Czy szybkie ładowanie prądem stałym naprawdę zmniejsza pojemność akumulatora pojazdu elektrycznego?

Szybkie ładowanie pojazdu elektrycznego brzmi świetnie, ponieważ szybka ładowarka o mocy 350 kilowatów może doprowadzić pojazd elektryczny z dużą baterią, taki jak Lucid Air Pure, do stanu naładowania 80 procent w 15 minut. Chociaż nie jest to tak szybkie, jak tankowanie tradycyjnego pojazdu benzynowego, szybkie ładowanie prądem stałym skraca czas potrzebny do zatankowania pojazdu elektrycznego.

Ale czy wygoda ładowania pojazdu elektrycznego odbywa się kosztem degradacji baterii? Cóż, dowiedzmy się.

Co to jest szybkie ładowanie DC i jak to działa?

Aby lepiej zrozumieć żywotność baterii EV, ważne jest, aby wiedzieć, czym jest szybkie ładowanie i jak działa. Ogólnie rzecz biorąc, akumulator pojazdu elektrycznego można uzupełnić za pomocą trzech różnych metod, tzw Ładowanie na poziomie 1, poziomie 2 i poziomie 3. Pierwsze dwa typy opierają się na prądzie przemiennym (AC), podczas gdy ładowanie poziomu 3, znane również jako szybkie ładowanie prądem stałym, wymaga prądu stałego.

Ważnym rozróżnieniem jest to, że ładowarki poziomu 1 i poziomu 2 wykorzystują ładowarkę pokładową pojazdu przekonwertuj prąd z AC na DC, ponieważ akumulator litowo-jonowy w Twoim pojeździe nie może pobierać prądu przemiennego bezpośrednio.

Jeśli chodzi o szybkie ładowarki poziomu 3, mogą one po prostu pompować sok bezpośrednio do akumulatora bez potrzeby stosowania ładowarki pokładowej. Dzięki temu ładowanie prądem stałym może przesyłać do akumulatora ogromne ilości prądu i napięcia bez ograniczeń wynikających z możliwości pokładowej ładowarki pojazdu.

Dlaczego akumulatory litowo-jonowe z czasem tracą pojemność?

Baterie litowo-jonowe przekształcają energię chemiczną w energię elektryczną i hipotetycznie ta reakcja powinna trwać wiecznie. Jednak wszyscy wiemy, że akumulatory litowo-jonowe nie działają wiecznie. Ale jaki jest dokładny powód tej degradacji?

Cóż, kilka reakcji chemicznych zachodzi wewnątrz ogniwa litowo-jonowego, gdy jest ono ładowane lub rozładowywane. Niektóre reakcje działają w kierunku generowania energii elektrycznej, podczas gdy inne zużywają jony litu, które zmniejszają pojemność baterii. Innymi słowy, z każdym cyklem ładowania i rozładowania akumulator litowo-jonowy pojazdu elektrycznego traci pewną pojemność; to faktycznie się dzieje i nie mieści się w kategorii Mity dotyczące ładowania pojazdów elektrycznych.

To powiedziawszy, ważne jest, aby zrozumieć, że reakcje te zachodzą z różną szybkością w zależności od kilku warunków środowiskowych, i istnieją kroki, które można podjąć, aby wydłużyć żywotność baterii.

Dlatego większość producentów akumulatorów podaje zakres temperatur, w których akumulatory działają najlepiej. Zakres ten zmienia się w zależności od składu chemicznego baterii, ale w większości przypadków wynosi od -4 do 140 stopni Fahrenheita dla rozładowania i od 0 do 45 stopni Fahrenheita dla ładowania.

Ten zakres pracy pokazuje, że akumulatory można ładować w niższym zakresie temperatur, jak i ładowanie ich w ekstremalnych warunkach, zarówno w niskich temperaturach i gorące, mogą powodować problemy, ponieważ warunki te zwiększają szybkość występowania niepożądanych reakcji, zużywając jony litu i redukując je pojemność.

Co się dzieje podczas szybkiego ładowania akumulatorów litowo-jonowych?

Teraz, gdy wiemy, dlaczego pojemność baterii litowo-jonowej spada, możemy spróbować zrozumieć, co dzieje się wewnątrz baterii, gdy jest ona szybko ładowana.

1. Uszkodzenie elektrod akumulatora spowodowane wysokim prądem i napięciem

Szybkie ładowanie wykorzystuje prąd o wysokim napięciu do ładowania akumulatora. Jony litu są wyciągane z katody z większą siłą i przenoszone do anody po naładowaniu. Powoduje to pęknięcia katody, a także generuje dendryty na elektrodach. Z powodu tych pęknięć i gromadzenia się dendrytów pojemność ogniw litowo-jonowych zmniejsza się, a także zwiększają rezystancję akumulatora.

2. Degradacja w wysokiej temperaturze

Wewnętrzna rezystancja baterii wzrasta, gdy jest ona szybko ładowana. Z powodu tego wzrostu rezystancji i wysokiego prądu wejściowego podczas szybkiego ładowania, wewnątrz akumulatorów wytwarza się nadmierne ciepło. Ta wysoka temperatura zmniejsza pojemność akumulatorów litowo-jonowych.

3. Niskotemperaturowe powlekanie litem

Gdy akumulator litowo-jonowy jest szybko ładowany przy użyciu wysokich prądów w niskich temperaturach, na anodzie występuje zjawisko znane jako powlekanie litem. Dzięki temu atomy litu nie interkalują wewnątrz anody. Powoduje to obojętny metaliczny lit (który nie może generować elektryczności) na powierzchni elektrod.

Zrozumienie akumulatorów EV

Patrząc na powyższą listę mechanizmów degradacji widać, że szybkie ładowanie nieuchronnie skraca żywotność pojazdu elektrycznego. To powiedziawszy, zestawy akumulatorów EV są zaprojektowane tak, aby zapobiegać uszkodzeniom akumulatorów. Dlatego zanim dojdziemy do wniosku, że szybkie ładowanie jest szkodliwe dla pojazdów elektrycznych, zastanówmy się, w jaki sposób ich akumulatory są zaprojektowane tak, aby przeciwdziałać degradacji.

Zestawy akumulatorów EV składają się z kilku ogniw litowo-jonowych, które są połączone w celu utworzenia modułów. Kilka modułów jest połączonych w celu utworzenia pakietu i jego Stan baterii jest zarządzany przez system zarządzania baterią, znany również jako BMS.

BMS to w zasadzie komputer podłączony do kilku czujników, które monitorują napięcie, prąd i temperaturę poszczególnych ogniw. Następnie analizuje te dane, aby upewnić się, że każda komórka działa optymalnie.

Jeśli ogniwa wewnątrz akumulatora są zbyt gorące, BMS zwiększy chłodzenie, aby obniżyć ogólną temperaturę pakietu. Jeśli wykryje wysokie napięcie lub prąd ogniwa podczas szybkiego ładowania prądem stałym, wyreguluje oba parametry, aby zapobiec uszkodzeniu akumulatora.

BMS jest zatem częścią EV, która odgrywa największą rolę w zmniejszaniu degradacji baterii.

Jak duże szkody wyrządza szybkie ładowanie akumulatorowi Twojego EV?

Przyjrzyjmy się niektórym badaniom, które pokazują, ile uszkodzeń przechodzą pojazdy z powodu szybkiego ładowania. Cztery samochody elektryczne Nissan Leaf z 2012 roku jeździły po Phoenix w Arizonie Narodowe Laboratorium Idaho. Dwa pojazdy zostały naładowane za pomocą szybkiego ładowania prądem stałym, a dwa pozostałe za pomocą ładowania AC poziomu 2, z następującymi wynikami:

1. Testy pojemności dla obu zestawów pojazdów przeprowadzono po przejechaniu 50 000 mil i różnicy w pojemności Stwierdzono, że straty między pojazdami ładowanymi przy użyciu szybkiego ładowania i ładowania AC poziomu 2 mieszczą się w zakresie od 3 do 9 procent.

2. Pojazdy ładowane za pomocą szybkiego ładowania podczas jazdy ze stałą prędkością 45 mil na godzinę mogą oferować zasięg 70 mil, podczas gdy te ładowane za pomocą prądu zmiennego poziomu 2 zapewniały zasięg 82 mil.

3. Na początku testu pojazdy ładowane przy użyciu szybkiego ładowania prądem stałym mogły oferować zasięg 102 mil przy stałej prędkości 45 mil na godzinę. Po ukończeniu 63 000 mil testów ten sam pojazd oferował zasięg 58 mil. Pokazuje 43-procentowy spadek zasięgu. Pojazd ładowany za pomocą szybkiego ładowania AC oferował zasięg 104 mil, który po zakończeniu testów został zmniejszony do 104 mil. Przechodzenie przez degradację zasięgu o 38 procent.

Degradacja akumulatora występuje niezależnie od metody ładowania, ale jest zwiększona w pojazdach ładowanych szybko; różnica wynosi około 5 procent.

Implikacje szybkiego ładowania w akumulatorze litowo-jonowym

W odrębnym od powyższego eksperymencie dwa akumulatory Nissana Leaf zostały przetestowane w warunkach laboratoryjnych przez firmę Narodowe Laboratorium Idaho. Jeden był ładowany prądem stałym, a drugi tylko prądem zmiennym. Celem tego testu było sprawdzenie, co dzieje się z całą paczką, a nie z każdą komórką, jak w poprzednim eksperymencie.

1. Pakiet ładowany za pomocą ładowania prądem przemiennym miał spadek pojemności o 23,1 procent po ukończeniu 780 cykli ładowania-rozładowania. Pakiet, który był ładowany tylko szybko, odnotował spadek pojemności o 28,1 procent.

2. Silną korelację między pojemnością a temperaturą stwierdzono, porównując pojemność pakietu z pojemnością ogniw w różnych temperaturach: pojemność blaknięcie było wyższe w komórkach testowanych w wyższych temperaturach i było niższe, gdy komórki znajdowały się w temperaturze otoczenia 68 stopni Fahrenheita (20 stopni Celsjusz).

Pokazuje to silną korelację między degradacją akumulatora a temperaturą, co sugeruje, że szybkie ładowanie nie jest tak istotnym czynnikiem wpływającym na degradację akumulatora.

Co 6000 akumulatorów EV mówi nam o stanie akumulatorów EV

W innym badaniu Geotab, firma zarządzająca flotą, zebrała dane o stanie baterii z 6000 pojazdów elektrycznych i doszła do wniosku, że szybkie ładowanie zwiększyło tempo degradacji baterii. To badanie, podobnie jak wiele innych, wykazało, że szybkie ładowanie zwiększa szybkość ładowania litowo-jonowego akumulatora w Twoim pojeździe i podkreślił kluczową rolę BMS w utrzymywaniu degradacji na jak najniższym poziomie możliwy.

Czy szybkie ładowanie prądem stałym jest szkodliwe dla Twojego pojazdu elektrycznego?

Akumulator Twojego pojazdu elektrycznego z czasem traci swoją pojemność. To powiedziawszy, tempo, w jakim następuje ta degradacja, zależy od kilku czynników, a szybkie ładowanie jest z pewnością jednym z czynników, które mogą to przyspieszyć.

Inną rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę, jest to, że używanie szybkiego ładowania z umiarem nie zmniejszy zasięgu akumulator w dużym stopniu i możesz go używać podczas długich podróży, aby skrócić czas potrzebny do naładowania pojazd.