गर्मी में फास्ट चार्जिंग शुरू करते ही आपकी इलेक्ट्रिक कार की बैटरी रेंज लैब परीक्षणों की भविष्यवाणी से भी तेज़ी से क्यों कम हो जाती है

मैंने इलेक्ट्रिक वाहनों में लिथियम-आयन पैक का अध्ययन करते हुए बारह साल बिताए हैं, और लैब साइकिल डेटा और सड़क पर वास्तविक प्रदर्शन के बीच का अंतर अभी भी अधिकांश लोगों की अपेक्षा से कहीं अधिक है। जलवायु कक्ष में कुछ हज़ार नियंत्रित चक्रों के बाद ठीक दिखने वाले पैक अक्सर 30°C से ऊपर के परिवेशीय तापमान में नियमित DC फास्ट चार्जिंग के दौरान तेज़ी से क्षमता ह्रास दिखाते हैं। मुख्य कारण कैलेंडर आयु नहीं है—बल्कि उच्च चार्ज दरों और ऊँचे सेल तापमान का संयोजन है, जिसे थर्मल प्रबंधन प्रणाली लगातार चार्ज-डिस्चार्ज सत्रों के दौरान पूरी तरह नियंत्रित नहीं कर पाती।

आजकल अधिकांश ईवी बैटरी पैक तरल शीतलन के साथ NMC या LFP सेल का उपयोग करते हैं। प्रयोगशाला में आप सेल का तापमान कसकर नियंत्रित कर सकते हैं और चार्ज दर सीमित कर सकते हैं, इसलिए 1,000 समतुल्य पूर्ण चक्रों के बाद क्षमता प्रतिधारण अक्सर 90% से ऊपर रहता है। सड़क पर कूलेंट लूप को सेलों से निकलने वाली गर्मी और आसपास की हवा व सड़क से आने वाली गर्मी दोनों से निपटना पड़ता है। जब कोई ड्राइवर गर्म दिन में 150–250 kW के चार्जर से प्लग-इन करता है, तो कूलिंग सिस्टम के पूरी क्षमता से काम करने के बावजूद सेल का तापमान 40°C के मध्य तक बढ़ सकता है। यह तापमान सीमा एनोड और कैथोड इंटरफेस पर पार्श्व प्रतिक्रियाओं को तेज कर देती है।

एक नियंत्रित तुलना से प्रयोगशाला के आंकड़े

हमने एक ही उत्पादन बैच के मॉड्यूलों के दो सेटों को त्वरित परीक्षण के लिए चलाया। एक सेट को 25°C पर अधिकतम 1C चार्ज दर के साथ चक्रात्मक रूप से चलाया गया। दूसरे सेट को 40°C सेल तापमान पर 2.5C तक की चार्ज दरों के साथ चक्रात्मक रूप से चलाया गया, ताकि बार-बार होने वाले DC फास्ट चार्जिंग का अनुकरण किया जा सके। 800 समकक्ष पूर्ण चक्रों के बाद 25°C समूह ने लगभग 6% क्षमता खो दी थी। 40°C उच्च-दर समूह ने 11–13% क्षमता खो दी थी। प्रतिरोध में वृद्धि भी गर्म समूह में अधिक थी—लगभग 18% बनाम 9%। परीक्षण के बाद की जांच में उच्च-तापमान, उच्च-दर वाले सेलों के एनोड पर मोटी SEI परतें और अधिक लिथियम प्लेटिंग के सबूत मिले। यह अंतर पूर्ण रूप से बहुत बड़ा नहीं था, लेकिन यह इतना सुसंगत और बड़ा था कि यह समझा सकता है कि कुछ वाहन उस माइलेज से बहुत पहले ही अपनी स्पष्ट रेंज क्यों खो देते हैं, जहाँ वारंटी के हिसाब से उन्हें पहुँचना चाहिए।

गर्म जलवायु वाले बेड़े का मामला

एक डिलीवरी बेड़ा, जो नियमित रूप से 35–38°C दिन के तापमान वाले क्षेत्र में इलेक्ट्रिक वैन चलाता है, ने लगभग 18 महीनों के बाद अपेक्षा से अधिक रेंज हानि की रिपोर्ट करना शुरू कर दिया। वैन ज्यादातर रात में AC से चार्ज की जाती थीं, लेकिन ड्राइवर शिफ्ट के दौरान सप्ताह में दो-तीन बार DC फास्ट चार्जर का भी इस्तेमाल करते थे। ऑनबोर्ड डेटा से पता चला कि कूलिंग सिस्टम सक्रिय होने के बावजूद उन फास्ट-चार्ज सत्रों के दौरान सेल का तापमान अक्सर 42–46°C तक पहुंच जाता था। पूरे बेड़े में औसत क्षमता हानि, निर्माता के हल्के ड्यूटी-साइकिल अनुमान द्वारा सुझाए गए 3-4% के बजाय, लगभग 8-9% प्रति वर्ष दर्ज की जा रही थी। जो वाहन AC चार्जिंग पर ही रहे और दिन के सबसे गर्म हिस्से से बचे, उनमें यह दर लगभग आधी देखी गई। जब बेड़े ने एक सरल नियम अपनाया—जब आसपास का तापमान 32°C से ऊपर हो तो डीसी फास्ट चार्जिंग को सीमित करें और उसके बाद पैक को 20-30 मिनट के लिए सक्रिय कूलिंग दें—तो वार्षिक हानि दर घटकर लगभग 5% के करीब आ गई। पैक खुद नहीं बदले थे; ड्यूटी साइकिल बदली थी।

दैनिक उपयोग में वास्तव में क्या दिखता है

अधिकांश मौजूदा इलेक्ट्रिक कारों में थर्मल प्रबंधन प्रणाली ड्राइविंग और कभी-कभार फास्ट चार्जिंग के मिश्रण के लिए आकार की जाती है, न कि उच्च परिवेशी गर्मी में बार-बार उच्च-शक्ति सत्रों के लिए। कूलेंट गर्मी हटा सकता है, लेकिन इसमें देरी होती है, और मॉड्यूल के केंद्र के सेल अक्सर कूलिंग प्लेट्स के पास के सेंसरों की तुलना में अधिक गर्म हो जाते हैं। लंबी उम्र के लिहाज़ से LFP पैक कई NMC पैकों की तुलना में गर्मी को बेहतर तरीके से संभालते हैं, लेकिन चार्जिंग के दौरान नियमित रूप से 40°C से ऊपर धकेले जाने पर वे उतनी क्षमता नहीं खोते जितनी कि कमरे के तापमान पर चक्र डेटा से पता चलता है।

वास्तविक दुनिया में रेंज की हानि भी बढ़ जाती है क्योंकि ड्राइवर गिरावट को महसूस करते हैं और अधिक बार चार्ज करना शुरू कर देते हैं, जिससे अधिक उच्च-दर वाले चार्जिंग सत्र होते हैं। जो लैब परीक्षण 1,000 या 1,500 चक्रों पर 80% क्षमता का हवाला देते हैं, वे आमतौर पर नियंत्रित तापमान और मध्यम दरों को मानते हैं। एक बार जब आप 40°C के निचले से मध्य स्तर के निरंतर सेल तापमान और प्रति सप्ताह कई DC फास्ट चार्ज जोड़ते हैं, तो कैलेंडर और चक्र-आयु बढ़ने की प्रक्रियाएँ उन चार्टों में दिखाए गए से तेज़ी से एक साथ जुड़ जाती हैं।

यदि एक इलेक्ट्रिक कार गर्म जलवायु में अपेक्षा से तेज़ी से रेंज खो रही है, तो सबसे पहले यह जांचना चाहिए कि उसे कितनी बार डीसी फास्ट चार्जिंग मिलती है और उन सत्रों के दौरान सेल का तापमान वास्तव में कितना होता है। 30°C के करीब रहने वाले पैक और लोड के तहत नियमित रूप से 45°C तक पहुँचने वाले पैक के बीच का अंतर इतना बड़ा होता है कि यह प्रति वर्ष क्षरण दर को कई प्रतिशत तक बदल सकता है, भले ही बाकी सब कुछ सामान्य दिखे।