Încărcarea rapidă în curent continuu reduce cu adevărat capacitatea bateriei vehiculului electric?

Încărcarea rapidă a vehiculului electric sună grozav, deoarece un încărcător rapid de 350 de kilowați poate duce un vehicul electric cu baterie mare, cum ar fi un Lucid Air Pure, la o stare de încărcare de 80% în 15 minute. Deși nu este la fel de rapidă ca umplerea unui vehicul tradițional pe benzină, încărcarea rapidă DC reduce timpul necesar pentru a umple un vehicul electric.

Dar confortul de a încărca un vehicul electric vine cu prețul degradării bateriei? Ei bine, hai să aflăm.

Ce este încărcarea rapidă DC și cum funcționează?

Pentru a înțelege mai bine longevitatea bateriei EV, este important să știți ce este încărcarea rapidă și cum funcționează. În linii mari, bateria unui vehicul electric poate fi completată folosind trei metodologii diferite numite Încărcare de nivel 1, nivel 2 și nivel 3. Primele două tipuri se bazează pe curent alternativ (AC), în timp ce nivelul 3 de încărcare, cunoscut și sub numele de încărcare rapidă DC, necesită curent continuu.

Distincția importantă aici este că încărcătoarele de nivel 1 și de nivel 2 folosesc încărcătorul de la bordul vehiculului pentru a convertiți curentul din AC în DC, deoarece bateria litiu-ion de pe vehiculul dvs. nu poate prelua curent alternativ direct.

Cu toate acestea, când vine vorba de încărcătoarele rapide de nivel 3, acestea pot doar pompa suc direct în baterie, fără a fi nevoie de încărcătorul de bord. Acest lucru permite încărcării în curent continuu să împingă cantități uriașe de curent și tensiune către acumulatorul, fără a fi constrânsă de capacitățile încărcătorului de bord al vehiculului.

De ce bateriile cu litiu-ion își pierd capacitatea în timp?

Bateriile litiu-ion transformă energia chimică în energie electrică și, ipotetic, această reacție ar trebui să continue pentru totdeauna. Cu toate acestea, știm cu toții că bateriile litiu-ion nu durează pentru totdeauna. Dar care este motivul exact pentru această degradare?

Ei bine, mai multe reacții chimice au loc în interiorul unei celule cu ioni de litiu atunci când este încărcată sau descărcată. Unele reacții lucrează spre generarea de energie electrică, în timp ce altele consumă ioni de litiu care reduc capacitatea bateriei. Cu alte cuvinte, cu fiecare ciclu de încărcare-descărcare, bateria litiu-ion a unui vehicul electric va pierde din capacitate; acest lucru se întâmplă de fapt și nu se încadrează în categoria de Mituri despre încărcarea vehiculelor electrice.

Acestea fiind spuse, este important să înțelegeți că aceste reacții apar cu viteze diferite în funcție de mai multe condiții de mediu și există pași pe care îi puteți lua pentru ca bateria să dureze mai mult.

Prin urmare, majoritatea producătorilor de baterii oferă o gamă de temperaturi la care bateriile funcționează cel mai bine. Această gamă se modifică în funcție de chimia bateriei, dar în cele mai multe cazuri, este cuprinsă între -4 și 140 de grade Fahrenheit pentru descărcare și între 0 și 45 de grade Fahrenheit pentru încărcare.

Acest interval de funcționare arată că bateriile pot fi încărcate într-un interval mai scăzut de temperaturi și încărcarea lor în condiții extreme, atât la rece și fierbinte, poate cauza probleme deoarece aceste condiții cresc viteza cu care apar reacțiile nedorite, consumând ioni de litiu și reducând capacitate.

Ce se întâmplă când se încarcă rapid bateriile litiu-ion?

Acum că știm de ce scade capacitatea unei baterii litiu-ion, putem încerca să înțelegem ce se întâmplă în interiorul bateriei când este încărcată rapid.

1. Deteriorarea electrozilor bateriei din cauza curentului și tensiunii ridicate

Încărcarea rapidă folosește un curent de înaltă tensiune pentru a încărca bateria. Ionii de litiu sunt trași din catod cu o forță mai mare și sunt mutați la anod atunci când sunt încărcați. Acest lucru provoacă fisuri în catod și generează, de asemenea, dendrite pe electrozi. Datorită acestor fisuri și acumulări de dendrite, capacitatea celulelor cu litiu-ion se reduce și, de asemenea, cresc rezistența bateriei.

2. Degradare la temperatură ridicată

Rezistența internă a unei baterii crește atunci când este încărcată rapid. Datorită acestei creșteri a rezistenței și a curentului de intrare mare în timpul încărcării rapide, în interiorul bateriilor se generează căldură excesivă. Această temperatură ridicată reduce capacitatea bateriilor litiu-ion.

3. Placare cu litiu la temperatură joasă

Când o baterie cu litiu-ion este încărcată rapid folosind curenți mari la temperaturi scăzute, la anod are loc un fenomen cunoscut sub numele de placare cu litiu. Din acest motiv, atomii de litiu nu se intercalează în interiorul anodului. Acest lucru are ca rezultat litiu metal inert (care nu poate genera electricitate) pe suprafața electrozilor.

Înțelegerea pachetelor de baterii EV

Privind lista de mecanisme de degradare prezentată mai sus, este evident că încărcarea rapidă va reduce durata de viață a unui vehicul electric. Acestea fiind spuse, bateriile EV sunt concepute pentru a preveni deteriorarea bateriei. Prin urmare, înainte de a concluziona că încărcarea rapidă este dăunătoare pentru vehiculele electrice, să înțelegem cum sunt proiectate bateriile lor pentru a contracara degradarea.

Pachetele de baterii EV constau din mai multe celule litiu-ion care sunt conectate pentru a crea module. Mai multe module sunt conectate pentru a crea pachetul și acesta starea bateriei este gestionată de sistemul de management al bateriei, cunoscut și ca BMS.

BMS este practic un computer conectat la mai mulți senzori care monitorizează tensiunea, curentul și temperatura celulei individuale. Apoi analizează aceste date pentru a se asigura că fiecare celulă funcționează optim.

Dacă celulele din interiorul pachetului de baterii sunt prea fierbinți, BMS-ul va crește răcirea pentru a reduce temperatura totală a pachetului. Dacă detectează o tensiune sau un curent ridicat al celulei în timpul încărcării rapide DC, va regla ambii parametri pentru a preveni deteriorarea bateriei.

BMS este, prin urmare, partea EV care are cel mai mare rol în reducerea degradării bateriei.

Cât de mult deteriorează încărcarea rapidă bateriei vehiculului dumneavoastră electric?

Să ne uităm la câteva studii care arată cât de multe daune suferă vehiculele din cauza încărcării rapide. Patru vehicule electrice Nissan Leaf 2012 au fost conduse în Phoenix, Arizona de către Laboratorul Național Idaho. Două vehicule au fost încărcate folosind încărcare rapidă DC, în timp ce celelalte două au fost încărcate folosind încărcare AC de nivel 2, cu următoarele rezultate:

1. Testele de capacitate pentru ambele seturi de vehicule au fost efectuate după parcurgerea a 50.000 de mile și diferența de capacitate pierderea între vehiculele încărcate folosind încărcare rapidă și încărcarea AC de nivel 2 s-a dovedit a fi în intervalul de la 3 la 9 la sută.

2. Vehiculele încărcate folosind încărcare rapidă atunci când sunt conduse la o viteză constantă de 45 mph ar putea oferi o autonomie de 70 mile, în timp ce cele încărcate folosind AC Level 2 au oferit 82 mile.

3. La începutul testului, vehiculele încărcate cu încărcare rapidă DC ar putea oferi o autonomie de 102 mile atunci când sunt conduse la o viteză constantă de 45 mph. După ce a efectuat 63.000 de mile de testare, același vehicul a oferit o autonomie de 58 mile. Arată o scădere cu 43 la sută a intervalului. Vehiculul încărcat cu încărcare rapidă AC a oferit o autonomie de 104 mile, care a fost redusă la 64 mile după finalizarea testelor. Trecând printr-o degradare a intervalului de 38 la sută.

Degradarea bateriei are loc indiferent de metoda de încărcare, dar este crescută la vehiculele care sunt încărcate rapid; diferența este de aproximativ 5 la sută.

Implicațiile încărcării rapide în acumulatorul litiu-ion

Într-un experiment separat de cel de mai sus, două pachete de baterii Nissan Leaf au fost testate în condiții de laborator de către Laboratorul Național Idaho. Unul era încărcat rapid cu curent continuu, în timp ce celălalt avea doar încărcare CA. Scopul acestui test a fost de a vedea ce se întâmplă cu întregul pachet, spre deosebire de fiecare celulă, ca în experimentul anterior.

1. Pachetul încărcat cu încărcare AC a avut o scădere a capacității de 23,1% după finalizarea a 780 de cicluri de încărcare-descărcare. Pachetul care a fost doar încărcat rapid a înregistrat o scădere a capacității de 28,1 la sută.

2. O corelație puternică între capacitate și temperatură a fost găsită atunci când capacitatea pachetului a fost comparată cu capacitatea celulei la diferite temperaturi: capacitate estomparea a fost mai mare în celulele testate la temperaturi mai ridicate și a fost mai mică atunci când celulele se aflau la o temperatură ambientală de 68 de grade Fahrenheit (20 de grade Celsius). Celsius).

Acest lucru arată o corelație puternică între degradarea acumulatorului și temperatură, sugerând că încărcarea rapidă nu este un factor la fel de important pentru degradarea bateriei.

Ce ne spun 6.000 de baterii EV despre sănătatea bateriei EV

Într-un alt studiu, Geotab, o companie de gestionare a flotei, a colectat date despre starea bateriei de la 6.000 de vehicule electrice și a concluzionat că încărcarea rapidă a crescut rata cu care o baterie se degradează. Acest studiu, la fel ca multe altele, a arătat că încărcarea rapidă a crescut rata la care litiu-ion bateria din vehiculul dumneavoastră se degradează și a evidențiat rolul vital al BMS în menținerea degradării la un nivel cât mai scăzut posibil.

Încărcarea rapidă în curent continuu este proastă pentru vehiculul dvs. electric?

Acumulatorul EV-ului dumneavoastră își va pierde capacitatea pe măsură ce trece timpul. Acestea fiind spuse, rata la care are loc această degradare depinde de mai mulți factori, iar încărcarea rapidă este cu siguranță un factor care poate accelera acest lucru.

Un alt lucru de reținut este că folosirea încărcării rapide cu moderație nu va reduce raza de acțiune a dispozitivului dvs baterie extinsă și o puteți folosi în călătorii lungi, pentru a reduce timpul necesar pentru a vă alimenta vehicul.