Dolum Şekline Göre Batarya Sınıflandırması : Hibrit, Fişe Takılabilir (Plug-İn) ve Tam Elektrikli Araç Bataryalarının Farkları

Herhangi bir elektrikli aracın batarya sisteminin – hibrit, fişe takılabilir hibrit (plug-in) veya tam (saf, pür) elektrikli farketmeksizin- hemen hemen aynı olduğunu düşünebilirsiniz. Ancak bu durum , batarylaların farklı elektrikli araç türlerinde kullanılma şekilleri arasında var olan iki önemli farkı gözden kaçırdığınızı gösterir. Birincisi, batarya boyutuna nisbetle bataryaya giren ve ondan çıkan elektrik gücünün akışıdır. Örneğin, makul hızlanmalar sırasında her üç elektrikli araç türü de, tıpkı makul yavaşlamalarda rejeneratif frenleme sayesinde tüm enerjiyi geri kazanmalarındaki oranlarda enerji tüketmektedirler.

Ancak tam elektrikli otomobiller fişe takılabilir  hibrit araçlardan on kat daha büyük bir bataryaya sahip olabilir ki bu araçlar da aynı şekilde hibrit özelliktekilerden on kat daha büyük bir bataryaya sahip olabilir. Bu nedenle, enerji kapasitesine nisbetle güç akış miktarı -güç-enerji oranı- farklı elektrikli araçlardaki bataryalar için çok farklıdır denebilir. Aşağıdaki çizelge, akü kapasitesi ve güç-enerji oranlarındaki farklılıkları göstermek için Ford firmasının modellerinden örnekler kullanmaktadır.

 Ford Firmasının Üç Tip Elektrik Batarya Sisteminin Kıyaslanması

Not: Yukarıdaki tabloda "tak çalıştır" ifadesi  "fişe takılabilir hibrit"  ifadesinin kısaltılmışı olarak yazılmıştır. 

Üstelik üç farklı araç, elektrikli güç aktarma organlarını farklı şekillerde kullandığından, her bir bataryanın gördüğü şarj/deşarj döngü sayısı oldukça değişkenlik gösterecektir. Benzinli motorun verimliliğini artırmak için tasarlanmış bir hibrit araçta güç, kompakt, hafif ve çok pahalı olmayacak şekilde tasarlanmış küçük bir bataryaya ve bataryadan dışarı olacak şekilde sürekli olarak her iki yönde akmaktadır. Bir paket süt almak için markete giderken bataryayı tam beş kez doldurup boşaltabilirsiniz.

Bir fişe takılabilir ( plug-in) hibrit yapı , bir araca yaklaşık 10 ila 40 mil arasındaki mesafelerde tam güç sağlamak üzere tasarlanmış çok daha büyük bir batarya sahiptir. Ayrıca şehir içi trafikte sürekli şarj ve deşarja maruz kalır, ancak bu güç akışlarının miktarı, günde yalnızca bir veya iki kez tamamen deşarj olmasını gerektirecek şekilde toplam batarya kapasitesine kıyasla küçük kalmaktadır. Tam elektrikli araçlarda halen çok büyük bataryalar bulunmaktadır ve bu batarya nadiren tam şarj / deşarj döngülerine maruz kalır.

Ford firmasının Batarya Hücre Teknolojisi ve İleri Batarya Sistemlerinin kıdemli teknik uzmanı Bob Taeneka’ya göre tam elektrikli araç bataryaları tüm kullanım ömrü boyunca en fazla 1000 şarj/deşarj döngüsüne sahip olabilir. Bu rakam fişe takılabilir hibrit araçların bataryalarının sahip olduğu 4000-8000 döngü ile kıyaslandığında olabildiğince düşük bir rakam. Hibrit araçlarda ise toplam 100.000 döngüye ulaşmak mümkündür.

Taenaka, "Bir batarya şarj olup boşaldıkça iç direnci artar" diyor. Bunu kontrol etmenin bir yolu, bir şarj/deşarj döngüsü sırasında batarya kapasitesinin kullanılacağı oranı sınırlamaktır. Maksimum döngü sayısını gören F-150 gibi bir hibrit için, “şarj durumu penceresi (gerçekte kullanılan batarya kapasitesinin oranı) bugün muhtemelen yüzde 50 civarında.” Escape gibi fişe takılabilir hibrit için, bu kullanılabilir kısım yüzde 80'e kadar yükselebilir. Ve Mustang Mach-E için yüzde 90'a yaklaşıyor.

Elektrikli Araç Bataryaları Temelde Hibrit, Fişe Takılabilir ve Tam Elektrikli şeklinde 3'e ayrılırlar. 

Bir bataryanın güç-enerji oranını ayarlamak için mühendisler, hem hücrelerdeki akım toplayıcıların hem de kimyasal kaplamalarının kalınlıklarını değiştirirler. Bir hibritin kısa süreli puant güç sıçraması yapması ufak bir bataryadan yüksek elektrik akımı çekilmesini gerektirir ki, bu da yeterince ilginç bir şekilde, daha ince elektrotlar ve daha ince kimyasal kaplama ihtiyacı demektir. Bunun sebebi bu daha ince öğelerin elektrolit ile temas halinde daha büyük bir elektrot alanını beraberinde getiriyor olmasıdır. nedeni, bu daha ince elementlerin elektrolit ile temas halinde daha büyük bir elektrot yüzey alanı getirmesidir.

Tam aksine, tam elektrikli araç bataryalarında daha kalın elektrotlar ve daha yüksek aktif kimyasal malzeme kullanır. Daha kalın elektrotlar daha fazla enerji yoğunluğu sağlar çünkü hücrenin toplam hacminin daha fazla bir kısmı elektrotlardan ve aktif malzemeden oluşmaktadır ve ayırıcı, akım toplayıcılar ve elektrolit için ayrılan hacim küçülür. Bataryalar büyüdükçe, birim ağırlık başına kullanıma hazır kilovat saati en üst düzeye çıkarmak daha önemli hale gelir. Lityum-manganez-oksit tipik bir kimyasal kaplamadır - tabii başka malzemeler de var - ancak kimya tek başına, hücrenin daha fazla güç veya enerji yoğun olup olmadığını belirlemede belirleyici değildir.

Diğer bir husus, batarya paketinin toplam gerilimidir. Ford, maksimum 400 volta ulaşan hibrit elektrik sistemleri kullanır, bu nedenle her üç tip araç türünün de hücreleri bu sınırlama dahilinde kalacak şekilde kablolanmaktadır. Çoğu lityum-iyon pil 3,6 voltta çalıştığından, F-150 Hibrit pil, 274 volt üretmek için seri bağlanmış 76 küçük hücre kullanır. Escape fişe takılabilir hibrit  84 adet olan , çok daha büyük hücreleri (hücre başına 20'ye karşılık 171 watt-saat) toplamda 300 volta ulaşacak şekilde seri olarak kablolanmaktadır. Bununla birlikte, Mustang Mach-E’nin 376 adet olan daha daha büyük hücreleri (262 watt-saat), her biri toplamda 343 volt veren dört adet 94’lik hücre dizisi halinde ve Ford'un 400 voltluk elektrik mimarisinin getirdiği sınırlamaya uygun olması için paralel olarak kablolanmaktadır.