘ladi?

Jazirama issiqda elektromobil o‘z egasi uchun qulaylikdir. Shu bilan birga, bu avtomobilning eng qimmat qismi uchun jiddiy stress-test hamdir.

Mo‘tadil iqlimda o‘n yil bemalol xizmat qiladigan batareya doimiy qizish sharoitida mutlaqo boshqa ssenariy asosida eskiradi: tezroq, shiddatliroq va ortga qaytmas darajada. Eng yomoni, issiq mintaqalardagi elektromobil egalarining aksariyati bu haqda avtomobilni xarid qilib bo‘lgach xabar topadi.

Nima uchun litiy-ionli batareya kimyoviy darajada issiqlikdan qo‘rqadi?

Issiq iqlim sharoitida elektromobil batareyasida nima sodir bo‘lishini tushunish uchun kimyo darajasigacha tushish kerak. Chuqur emas, lekin bu yerda hech qanday sirli narsa yo‘qligini anglash uchun yetarli. Shunchaki, yuqori haroratda tezlashib ketadigan tushunarli jarayonlar mavjud.

Litiy-ionli akkumulyator litiy ionlarining elektrolit orqali anod va katod o‘rtasida harakatlanishi hisobiga ishlaydi. +15 dan +35 darajagacha bo‘lgan normal haroratda bu jarayon nisbatan bir maromda kechadi. Har bir zaryadlash va zaryadsizlanish sikli elektrodlar tuzilmasini biroz yediradi, lekin bu yeyilish kutilganidek, hisoblangan resurs doirasida sodir bo‘ladi. Harorat +40 darajadan oshganda, yacheyka ichidagi kimyoviy reaksiyalar tezroq va keskinroq kecha boshlaydi. Shunchaki tez emas, balki eksponensial darajada tezlashadi.

Qizdirilganda eskirishning tezlashishiga asosiy sababchi – SEI qatlamidir. Anod yuzasida hosil bo‘ladigan qattiq elektrolitli interfeys odatda himoya vazifasini bajaradi. U ionlarning o‘tishiga imkon berib, elektrolitning anodni bevosita yemirishiga yo‘l qo‘ymaydigan yupqa parda kabidir. Issiqda bu qatlam qalinlashadi, o‘tkazuvchanligi pasayadi va faol litiyni sikldan butunlay chiqarib yuboradi. Sig‘imning ortga qaytmas darajada yo‘qolishi aynan shundan kelib chiqadi. Havodan emas. Haddan tashqari qizib ketishdan.

Shu bilan birga, yuqori haroratda katodda qo‘shimcha reaksiyalar faollashadi. Bu, ayniqsa, NMC va NCA kabi kimyoviy tarkibli batareyalarda yaqqol namoyon bo‘ladi: ularda nikel va marganes qizdirilganda tezroq parchalanadi. Bu borada LFP kimyosi barqarorroq, lekin u ham abadiy emas. Shunchaki, unda eskirishning sezilarli tezlashuvi boshlanadigan chegara yuqoriroq.

Agar bu kimyoviy jarayonlarning barchasini amaliy tilda ifodalasak, manzara taxminan quyidagicha bo‘ladi: mo‘tadil iqlimda 100 ming kilometr yo‘l bosganda sig‘imining 10 foizini yo‘qotadigan batareya, harorat doimiy 40 darajadan yuqori bo‘ladigan mintaqada xuddi shu ko‘rsatkichga 50-60 ming kilometrdayoq yetishi mumkin. Bunda hech qanday nosozlik, hech qanday nuqson bo‘lmaydi, shunchaki kimyoviy jarayonlar tezlashadi.

Biroq, BYD kompaniyasining ta’kidlashicha, o‘ta tez zaryadlashni qo‘llab-quvvatlaydigan so‘nggi avlod batareyalari hatto 75 daraja haroratda ham o‘z resursini yo‘qotmaydi. Batareya o‘ta tez zaryadlanish vaqtida aynan shunday haroratgacha qizigan. Biroq O‘zbekistonning issiq iqlim sharoitida harorat bundan ham yuqori bo‘lishi mumkin.

Termal tezlanish: issiqlik qachon xavfli tus oladi?

Ortga qaytmas jarayonlar boshlanadigan kritik harorat batareyaning kimyoviy tarkibiga bog‘liq. NMC uchun bu yacheyka ichidagi taxminan 60–80 darajani tashkil etadi. LFP uchun bu chegara yuqoriroq, taxminan 150–200 daraja bo‘lib, bu uni xavfsizlik nuqtayi nazaridan issiq mintaqalar uchun deyarli eng maqbul variantga aylantiradi. Lekin shuni tushunish kerakki, yacheyka ichidagi harorat va tashqaridagi havo harorati bir-biridan farq qiladi. Avgust oyida Dubaydagi ochiq, quyoshli avtoturargohda turgan mashina tagidagi batareya bloki tashqi tomondan 60–70 darajagacha qizishi mumkin. Bu esa ancha jiddiy holat.

Ishlab chiqaruvchilar bu haqda bilishadi. Shu sababli zamonaviy elektromobillar ko‘p bosqichli himoya tizimlari bilan jihozlanadi. BMS batareya kontrolleri xavfli haroratlarda zaryadlash va quvvatni bo‘shatishni cheklaydi, jaziramada tez zaryadlash shoxobchalarida zaryad olish tezligini sekinlashtiradi va umuman, tizimning hisob-kitob doirasidan chiqib ketishiga yo‘l qo‘ymaydi. Tezda zaryadlanib, yo‘lga tushishni istaganda, bularning bari g‘ashingizga tegishi tabiiy. Ammo bu aynan o‘sha himoyaki, usiz termal qizib ketish ancha tez-tez sodir bo‘ladigan hodisaga aylanardi.

Termoboshqaruv tizimi – batareyani jaziramadan ajratib turuvchi yagona narsa

Batareyaning termoboshqaruv tizimi (TMS) – bu shunchaki bir opsiya emas. Issiq iqlim sharoitida bu elektromobil tanlashdagi deyarli eng asosiy muhandislik ko‘rsatkichidir. Batareyasi passiv yoki havo yordamida sovitiladigan mashinalar bilan faol suyuqlikli sovutish tizimiga ega mashinalar tashqarida +45 daraja haroratda o‘zini tamoman boshqacha tutadi.

Nissan Leafning eski avlodlarida qo‘llanilgan havo bilan sovutish tizimi oddiy ishlaydi: havo batareya yacheykalariga uriladi. Mo‘tadil iqlim uchun bu yetarli. Yoz fasli uzoq va jaziramali hududlar uchun esa bu hukmga tengdir. Arizonada va Isroildagi Nissan Leaf’larning degradatsiyasi bo‘yicha real ma’lumotlar shuni ko‘rsatdiki, u yerdagi mashinalar uch-to‘rt yillik foydalanishdan so‘ng o‘z sig‘imining 20–30 foizini yo‘qotgan. Bu mish-mishlar emas, bular avtomobil egalari tomonidan qayd etilgan aniq raqamlardir. Natijada kompaniya keyingi versiyalarida suyuqlikli sovutish tizimiga o‘tdi.

Tesla, BMW, Hyundai, Volkswagen va aksariyat zamonaviy ishlab chiqaruvchilar qo‘llaydigan suyuqlikli sovutish tizimi butunlay boshqacha ishlaydi.

Sovituvchi suyuqlik batareya blokining yacheykalari bilan bevosita aloqada bo‘lgan plitalar yoki quvurlar orqali aylanib turadi. Batareya paketining ichidagi harorat tashqarida nima bo‘lishidan qat’i nazar, belgilangan me’yorda saqlanadi. Tizim zaryadlash paytida ham, jaziramada harakatlanayotganda ham, hatto avtomobil to‘xtab turganida harorat xavfsiz chegaradan oshib ketsa ham ishga tushadi. Elektromobillar uchun antifrizlar haqida batafsil ma’lumotni bu yerda olishingiz mumkin.

Buning bir nozik jihati bor: suyuqlikli TMS batareya hisobidan ishlaydi. Mashina zaryadlash qurilmasiga ulanmagan holda turargohda turganda, sovutish tizimi paket haroratini bir me’yorda ushlab turish uchun quvvat sarflaydi. Juda issiq iqlimda, ayniqsa uzoq muddatli turargohda bu sarf sezilarli bo‘lishi mumkin. Aynan shuning uchun ishlab chiqaruvchilar ko‘pincha batareya to‘la bo‘lsa ham, elektromobilni zaryadlash infratuzilmasiga ulangan holda qoldirishni tavsiya etadi. Bu sovutish tizimiga batareyadan emas, balki elektr tarmog‘idan ishlash imkonini beradi.

Elektromobillarning so‘nggi avlodlarida paydo bo‘lgan issiqlik nasosi samaradorlikka yana bir pog‘ona qo‘shadi. U ham sovutishda, ham isitishda yordam berib, iqlim nazorati tizimining batareyaga tushadigan umumiy yuklamasini kamaytiradi. Issiq iqlimda bu konditsioner kamroq quvvat sarflashini, demak, real yurish masofasi unchalik ham qisqarmasligini anglatadi.

Jazirama elektromobilning yurish masofasiga hozirning o‘zida qanday ta’sir qiladi

Degradatsiya – bu uzoq muddatli jarayon. Ammo jazirama har safar termometr +35 va undan yuqori ko‘rsatkichni ko‘rsatganda, yurish masofasiga aynan hozirning o‘zida ta’sir qiladi. Bunda bir vaqtning o‘zida bir nechta mexanizm ishga tushadi.

Birinchisi – konditsioner. Issiq iqlimda iqlim nazorati tizimi doimiy, ba’zan esa to‘liq quvvatda ishlaydi. Elektromobil uchun bu harakatlanishga sarflanishi mumkin bo‘lgan quvvatning to‘g‘ridan-to‘g‘ri sarflanishidir. Mo‘tadil iqlimda qishki va yozgi yurish masofasi o‘rtasidagi farq odatda yoz foydasiga 10–15 foizni tashkil qiladi. Ammo havo harorati +40 darajadan yuqori bo‘lgan hududlarda vaziyat aksincha bo‘lishi mumkin: konditsioner shunchalik ko‘p quvvat yeydiki, jazirama kundagi yurish masofasi qahraton qish kunidagi masofaga tenglashib qoladi.

Ikkinchisi – batareyaning ichki qarshiligi. Juda yuqori haroratlarda, ya’ni batareyaning o‘zi optimal diapazondan yuqori qiziganda, uning ichki qarshiligi o‘zgaradi. Bu quvvat uzatishga va qolgan zaryad ko‘rsatkichlarining aniqligiga ta’sir qiladi. Haydovchi ekranda “50 foiz” ko‘rsatkichini ko‘rishi mumkin, ammo real yurish masofasi boshqacha bo‘ladi.

Uchinchisi – BMS cheklovlari. Batareya haddan tashqari qizib ketganda, kontroller dvigatel quvvatini majburan cheklashi mumkin. Jaziramada asboblar panelida paydo bo‘ladigan “toshbaqa” belgisi – bu nosozlik emas, balki himoya mantig‘idir. Mashina sekinroq yuradi, kamroq quvvat sarflaydi va batareya soviydi. Muhandislik nuqtai nazaridan bu to‘g‘ri. Ammo +42 daraja issiqda tirbandlikda aeroportga shoshilayotgan haydovchi uchun bu biroz asabga tegadi.

LFP va NMC: qaysi kimyo issiq iqlimga yaxshiroq bardosh beradi?

Issiq iqlim sharoitida batareya kimyosini tanlash masalasi amaliy ahamiyat kasb etdi, chunki hozirda bozorda bir vaqtning o‘zida har ikkala variant ham mavjud. Tesla LFP batareyalarda bazaviy, NMC batareyalarda esa premium komplektatsiyalarni taklif etadi. BYD esa LFP’ni asosiy kimyo sifatida faol ilgari surmoqda. Hyundai va Kia o‘z modellarining aksariyatida NMC’dan foydalanadi.

LFP (litiy-temir-fosfatli kimyo) aynan issiq sharoitlar uchun bir nechta prinsipial afzalliklarga ega.

Birinchidan, uning termik barqarorlik chegarasi yuqoriroq.

Ikkinchidan, yuqori haroratda quvvatlanishga nisbatan sezgirligi past.

Uchinchidan, NMC kimyosida issiqlik degradatsiyasiga eng zaif bo‘lgan kobalt va nikelning yo‘qligi. Bu afzalliklar uchun to‘lov – solishtirma energiya sig‘imining pastligidir. Bir xil sig‘imli LFP batareyasi og‘irroq va hajmi kattaroq bo‘ladi.

NMC massa birligiga ko‘proq masofa bosib o‘tish imkonini beradi, bu esa uzoq safarlar uchun muhimdir. Ammo issiq hududlarda buning evaziga muntazam qizish oqibatida degradatsiya tezligi yuqori bo‘ladi. Agar NMC batareyasi haroratni haqiqatan ham +25…+40 daraja oralig‘ida ushlab turadigan yaxshi suyuqlikli TMS bilan jihozlangan bo‘lsa, uzoq muddatli degradatsiyadagi farq sezilarsiz bo‘ladi. Agar TMS zaif yoki umuman bo‘lmasa, NMC issiqda tez degradatsiyaga uchraydi.

Issiq iqlimda foydalanish uchun elektromobil tanlayotganlarga amaliy maslahat: birinchi navbatda suyuqlikli faol sovitish tizimiga e’tibor bering, kimyo esa ikkinchi darajali masala. Yaxshi sovitiladigan NMC issiqqa yomon sovitiladigan LFPdan ko‘ra yaxshiroq chidaydi. Garchi boshqa sharoitlar teng bo‘lganda tanlov imkoni bo‘lsa, O‘zbekiston yoki BAAda LFP afzalroqdir.

Issiqda quvvatlash: shoshqaloqlik batareyaga eng ko‘p zarar keltiradi

Tez quvvatlash va issiqlik – bu omillarning har biri alohida olinganidan ko‘ra batareya degradatsiyasini tezroq kuchaytiradigan birikmadir. Sababi oddiy: quvvatlash jarayonining o‘zi batareya yacheykalari ichida issiqlik hosil qiladi. Tashqarida havo +40 daraja, safardan so‘ng batareya ichidagi harorat esa +35…+38 daraja bo‘lib turgan bir paytda, bunga tez quvvatlashni qo‘shish – tizimni SEI qatlamining eskirishini aniq tezlashtiradigan harorat diapazoniga kiritish demakdir.

Zamonaviy BMS tizimlari bunga munosabat bildiradi. Nazoratchi batareya haroratini ko‘radi va quvvatlash tezligini avtomatik ravishda cheklaydi. Foydalanuvchi tezkor stansiyada kutilgan 150 kVt o‘rniga 70 yoki 50 kVt quvvat oladi. Bu quvvatlash stansiyasining nosozligi yoki mashinaning xatoligi emas. Bu himoya. Batareya go‘yo shunday deydi: “Hozir men uchun juda issiq, sekinroq quvvatlantir”.

Issiq iqlimdagi amaliy hayot uchun bu bir nechta narsani anglatadi. Tez quvvatlashni havo harorati past bo‘lgan paytda – erta tongda yoki kechqurun amalga oshirgan ma’qul. Uzoq masofaga safar oldidan batareyani 100 foizgacha emas, balki 80–90 foizgacha quvvatlash kerak. Issiqda to‘liq quvvatlash – yacheykalar uchun qo‘shimcha stressdir. Va hech qachon mashinani tez quvvatlantirgandan so‘ng darhol quyosh nuri ostida qoldirmang – TMS tizimi to‘plangan issiqlikni chiqarib tashlashga ulgursin.

Buning aksi ham bor. Agar iqlim salqin joyda, masalan, yerosti avtoturargohida yoki tunda quvvatlash imkonini bersa, batareya buni ancha yengil o‘tkazadi. Bir xil tezlikdagi quvvatlash +20 va +40 daraja haroratda yacheykalar salomatligiga butunlay boshqacha ta’sir ko‘rsatadi. Bu arzimasdek tuyulishi mumkin. Ammo besh yillik istiqbolda bu holat degradatsiya grafigida yaqqol ko‘rinadi.

Mashinani quyoshda qoldirish – akkumulyator uchun eng kam baholanadigan xavf.

Batareyalar va issiq havo haqidagi suhbatlarning aksariyati avtomobilni haydash va quvvatlantirish atrofida kechadi. Ammo quyoshda, ochiq joyda to‘xtab turish – akkumulyator uchun eng ommaviy va shu bilan birga, eng kam baholanadigan termal stress (issiqlik ta’siri) manbaidir.

Elektromobil tashqarida +40 daraja issiqda ochiq avtoturargohda harakatsiz tursa, salondagi harorat +70–80 darajagacha ko‘tariladi. Batareya bloki pastroqda, pol ostida joylashgan va to‘g‘ridan-to‘g‘ri qizishdan qisman himoyalangan. Biroq, issiqlik kuzov metali, pastdagi qizigan havo va o‘zi +60–70 darajagacha qiziydigan asfalt orqali baribir o‘tadi. Va bu jarayon soatlab davom etadi.

TMS (issiqlikni boshqarish tizimi) avtomobil to‘xtab turgan rejimda ham ishlaydi, ammo buning uchun batareya quvvatini sarflaydi. Agar mashina quvvatlash tarmog‘iga ulanmagan bo‘lsa, bu to‘g‘ridan-to‘g‘ri quvvat yo‘qotilishiga olib keladi. Agar ulangan bo‘lsa, quvvatlash infratuzilmasi tashqi manba hisobidan batareyani kerakli harorat oralig‘ida ushlab turadi. Shu sababli, “quvvati to‘la bo‘lsa ham, tarmoqqa ulangan holda qoldiring” qoidasi, ayniqsa, issiq mintaqalarda juda dolzarbdir. Bu ortiqcha ehtiyotkorlik (paranoyya) emas, balki pragmatik yondashuvdir.

Salqin joydagi, yopiq yoki usti soyabonli avtoturargohlar – issiq iqlimda elektromobil egasi uchun hashamat emas. Bu batareya resursini asrash strategiyasining bir qismidir. Issiq kunda ochiq quyosh ostidagi va yerosti avtoturargohidagi batareya paketining harorati orasidagi farq 20–30 darajani tashkil etishi mumkin.

Haqiqiy ma’lumotlar: issiq iqlimda batareyalar qancha sig‘im yo‘qotadi?

Nazariya o‘z yo‘liga, ammo haydovchilarni ko‘proq real raqamlar qiziqtiradi. Tadqiqotlar va foydalanuvchilar taqdim etgan ma’lumotlar ancha haqqoniy manzarani ko‘rsatib beradi.

Turli iqlim zonalaridagi Tesla avtomobillari batareyasining yemirilishini tahlil qilish shuni ko‘rsatdiki, AQSh janubi, BAA, Avstraliya kabi issiq mintaqalardagi mashinalar mo‘tadil iqlimdagi xuddi shunday modellarga qaraganda sezilarli darajada tezroq o‘z sig‘imini yo‘qotadi. Yaxshi sovitish tizimiga ega batareyalar uchun mo‘tadil va issiq iqlim o‘rtasidagi yemirilish tezligidagi farq bir xil yurish masofasida SOH (batareya salomatligi holati) pasayishi bo‘yicha taxminan 20–40 foizni tashkil etadi. Bu halokatli emas, ammo bu – fakt.

Havo yordamida sovitiladigan birinchi va ikkinchi avlod Nissan Leaf modellari bo‘yicha ma’lumotlar esa ancha jiddiyroq. Isroil, Arizona, Texasda ko‘plab egalar dastlabki uch yil ichida sig‘imning 30 va undan ortiq foizga kamayganini qayd etishgan. Norvegiya va Niderlandiyadagi mashinalar xuddi shunday masofani bosib o‘tgan bo‘lsa-da, holati ancha yaxshi bo‘lgan. Bu holat me’yoriy TMSning yo‘qligi issiq iqlimni batareya uchun qotiliga aylantirishining yorqin misoli bo‘ldi.

Qizig‘i shundaki, Xitoyning issiq hududlaridagi LFP batareyali BYD avtomobillari bo‘yicha ma’lumotlar hatto juda yuqori haroratlarda ham yemirilish darajasi nisbatan past ekanini ko‘rsatmoqda. Bu LFP kimyoviy tarkibining issiqlikka chidamliligi haqidagi fikrni tasdiqlaydi. Ammo bu yerda muhim bir jihat bor: BYD ayni paytda TMS sifati va BMS (batareyani boshqarish tizimi) mantiqiga katta sarmoya kiritgan. Faqat kimyoviy tarkibning o‘zi qutqarmoqda, deb bo‘lmaydi. Bu yerda butun tizim birgalikda ishlamoqda.

Shuni ta’kidlash joizki, O‘zbekiston, Qozog‘iston, Rossiyaning janubi, Yaqin Sharq mamlakatlari – bular elektromobillar tobora ko‘proq paydo bo‘layotgan mintaqalardir. Hozircha bu iqlim sharoitlarida batareya yemirilishi bo‘yicha AQSh yoki Yevropadagiga qaraganda kamroq ma’lumot to‘plangan. Lekin fizika qonunlari hamma joyda bir xil, shuning uchun tubdan boshqacha natijalar kutishga asos yo‘q.

Issiq iqlimda batareya xizmat muddatini uzaytirish bo‘yicha amaliy maslahatlar

Yuqorida yozilganlarning barchasi bitta amaliy savolga olib keladi: agar siz issiq iqlimda yashasangiz va batareyangizni iloji boricha uzoqroq asramoqchi bo‘lsangiz, aslida nima qilish kerak?

Haqiqatan ham ish beradigan bir nechta tamoyillar mavjud.

Birinchidan, kunning issiq vaqtida tezkor quvvatlantirishdan saqlaning. Agar tunda yoki salqin binoda quvvatlantirish imkoni bo‘lsa, bundan foydalanish kerak.

Ikkinchidan, zarurat bo‘lmasa, batareyani 100 foizgacha to‘ldirmang. Aksariyat kundalik yurishlar uchun 80 foiz quvvat yetarli. Issiqda to‘liq quvvatlantirish esa yemirilishni tezlashtiradi.

Uchinchidan, avtomobilni salqin joyda yoki yopiq turargohda qoldirish – bu talabchanlik emas, balki batareya resursiga kiritilgan sarmoyadir.

Issiq havoda uzoq vaqt to‘xtab turilganda, hatto quvvat olish zarur bo‘lmasa ham, avtomobilni quvvatlash stansiyasiga ulash o‘ta muhim. Bu TMSning batareya hisobidan emas, balki tarmoqdan ishlashiga imkon beradi. Shuningdek, issiq sharoitda batareya quvvatini 10–15 foizdan pasaytirib yuborish ham tavsiya etilmaydi. Batareyaning chuqur quvvatsizlanishi va yuqori harorat – bu akkumulyator katakchalari uchun agressiv birikmadir.

Va so‘nggi gap. Issiq hududlar uchun elektromobil tanlayotganda, akkumulyatorning sovutish tizimi turini sinchiklab o‘rganish kerak. Bu mayda texnik ko‘rsatkich emas, balki 5–10 yillik istiqbolda akkumulyator taqdirini hal qiluvchi asosiy omildir. Avtosalondagi sotuvchi bu haqda aytmasligi ham mumkin. Lekin endi bu savolni nima uchun birinchi navbatda berish kerakligi tushunarli bo‘ldi.

Akkumulyator kafolati va uning foydalanish iqlimiga bog‘liqligi

Bu — ishlab chiqaruvchilar unchalik ham jon deb yoritmaydigan mavzu. Elektromobil akkumulyatori uchun kafolat odatda ma’lum bir muddat yoki masofa davomida sig‘imning kamida 70–80 foizi saqlanib qolishini o‘z ichiga oladi. Eshitilishiga yomon emas. Ammo mayda shriftlarda deyarli har doim istisnolar bo‘ladi.

Agar akkumulyator tavsiya etilgan harorat oralig‘idan tashqarida ishlatilgani sababli eskirsa, ishlab chiqaruvchi kafolatli xizmat ko‘rsatishdan bosh tortishga haqli. Eskirishning tezlashishiga nuqson emas, aynan iqlim sabab bo‘lganini rasman isbotlash qiyin. Ammo issiq hududlarda, ayniqsa, eskirish jarayoni odatdagidan tezroq kechganda, kafolat rad etilgan holatlar uchrab turadi.

Akkumulyator — elektromobilning eng qimmat qismi. Modeliga qarab, uni almashtirish yangi mashina narxining 30–60 foiziga tushadi. Issiq iqlimda uni oddiy avtomobil dvigatelidagi moy bosimini kuzatgandek diqqat bilan kuzatib borish lozim. Balki, undan ham sinchkovroq bo‘lish kerakdir.