شورلت اکویناکس برقی یکی از مهم‌ترین خودروهای جدید در خط تولید جنرال موتورز محسوب می‌شود. پیش از بازگشت بولت برقی در سال آینده، این کراس‌اوور ارزان‌ترین خودروی الکتریکی برند آمریکایی و یکی از ارزان‌ترین برقی‌های لیتیوم-یونی در بازار خواهد بود. نکته کلیدی درباره باتری اکویناکس این است که همزمان نقاط قوت و ضعف پلتفرم اولتیوم جنرال موتورز را آشکار می‌سازد و اهمیت ولتاژ در شارژ خودروهای برقی را برجسته می‌کند.
ماژول باتری اکویناکس شبیه تمام برقی‌های مبتنی بر اولتیوم تا به امروز است. ولتاژ اسمی آن در حدود ۲۸۸ ولت قرار دارد که اهمیت زیادی دارد. حتی در خودرویی مانند کادیلاک لیریک با ۱۲ ماژول و بسته باتری بزرگ‌تر، تمام گروه‌های سلولی به‌صورت سری سیم‌کشی شده‌اند، به این معنی که ولتاژ خروجی به تعداد ماژول‌های موجود بستگی دارد.
تأثیر ولتاژ معماری بر قدرت و سرعت شارژ
این موضوع بدان معناست که بسته باتری ۸۵ کیلووات‌ساعتی اکویناکس باید از ولتاژ خود بکاهد تا به ظرفیت کمتر لازم برای کاهش قیمت برسد. این مدل تنها ۱۰ ماژول دارد که در کف ماشین نصب شده‌اند. به همین دلیل اکویناکس از پک ۸۰ با ولتاژ اسمی ۲۸۸ ولت برخوردار است و در واقع معماری ۴۰۰ ولتی ندارد، بلکه بیش‌تر شبیه یک سیستم ۳۰۰ ولتی عمل می‌کند.
در نتیجه اکویناکس همانند بلیزر برقی بزرگ‌تر با باتری ۱۰۲ کیلووات‌ساعتی یا لیریک به سرعت بالا شارژ نمی‌شود. نرخ شارژ اکویناکس حداکثر ۱۵۰ کیلووات در مقایسه با ۱۹۰ کیلووات برای آن دو مدل است. ولتاژ بالا‌تر به معنی شارژ سریع‌تر و ولتاژ پایین‌تر به معنی شارژ کند‌تر است، مگر اینکه آمپر، جزء دیگر فرمول توان، برای جبران افزایش یابد که در اینجا امکان‌پذیر نیست.
شارژ خودروهای برقی تنها به ولتاژ و جریان بستگی دارد. وات حاصل‌ضرب این دو عدد است. خودرویی که بتواند با توان ۵۰ کیلووات (۵۰۰۰۰ وات) شارژ شود، ترکیبی مناسب از ولتاژ و جریان برای رسیدن به این رقم یافته است.
بازدید جزئی‌تر از نحوه شارژ برقی‌ها
سلول‌های باتری مجزا دارای ولتاژ شارژ، اسمی و دشارژ هستند. این اعداد برای سلو‌های لیتیوم-یون نیکل-کبالت-منگنز (NMC) نزدیک به ۴.۲ ولت برای شارژ، ۳.۶ ولت اسمی و ۲.۸ ولت برای دشارژ است. می‌توان این محدودیت‌های سلولی را تا حدی بالا یا پایین برد، اما طبق معمول عمر سلول را کاهش می‌دهد. برای مثال برخی خودروسازان سلول‌ها را تا ۴.۲۵ ولت شارژ می‌کنند تا برد حرکتی اضافه کسب کنند. دوج شارژر جدید این کار را انجام می‌دهد، اما جنرال موتورز از این روش استفاده نمی‌کند.
برای شارژ یک سلول باتری، ولتاژ شارژشده با جریان خاصی روی تمام پایانه‌ها اعمال می‌شود. اگر بخواهید باتری سریع‌تر شارژ شود، باید جریان بیش‌تری اعمال کنید در حالی که ولتاژ ثابت بماند. سلول‌ها نرخ شارژ‌هایی دارند که مشخص می‌کند چه مقدار جریان برای چه مدتی قابل اعمال است. اگر از این محدودیت‌ها فرا‌تر بروید، وارد منطقه خطر می‌شوید عمر باتری کاهش می‌یابد، سلول‌ها در حالت بیکار سریع‌تر تخلیه می‌شوند و حتی امکان انبساط، دود یا آتش‌سوزی وجود دارد که معمولا در صورت سوءاستفاده شدید رخ می‌دهد.
روش جنرال موتورز برای افزایش عمر سلول‌ها
ولتاژ بسته باتری با نحوه سیم‌کشی داخلی سلول‌ها تعیین می‌شود. به عنوان مثال شورلت اکویناکس دارای سه گروه موازی متشکل از ۸۰ سلول به‌صورت سری است که ولتاژ اسمی ۲۸۸ ولت (۳.۶ ولت در ۸۰) را ایجاد می‌کنند. اگر بخواهیم آن را به‌صورت کامل شارژ کنیم، ۳۳۶ ولت (۴.۲ ولت در ۸۰) روی پایانه‌ها اعمال می‌شود. جنرال موتورز این کار را انجام نمی‌دهد، بلکه ماشین را با ولتاژ کمتری شارژ می‌کند تا طول عمر سلول‌ها افزایش یابد.
اگر جریان بیش‌تری اعمال کنیم، ماشین از نظر تئوری می‌تواند سریع‌تر شارژ شود، اما باید نرخ شارژ سلول‌ها را در نظر گرفت. جریان بیش‌تر به معنی گرمای بیش‌تر است که باید دفع شود و گاهی سلول‌ها، سیستم خنک‌کننده بسته یا هر دو نمی‌توانند این گرما را تحمل کنند.
جنرال موتورز از ولتاژ شارژ بسته باتری اکویناکس و مقدار جریانی که سلول‌ها در طول شارژ مداوم تحمل می‌کنند، آگاه است. برآورد می‌شود که جنرال موتورز بسته را با ولتاژ ۳۳۶ ولت شارژ کرده باشد. اگر جریان ۵ آمپر در نظر بگیریم، توان شارژ ۱۶۸۰ وات (۳۳۶ در ۵) خواهد بود. اگر جریان ۴۰۰ آمپر باشد، به توان ۱۳۴۴۰۰ وات (۱۳۴.۴ کیلووات) می‌رسیم.
چرا شارژ در معماری‌های ولتاژ بالا سریع‌تر است؟
سه گروه موازی بسته باتری اکویناکس مقدار جریان قابل جذب را افزایش می‌دهند، اما ولتاژ پایین ماشین اساسا توانی را که بسته می‌تواند دریافت کند محدود می‌کند. اکنون مشخص شده که چرا معماری‌های ولتاژ بالا قابلیت شارژ بسیار سریع‌تری دارند. اگر ولتاژ را افزایش دهیم، بدون افزایش شدید گرما تحت شارژ، با ثابت ماندن جریان، توان به‌شدت بالا می‌رود.
به همین دلیل خودرو‌هایی با بسته‌های ۸۰۰ ولتی معمولا می‌توانند با توان تا ۳۵۰ کیلووات شارژ شوند. بسیاری از محصولات هیوندای و کیا، لوسید ایر و تسلا سایبر‌تراک با ولتاژ نزدیک به ۸۰۰ ولت کار می‌کنند. واحد‌های محرکه هامر برقی با ولتاژ نزدیک به ۳۵۰ ولت کار می‌کند، اما این مدل می‌تواند با سیم‌کشی دو نیمه بسته باتری بزرگ خود به‌صورت سری، با ولتاژ نزدیک به ۸۰۰ ولت شارژ شود.
ولتاژ پایین‌تر لزوما به معنی کارکرد پایین‌تر نیست
ولتاژ پایین‌تر از نظر تئوری می‌تواند به معنی کارکرد پایین‌تر در سرعت‌های بالا باشد، اما موضوع پیچیده‌تر است. می‌توان سیم‌پیچ‌های موتور آهنربای دائمی را طوری طراحی کرد که برای ولتاژ معینی با سرعت خاصی بچرخد. این به نرخ موتور معروف است. فرمول برابر است با دور موتور تقسیم بر ولتاژ ورودی. یک موتور ۱۰۰ کیلوولت وقتی یک ولت به آن اعمال شود با ۱۰۰ دور در دقیقه، با ۵ ولت ۵۰۰ دور در دقیقه و غیره می‌چرخد.
اگر ماشین قرار است بیش‌تر اوقات با سرعت‌های بالا حرکت کند، بهتر است ضریب دنده کمتری داشته باشد تا قبل از رسیدن به حد قدرت موتور، سرعت بالا‌تری حاصل شود. این کار نیازمند گشتاور است که فقط با افزایش جریان جبران می‌شود، که خود موضوع جداگانه‌ای است.
این مطلب محدودیت سرعت عملیاتی در اکویناکس را توضیح می‌دهد. واحد محرک جلوی آن نسبت ۱۱.۵۹۱ در مقایسه با دیفرانسیل عقب لیریک/بلیزر با نسبت ۱۱.۶۳۱ دارد که تقریبا یکسان است. اگر نرخ موتور مشابه باشد، کارکرد در سرعت‌های بالا دچار مشکل خواهد شد. در عمل، این تنها یک فرضیه نیست. در رانندگی با سرعت ۷۵ مایل در ساعت با اکویناکس دیفرانسیل جلو، افت انرژی به وضوح حس می‌شود که ترکیبی از تمام این عوامل است.
برتری برقی‌های گران‌تر در کارکرد روزانه
از طرف دیگر، واحد‌های محرک جلو و عقب کادیلاک لیریک به‌ترتیب دارای نسبت ۹.۸۷۱ و ۱۰.۴۹۱ هستند. بسته باتری لیریک ولتاژ بالا‌تر و دو واحد محرکه دارد، به همین دلیل قابلیت کنترل جریان پیشرو افزایش می‌یابد. این به معنی گشتاور بیش‌تر، سرعت بالقوه بالا‌تر و قدرت بیش‌تر است.
تمام این موارد به یک معما دلچسب منجر می‌شود. جنرال موتورز به احتمال زیاد خودرو‌هایی با بسته‌های لیتیوم-یون نیکل-کبالت-منگنز کوچک‌تر از اکویناکس خواهد ساخت – ۸۵ کیلووات‌ساعت کوچک‌ترین باتری این خودروساز بسیار بزرگ است – اما اگر ماژول‌های بیش‌تری حذف شوند، ولتاژ بیش از حد پایین می‌آید. یک بسته ۵۳ کیلووات‌ساعتی با شش ماژول استاندارد اولتیوم، ولتاژ اسمی ۱۷۲.۸ ولت تشکیل می‌دهد که فقط برای خودروی شهری قابل قبول است، اگرچه بسیاری از برقی‌های کوچک چینی در این محدوده یا حتی پایین‌تر کار می‌کنند. تنها راه‌حل، ساخت ماژول جدید یا سیم‌کشی مجدد ماژول حاضر است.
با این حال، ماژول مهم اولتیوم می‌تواند این مشکل را حل کند. پیکر‌بندی آن ۸ ۳ برای مجموع ۲۴ سلو است، عددی که به‌خوبی قابل تقسیم است. می‌توان آن را به پیکر‌بندی ۱۲ ۲ که ولتاژ بالا‌تری در هر ماژول ارائه می‌دهد، سیم‌کشی کرد. یک چارت غیر‌رسمی نشان می‌دهد که جنرال موتورز چگونه امکان انجام این کار را دارد.
با یک ماژول فرضی ۱۲ (تقریبا ۴۳.۲ ولت اسمی)، ولتاژ یک بسته ۵۳ کیلووات‌ساعتی با پیکر‌بندی جدید ۷۲ برابر با ۱۷۲.۸ ولت نخواهد بود، بلکه معادل ۲۵۹.۲ ولت است که در محدوده معماری‌های حاضر قرار می‌گیرد.
جنرال موتورز تاکنون جزئیاتی از ماژول جدید منتشر نکرده است
یقینا نمایندگان جنرال موتورز این چارت را منسوخ خطاب می‌کنند. شرکت‌های خودرو‌سازی تمایلی به حدس‌زنی در مورد محصولات آتی که به‌صورت رسمی معرفی نشده‌اند ندارند. به همین دلیل جنرال موتورز می‌گوید که حداقل در حال حاضر، هیچ ماژول کوچک‌تر یا بزرگ‌تری ارائه نخواهد کرد.
دریافت اطلاعات بیش‌تر در این حوزه به احتمال زیاد دشوار خواهد بود، چون اثبات وجود یک ماژول ولتاژ بالا‌تر اولتیوم مشخص می‌کند که برقی‌های کوچک‌تری در حال توسعه هستند که ما از آن‌ها جز بولت خبری نداریم.
به همین دلیل اکویناکس برقی چیز‌های زیادی درباره استراتژی الکتریکی جنرال موتورز و نحوه برنامه‌ریزی برای ارائه خودرو‌ها در اندازه‌ها و کلاس‌های مختلف به ما می‌گوید. این خودروساز تصمیم گرفته ابتدا برقی‌های بزرگ‌تر خود و ماژول‌های استفاده‌شده در آن‌ها را تجاری‌سازی کند.
اکویناکس کوچک‌ترین خودروی برقی است که از این ماژول‌های ولتاژ پایین‌تر استفاده می‌کند، به همین دلیل اولین برقی کوچک اولتیوم این شرکت بود که عرضه شد. کوچک‌تر کردن ماشین به معنی تحول ماژول از طریق سیم‌کشی مجدد است.
در مورد بولت برقی، این به معنی تحول مواد شیمیایی به لیتیوم-آهن-فسفات (LFP) برای صرفه‌جویی بیش‌تر در هزینه است. اینکه جنرال موتورز چگونه تصمیم به انجام این کار گرفته، تا به امروز آشکار نیست. اما به احتمال زیاد برای این کار به یک سلو و ماژول باتری جدید نیاز خواهد داشت.
اجرای همزمان هر دو مدل کار دشواری خواهد بود، و با دقت به تعیین تاریخ رونمایی از بولت برای سال آینده، بی‌شک این شرکت تلاش می‌کند تا برنامه‌های خود در این حوزه را به سرعت پیش ببرد.