Skutočne znižuje rýchle nabíjanie jednosmerným prúdom kapacitu batérie vášho elektromobilu?

Rýchle nabíjanie vášho EV znie skvele, pretože 350-kilowattová rýchlonabíjačka dokáže nabiť EV s veľkou batériou ako Lucid Air Pure na 80 percent za 15 minút. Aj keď to nie je také rýchle ako tankovanie tradičného benzínového vozidla, jednosmerné rýchle nabíjanie skracuje čas potrebný na naplnenie elektrického vozidla.

Je však pohodlnosť nabíjania elektrického vozidla za cenu degradácie batérie? Nuž, poďme to zistiť.

Čo je DC rýchle nabíjanie a ako to funguje?

Ak chcete lepšie pochopiť životnosť batérie EV, je dôležité vedieť, čo je rýchle nabíjanie a ako funguje. Vo všeobecnosti možno batériu elektrického vozidla doplniť pomocou troch rôznych metodík, tzv Nabíjanie úrovne 1, úrovne 2 a úrovne 3. Prvé dva typy sa spoliehajú na striedavý prúd (AC), zatiaľ čo nabíjanie úrovne 3, známe tiež ako rýchle nabíjanie jednosmerným prúdom, vyžaduje jednosmerný prúd.

Dôležitým rozdielom je, že nabíjačky úrovne 1 a úrovne 2 využívajú palubnú nabíjačku vozidla konvertujte prúd zo striedavého na jednosmerný prúd, pretože lítium-iónová batéria vo vašom vozidle nedokáže prijímať striedavý prúd priamo.

Pokiaľ však ide o rýchle nabíjačky úrovne 3, môžu len pumpovať šťavu priamo do batérie bez potreby vstavanej nabíjačky. To umožňuje nabíjanie jednosmerným prúdom preniesť obrovské množstvo prúdu a napätia do akumulátora bez toho, aby ho obmedzovali možnosti palubnej nabíjačky vozidla.

Prečo lítium-iónové batérie časom strácajú kapacitu?

Lítium-iónové batérie premieňajú chemickú energiu na elektrickú energiu a hypoteticky by táto reakcia mala pokračovať navždy. Všetci však vieme, že lítium-iónové batérie nevydržia večne. Aký je však presný dôvod tejto degradácie?

Vo vnútri lítium-iónového článku, keď je nabitý alebo vybitý, prebieha niekoľko chemických reakcií. Niektoré reakcie smerujú k výrobe elektriny, zatiaľ čo iné spotrebúvajú lítiové ióny, ktoré znižujú kapacitu batérie. Inými slovami, pri každom cykle nabíjania a vybíjania lítium-iónová batéria elektromobilu stratí určitú kapacitu; toto sa skutočne deje a nespadá do kategórie Mýty o nabíjaní EV.

To znamená, že je dôležité pochopiť, že tieto reakcie sa vyskytujú rôznymi rýchlosťami na základe niekoľkých podmienok prostredia a existujú kroky, ktoré môžete podniknúť, aby batéria vydržala dlhšie.

Preto väčšina výrobcov batérií poskytuje rozsah teplôt, pri ktorých batérie fungujú najlepšie. Tento rozsah sa mení na základe chemického zloženia batérie, ale vo väčšine prípadov leží medzi -4 a 140 stupňami Fahrenheita pre vybíjanie a medzi 0 a 45 stupňami Fahrenheita pre nabíjanie.

Tento prevádzkový rozsah ukazuje, že batérie možno nabíjať v nižšom rozsahu teplôt a nabíjať ich v extrémnych podmienkach, a to za studena a horúce, môžu spôsobiť problémy, pretože tieto podmienky zvyšujú rýchlosť nežiaducich reakcií, spotrebúvajú ióny lítia a znižujú kapacita.

Čo sa stane pri rýchlonabíjaní lítium-iónových batérií?

Teraz, keď vieme, prečo sa kapacita lítium-iónovej batérie znižuje, môžeme sa pokúsiť pochopiť, čo sa deje vo vnútri batérie, keď je rýchlo nabitá.

1. Poškodenie elektród batérie v dôsledku vysokého prúdu a napätia

Rýchle nabíjanie využíva na nabíjanie batérie vysokonapäťový prúd. Lítiové ióny sú vyťahované z katódy väčšou silou a po nabití sa presúvajú na anódu. To spôsobuje praskliny na katóde a tiež vytvára dendrity na elektródach. V dôsledku týchto prasklín a nahromadenia dendritov sa kapacita lítium-iónových článkov znižuje a tiež sa zvyšuje odolnosť batérie.

2. Vysokoteplotná degradácia

Vnútorný odpor batérie sa zvyšuje pri rýchlom nabíjaní. V dôsledku tohto zvýšenia odporu a vysokého príkonu prúdu počas rýchleho nabíjania sa vo vnútri batérií vytvára nadmerné teplo. Táto vysoká teplota znižuje kapacitu lítium-iónových batérií.

3. Nízkoteplotné lítiové pokovovanie

Keď sa lítium-iónová batéria rýchlo nabíja vysokými prúdmi pri nízkych teplotách, na anóde dochádza k javu známemu ako pokovovanie lítiom. V dôsledku toho sa atómy lítia neinterkalujú vo vnútri anódy. To vedie k inertnému kovovému lítiu (ktorý nemôže generovať elektrinu) na povrchu elektród.

Pochopenie súprav batérií EV

Pri pohľade na vyššie uvedený zoznam degradačných mechanizmov je zrejmé, že rýchle nabíjanie nevyhnutne znižuje životnosť elektrického vozidla. To znamená, že batérie EV sú navrhnuté tak, aby zabránili poškodeniu batérie. Preto predtým, ako dospejeme k záveru, že rýchle nabíjanie je pre elektrické vozidlá zlé, poďme pochopiť, ako sú ich batérie navrhnuté tak, aby čelili degradácii.

Akumulátory EV pozostávajú z niekoľkých lítium-iónových článkov, ktoré sú spojené a vytvárajú moduly. Na vytvorenie balíka je pripojených niekoľko modulov stav batérie je riadený systémom správy batérie, tiež známy ako BMS.

BMS je v podstate počítač pripojený k niekoľkým senzorom, ktoré monitorujú napätie, prúd a teplotu jednotlivých článkov. Potom tieto údaje analyzuje, aby sa zabezpečilo, že každá bunka funguje optimálne.

Ak sú články vo vnútri batérie príliš horúce, BMS zvýši chladenie, aby sa znížila celková teplota batérie. Ak pri rýchlonabíjaní jednosmerným prúdom zaznamená vysoké napätie článku alebo prúd, bude regulovať oba parametre, aby nedošlo k poškodeniu batérie.

BMS je teda časť EV, ktorá má najväčšiu úlohu pri znižovaní degradácie batérie.

Aké škody spôsobí rýchle nabíjanie batérie vášho elektromobilu?

Pozrime sa na niekoľko štúdií, ktoré ukazujú, akým veľkým poškodením prechádzajú vozidlá v dôsledku rýchleho nabíjania. Štyri elektrické vozidlá Nissan Leaf 2012 jazdili vo Phoenixe v Arizone Národné laboratórium v ​​Idahu. Dve vozidlá sa nabíjali pomocou rýchleho jednosmerného nabíjania, zatiaľ čo ďalšie dve sa nabíjali pomocou nabíjania AC úrovne 2 s nasledujúcimi výsledkami:

1. Kapacitné testy pre obe súpravy vozidiel boli vykonané po prejdení 50 000 míľ a rozdielu v kapacite strata medzi vozidlami nabíjanými pomocou rýchleho nabíjania a nabíjania AC úrovne 2 bola v rozsahu 3 až 9 percent.

2. Vozidlá nabité pomocou rýchleho nabíjania pri jazde konštantnou rýchlosťou 45 míľ za hodinu mohli ponúknuť dojazd 70 míľ, zatiaľ čo vozidlá nabité pomocou AC úrovne 2 poskytli 82 míľ.

3. Na začiatku testu mohli vozidlá nabíjané pomocou rýchleho jednosmerného nabíjania ponúknuť dojazd 102 míľ pri konštantnej rýchlosti 45 míľ za hodinu. Po dokončení 63 000 míľ testovania ponúklo to isté vozidlo dojazd 58 míľ. Dosah sa znížil o 43 percent. Vozidlo nabíjané pomocou rýchleho nabíjania AC ponúkalo dojazd 104 míľ, ktorý sa po dokončení testov znížil na 64 míľ. Prechádza znížením rozsahu o 38 percent.

K degradácii batérie dochádza bez ohľadu na spôsob nabíjania, ale vo vozidlách, ktoré sú rýchlonabíjané, sa zvyšuje; rozdiel je asi 5 percent.

Dôsledky rýchleho nabíjania v lítium-iónovej batérii

V samostatnom experimente, ako je ten vyššie, boli v laboratórnych podmienkach testované dva akumulátory Nissan Leaf Národné laboratórium v ​​Idahu. Jeden bol rýchlonabíjaný jednosmerným prúdom, zatiaľ čo druhý sa nabíjal iba striedavým prúdom. Cieľom tohto testu bolo zistiť, čo sa stane s celým balením na rozdiel od každej bunky ako v predchádzajúcom experimente.

1. Po dokončení 780 cyklov nabíjania a vybíjania sa kapacita batérie nabíjaná striedavým prúdom znížila o 23,1 percenta. Batéria, ktorá bola len rýchlo nabitá, zaznamenala pokles kapacity o 28,1 percenta.

2. Zistila sa silná korelácia medzi kapacitou a teplotou, keď sa kapacita balenia porovnala s kapacitou článku pri rôznych teplotách: kapacita slabnutie bolo vyššie v bunkách testovaných pri vyšších teplotách a bolo nižšie, keď boli bunky pri okolitej teplote 68 stupňov Fahrenheita (20 stupňov Celzia).

To ukazuje silnú koreláciu medzi degradáciou batérie a teplotou, čo naznačuje, že rýchle nabíjanie nie je tak významným faktorom degradácie batérie.

Čo nám 6 000 EV batérie hovoria o stave batérie EV

V inej štúdii Geotab, spoločnosť zaoberajúca sa správou vozového parku, zhromaždila údaje o stave batérie zo 6 000 EV a dospela k záveru, že rýchle nabíjanie zvýšilo rýchlosť degradácie batérie. Táto štúdia, rovnako ako mnohé iné, ukázala, že rýchle nabíjanie zvýšilo rýchlosť lítium-iónovej batérie batéria vo vašom vozidle sa degraduje a zdôraznila zásadnú úlohu BMS pri udržiavaní degradácie na čo najnižšej úrovni možné.

Je rýchle nabíjanie jednosmerným prúdom zlé pre vaše elektrické vozidlo?

Batéria vášho EV musí časom stratiť kapacitu. To znamená, že rýchlosť, s akou dochádza k tejto degradácii, závisí od niekoľkých faktorov a rýchle nabíjanie je určite jedným z faktorov, ktoré to môžu urýchliť.

Ďalšou vecou, ​​​​ktorú treba poznamenať, je, že s miernym používaním rýchleho nabíjania sa nezníži dosah vášho batérie a môžete ho použiť na dlhé cesty, aby ste skrátili čas potrebný na nabitie vozidlo.