מה קורה עם רכב חשמלי כשהסוללה שלו מתרוקנת?

שטח

רכבים חשמליים הם כבר חלק בלתי נפרד מתמונת התחבורה בישראל, אך אחת השאלות המרכזיות שמעסיקות נהגים רבים היא: מה קורה כשחרדת הטווח לא מספיק חזקה כדי לעצור לטעינה וסוללת ההנעה מתרוקנת לחלוטין? 

התראות מוקדמות והתנהגות הרכב

כל רכב חשמלי מצויד במערכות חכמות שמזהירות את הנהג זמן רב לפני שהסוללה מתרוקנת. כאשר רמת הטעינה יורדת מתחת לסף מסוים, מוצגת התרעה על המסך הראשי של הרכב, ולעיתים גם נשמעת התראה קולית – לפעמים בסינית לפעמים באנגלית עם מבטא סיני. ככל שהסוללה ממשיכה להתרוקן, הרכב יפעיל אוטומטית מנגנוני חיסכון באנרגיה, למשל:

• הגבלת כוח המנוע – כדי להקטין את צריכת האנרגיה.
• הפחתת מהירות מרבית – כדי למנוע איבוד כוח מהיר.
• צמצום השימוש במערכות שאינן חיוניות – כגון מיזוג אוויר וחימום המושבים.

• כך תנהלו את חרדת הטווח ברכב חשמלי

שלבים אחרונים לפני עצירה

אם הנהג מתעלם מההתראות וממשיך לנסוע, הסוללה תמשיך להתרוקן עד לרמה קריטית. בשלב זה הרכב יכנס למצב "זחילה", שבו המהירות מוגבלת מאוד כדי לאפשר לנהג לנסות להגיע לעמדת טעינה קרובה. אם אין עמדת טעינה בקרבת מקום, הרכב יכבה בהדרגה עד לעצירה מוחלטת.

מה קורה לאחר שהרכב נעצר?

כאשר הסוללה מתרוקנת לחלוטין, הרכב לא יוכל לזוז יותר, אך מערכות בסיסיות כמו אורות החירום עשויות להמשיך לפעול במשך זמן מה באמצעות מצבר 12 וולט (המזינה גם מערכות חיוניות כמו פתיחת דלתות). כדי להניע מחדש את הרכב, יש כמה פתרונות אפשריים:

1. טעינה ניידת – חלק משירותי הדרך מציעים ניידות טעינה שיכולות להטעין את הרכב בכמות מספיקה לנסיעה לעמדת טעינה קרובה.
2. גרירה לעמדת טעינה – אם אין אפשרות לטעינה ניידת, ניתן לגרור את הרכב לעמדת טעינה. חשוב לוודא שהגרירה מתבצעת בהתאם להוראות היצרן, כדי למנוע נזק למערכת ההנעה החשמלית. יהיה על הנהג ליידע את הגורר שהוא מוקפץ לגרירה של רכב חשמלי – הדורש היערכות גם מצד הגורר/מחלץ.
3. איחזור אנרגיה (Regenerative Braking) – אם הרכב נעצר במורד אפשר לנסות לנצל זאת כי ייתכן שהוא יוכל לאגור מעט אנרגיה מחדש, אך לרוב זה לא יהיה מספיק כדי לחזור לנסיעה רגילה. יש בזה לא מעט סיכונים בטיחותיים – בוודאי על כביש ציבורי.

איך ניתן למנוע מצבים כאלה?

כדי להימנע מהיתקעות בדרך, מומלץ לעקוב תמיד אחרי מצב הסוללה ולתכנן את הנסיעה בהתאם:

• השתמשו במערכות הניווט של הרכב – רוב הרכבים החשמליים כוללים תוכנה שמחשבת את הטווח בהתבסס על סגנון הנהיגה ותוואי הדרך.
• אתרו מראש עמדות טעינה במסלול הנסיעה – במיוחד אם מדובר בנסיעה ארוכה.
• נהגו באופן חסכוני/רגוע – הימנעו מהאצות חדות ושמרו על מהירות מתונה כדי למקסם את טווח הסוללה.

מה קורה לכימיה של סוללת ליתיום-יון כאשר היא מתרוקנת לחלוטין?

סוללות ליתיום-יון, בהן משתמשים ברוב הרכבים החשמליים, מתבססות על תגובות כימיות בין האנודה (בדרך כלל גרפיט) והקתודה (חומר המכיל ליתיום, כמו תחמוצת ליתיום-ניקל-מנגן-קובלט – NMC או LFP ליתיום-ברזל-פוספט). כאשר הסוללה מתרוקנת לחלוטין, מתרחשים בה מספר תהליכים כימיים שעלולים לפגוע בביצועים ובאורך החיים שלה:

1. ירידה במתח מתחת לרמה הבטוחה

סוללת ליתיום-יון מתוכננת לפעול בטווח מתח מסוים (לרוב בין 2.5V ל-4.2V לכל תא). כאשר המתח יורד מתחת ל-2.5V, עלולים להתרחש תהליכים כימיים בלתי הפיכים, כגון:

• שקיעת ליתיום מתכתי באנודה – מצב זה עלול ליצור קצר חשמלי בתוך התא.
• תהליכי פירוק כימיים בקתודה – עלולים לגרום לאובדן קיבולת ואפילו ליצירת חומרים בלתי יציבים.

2. היווצרות של שכבה בלתי הפיכה באנודה

במהלך פריקה עמוקה, יוני הליתיום נמשכים כמעט לחלוטין מהאנודה לגרפיט, מה שמותיר את החומר במצב רגיש. אם המתח יורד עוד יותר, נוצרות תגובות כימיות עם האלקטרוליט, שעלולות להוביל להיווצרות שכבה מבודדת שמקטינה את יכולת הטעינה העתידית.

3. תגובות כימיות הגורמות להזדקנות מואצת

פריקה מוחלטת יכולה להוביל להתחמצנות של חלק מחומרי האלקטרודה, דבר שמפחית את היכולת של התא לאגור אנרגיה בעתיד. בנוסף, אלקטרוליט הסוללה עלול להתפרק ולהשאיר משקעים מוצקים שמגבילים את יכולת יוני הליתיום לנוע בחזרה לאנודה במהלך הטעינה הבאה.

4. סכנת קצר פנימי ונזק בלתי הפיך

במקרים קיצוניים של פריקה עמוקה, חלק מהחומרים הכימיים בתוך התא יכולים להפוך ללא יציבים, מה שעלול לגרום לקצר פנימי, חימום יתר ואפילו סכנת דליקה כאשר מנסים להטעין את הסוללה מחדש.

איך ניתן להימנע מפריקה מוחלטת של הסוללה?

כדי למנוע נזק לסוללה, יצרני רכבים חשמליים מתכננים את המערכת כך שלעולם לא תתאפשר פריקה מוחלטת בפועל:

• הגבלת טווח הפריקה – המערכת מכבה את הרכב לפני שהמתח יורד לרמות מסוכנות.
• מערכות ניהול סוללה (BMS) – מנטרות כל תא בנפרד ומוודאות שהמתח לא יורד מתחת לרמה קריטית.
• התראות לנהג – התרעות מציגות אזהרות מוקדמות ומגבילות את הביצועים כדי למנוע פריקה עמוקה.

סיכום

כאשר סוללת ליתיום-יון מתרוקנת לחלוטין, היא עלולה לסבול מנזקים כימיים בלתי הפיכים, כולל איבוד קיבולת, ירידה ביכולת ההטענה וסיכון לקצר פנימי. עם זאת, מערכות חכמות ברכבים חשמליים מתוכננות כדי למנוע מצבים כאלה. כדי לשמור על חיי הסוללה, מומלץ להימנע מפריקה מלאה ולשמור על רמות טעינה בטווחים מומלצים.

עוד לפני העצירה המוחלטת, הרכב עובר כמה שלבים של התרעות והגבלות לפני שהוא נעצר לחלוטין. עם זאת, ישנן דרכים להימנע מהמצב הזה ולפתור אותו במקרה הצורך. תכנון נכון של הנסיעה ושימוש יעיל במערכות הרכב יכולים למנוע תרחישי חירום ולשמור על הרכיב האחד היקר ביותר ברכב.