Ar greitasis nuolatinės srovės įkrovimas tikrai sumažina jūsų elektromobilio akumuliatoriaus talpą?

Greitas elektromobilio įkrovimas skamba puikiai, nes 350 kilovatų greitasis įkroviklis gali per 15 minučių įkrauti didelės baterijos elektromobilį, pvz., Lucid Air Pure, iki 80 procentų. Nors tai nėra taip greita, kaip užpildyti tradicinę benzininę transporto priemonę, greitasis nuolatinės srovės įkrovimas sumažina laiką, reikalingą elektromobiliui užpildyti.

Tačiau ar patogus įkrauti elektromobilį kainuoja akumuliatoriaus gedimą? Na, išsiaiškinkime.

Kas yra DC greitas įkrovimas ir kaip tai veikia?

Norint geriau suprasti EV baterijos ilgaamžiškumą, svarbu žinoti, kas yra greitas įkrovimas ir kaip jis veikia. Apskritai, elektromobilio akumuliatorius gali būti papildytas naudojant tris skirtingas metodikas, vadinamas 1 lygio, 2 lygio ir 3 lygio įkrovimas. Pirmieji du tipai pagrįsti kintamąja srove (AC), o 3 lygio įkrovimui, dar vadinamam DC greituoju įkrovimu, reikalinga nuolatinė srovė.

Svarbus skirtumas yra tas, kad 1 ir 2 lygio įkrovikliai naudoja transporto priemonės įkroviklį, kad konvertuokite srovę iš kintamosios srovės į nuolatinę, nes jūsų automobilio ličio jonų akumuliatorius negali priimti kintamosios srovės tiesiogiai.

Tačiau kalbant apie 3 lygio greituosius įkroviklius, jie gali tiesiog pumpuoti sultis tiesiai į akumuliatorių, nereikalaujant integruoto įkroviklio. Tai leidžia nuolatinės srovės įkrovimui į akumuliatorių stumti didelius srovės ir įtampos kiekius, nevaržomai transporto priemonės įkroviklio galimybių.

Kodėl laikui bėgant ličio jonų baterijos praranda savo talpą?

Ličio jonų baterijos paverčia cheminę energiją į elektros energiją, ir hipotetiškai ši reakcija turėtų tęstis amžinai. Tačiau visi žinome, kad ličio jonų baterijos tarnauja ne amžinai. Bet kokia yra tiksli šio degradacijos priežastis?

Na, kai ličio jonų elemente įvyksta keletas cheminių reakcijų, kai ji įkraunama arba išsikrauna. Kai kurios reakcijos sukuria elektros energiją, o kitos sunaudoja ličio jonus, kurie sumažina akumuliatoriaus talpą. Kitaip tariant, su kiekvienu įkrovimo ir iškrovimo ciklu elektromobilio ličio jonų baterija praras dalį talpos; tai iš tikrųjų atsitinka ir nepatenka į kategoriją EV įkrovimo mitai.

Be to, svarbu suprasti, kad šios reakcijos vyksta skirtingu greičiu, atsižvelgiant į keletą aplinkos sąlygų, ir yra veiksmų, kurių galite imtis, kad akumuliatorius tarnautų ilgiau.

Todėl dauguma baterijų gamintojų siūlo tam tikrą temperatūrų diapazoną, kuriame baterijos veikia geriausiai. Šis diapazonas keičiasi atsižvelgiant į akumuliatoriaus cheminę sudėtį, tačiau daugeliu atvejų jis yra nuo -4 iki 140 laipsnių pagal Farenheitą iškrovimo metu ir nuo 0 iki 45 laipsnių pagal Farenheitą įkrovimo metu.

Šis veikimo diapazonas rodo, kad baterijas galima įkrauti žemesnėje temperatūrų diapazone ir įkrauti ekstremaliomis sąlygomis, tiek šaltomis. ir karšta, gali sukelti problemų, nes šios sąlygos padidina nepageidaujamų reakcijų greitį, sunaudoja ličio jonus ir sumažina talpa.

Kas nutinka greitai įkraunant ličio jonų baterijas?

Dabar, kai žinome, kodėl ličio jonų akumuliatoriaus talpa mažėja, galime pabandyti suprasti, kas vyksta akumuliatoriaus viduje, kai jis greitai įkraunamas.

1. Akumuliatoriaus elektrodų pažeidimai dėl didelės srovės ir įtampos

Greitasis įkrovimas akumuliatoriui įkrauti naudoja aukštos įtampos srovę. Ličio jonai iš katodo ištraukiami didesne jėga ir įkraunami perkeliami į anodą. Dėl to katode atsiranda įtrūkimų ir ant elektrodų susidaro dendritai. Dėl šių įtrūkimų ir dendrito susikaupimo sumažėja ličio jonų elementų talpa, taip pat padidėja baterijos atsparumas.

2. Degradacija aukštoje temperatūroje

Vidinė akumuliatoriaus varža padidėja, kai ji greitai įkraunama. Dėl padidėjusio pasipriešinimo ir didelės srovės įvesties greito įkrovimo metu akumuliatorių viduje susidaro per didelis karštis. Ši aukšta temperatūra sumažina ličio jonų baterijų talpą.

3. Žemos temperatūros ličio dengimas

Kai ličio jonų akumuliatorius greitai įkraunamas naudojant didelę srovę žemoje temperatūroje, anode atsiranda reiškinys, vadinamas ličio dengimu. Dėl šios priežasties ličio atomai anodo viduje nesiskirsto. Dėl to ant elektrodų paviršiaus atsiranda inertinio ličio metalo (kuris negali generuoti elektros energijos).

EV baterijų paketų supratimas

Žvelgiant į pirmiau pateiktą gedimo mechanizmų sąrašą, akivaizdu, kad greitas įkrovimas neabejotinai sumažins elektromobilio tarnavimo laiką. Be to, EV baterijų paketai yra sukurti taip, kad išvengtų baterijų sugadinimo. Todėl prieš darydami išvadą, kad greitas įkrovimas kenkia elektra varomoms transporto priemonėms, išsiaiškinkime, kaip jų baterijų paketai suprojektuoti taip, kad būtų išvengta degradacijos.

EV baterijos susideda iš kelių ličio jonų elementų, kurie yra sujungti moduliams kurti. Keli moduliai yra prijungti, kad būtų sukurtas paketas ir jo akumuliatoriaus būklę valdo akumuliatoriaus valdymo sistema, taip pat žinomas kaip BMS.

BMS iš esmės yra kompiuteris, prijungtas prie kelių jutiklių, kurie stebi atskirų elementų įtampą, srovę ir temperatūrą. Tada ji analizuoja šiuos duomenis, siekdama užtikrinti, kad kiekviena ląstelė veiktų optimaliai.

Jei baterijos viduje esantys elementai yra per karšti, BMS padidins aušinimą, kad sumažintų bendrą akumuliatoriaus temperatūrą. Jei greitojo nuolatinės srovės įkrovimo metu aptinka aukštą elemento įtampą arba srovę, jis reguliuos abu parametrus, kad būtų išvengta akumuliatoriaus pažeidimo.

Todėl BMS yra EV dalis, kuri atlieka didžiausią vaidmenį mažinant akumuliatoriaus gedimą.

Kiek žalos greitas įkrovimas daro jūsų EV akumuliatoriui?

Pažvelkime į kai kuriuos tyrimus, parodančius, kiek žalos transporto priemonės patiria dėl greito įkrovimo. Keturias 2012 m. „Nissan Leaf“ elektrines transporto priemones Finikso mieste, Arizonoje, vairavo Aidaho nacionalinė laboratorija. Dvi transporto priemonės buvo įkraunamos naudojant nuolatinės srovės greitąjį įkrovimą, o kitos dvi buvo įkraunamos naudojant 2 lygio kintamosios srovės įkrovimą, o rezultatai buvo tokie:

1. Abiejų transporto priemonių komplektų talpos bandymai buvo atlikti nuvažiavus 50 000 mylių ir talpos skirtumą Nustatyta, kad nuostoliai tarp transporto priemonių, įkrautų naudojant greitąjį įkrovimą ir 2 lygio kintamosios srovės įkrovimą, yra nuo 3 iki 9 proc.

2. Transporto priemonės, įkraunamos naudojant greitąjį įkrovimą, kai važiuojama pastoviu 45 mylių per valandą greičiu, gali nuvažiuoti 70 mylių, o įkraunamos naudojant 2 kintamosios srovės lygį – 82 mylias.

3. Bandymo pradžioje automobiliai, įkraunami naudojant DC greitąjį įkrovimą, galėjo nuvažiuoti 102 mylias, kai važiuojama pastoviu 45 mylių per valandą greičiu. Atlikus 63 000 mylių bandymus ta pati transporto priemonė pasiūlė 58 mylių atstumą. Rodomas diapazono sumažėjimas 43 proc. Greituoju kintamosios srovės įkrovimu įkraunama transporto priemonė nuvažiavo 104 mylias, o baigus bandymus jis buvo sumažintas iki 64 mylių. Išgyvena diapazono degradaciją 38 proc.

Akumuliatoriaus degradacija vyksta nepriklausomai nuo įkrovimo būdo, tačiau jis padidėja greitai įkraunamose transporto priemonėse; skirtumas siekia apie 5 procentus.

Ličio jonų akumuliatoriaus greito įkrovimo pasekmės

Atskirame eksperimente nei pirmiau minėta, du Nissan Leaf akumuliatorių blokai buvo išbandyti laboratorinėmis sąlygomis. Aidaho nacionalinė laboratorija. Vienas buvo greitai įkraunamas nuolatine srove, o kitas - tik kintamosios srovės įkrovimu. Šio testo tikslas buvo pamatyti, kas atsitiks su visa pakuotė, o ne su kiekviena ląstele, kaip ir ankstesniame eksperimente.

1. Paketo, įkrauto naudojant kintamosios srovės įkrovimą, talpa sumažėjo 23,1 proc., kai buvo atlikta 780 įkrovimo ir iškrovimo ciklų. Pakuotės, kuri buvo tik greitai įkraunama, talpa sumažėjo 28,1 proc.

2. Stipri koreliacija tarp talpos ir temperatūros buvo nustatyta lyginant pakuotės talpą su elementų talpa esant skirtingoms temperatūroms: talpa blukimas buvo didesnis ląstelėse, išbandytose aukštesnėje temperatūroje, ir buvo mažesnis, kai ląstelės buvo 68 laipsnių Farenheito (20 laipsnių) aplinkos temperatūroje Celsijaus).

Tai rodo tvirtą ryšį tarp akumuliatoriaus gedimo ir temperatūros, o tai rodo, kad greitas įkrovimas nėra toks svarbus akumuliatoriaus gedimo veiksnys.

Ką 6 000 elektromobilių baterijų pasakoja apie elektromobilių baterijų būklę

Kitame tyrime Geotab, transporto parką valdanti įmonė, surinko baterijų būklės duomenis iš 6000 elektromobilių ir padarė išvadą, kad greitas įkrovimas padidino akumuliatoriaus gedimo greitį. Šis tyrimas, kaip ir daugelis kitų, parodė, kad greitas įkrovimas padidino ličio jonų greitį jūsų transporto priemonės akumuliatorius nusidėvi ir pabrėžė gyvybiškai svarbų BMS vaidmenį siekiant išlaikyti tokį žemą degradaciją galima.

Ar greitas nuolatinės srovės įkrovimas kenkia jūsų elektrinei transporto priemonei?

Laikui bėgant jūsų elektromobilio akumuliatoriaus talpa netenka. Be to, šio gedimo greitis priklauso nuo kelių veiksnių, o greitas įkrovimas tikrai yra vienas iš veiksnių, galinčių tai paspartinti.

Kitas dalykas, į kurį reikia atkreipti dėmesį, yra tai, kad saikingas greito įkrovimo naudojimas nesumažins jūsų įrenginio veikimo diapazono daug akumuliatoriaus, todėl galite jį naudoti ilgose kelionėse, kad sutrumpėtų laikas, per kurį jis išsikrauna transporto priemonė.