Valóban csökkenti az elektromos egyenáramú gyorstöltés az elektromos autó akkumulátorának kapacitását?

Az elektromos autók gyorstöltése remekül hangzik, mivel egy 350 kilowattos gyorstöltővel egy nagy akkumulátoros elektromos járművet, például egy Lucid Air Pure-t, 15 perc alatt 80 százalékos töltöttségi szintre lehet vinni. Bár ez nem olyan gyors, mint egy hagyományos benzinüzemű jármű feltöltése, az egyenáramú gyorstöltés csökkenti az elektromos jármű feltöltéséhez szükséges időt.

De vajon az elektromos járművek töltésének kényelme az akkumulátor leromlásának ára? Nos, derítsük ki.

Mi az a DC gyorstöltés, és hogyan működik?

Az elektromos járművek akkumulátorának élettartamának jobb megértéséhez fontos tudni, hogy mi a gyorstöltés, és hogyan működik. Általánosságban elmondható, hogy egy elektromos jármű akkumulátorát három különböző módszerrel lehet feltölteni 1., 2. és 3. szintű töltés. Az első két típus váltakozó áramra (AC) támaszkodik, míg a 3. szintű töltés, más néven DC gyorstöltés, egyenáramot igényel.

A fontos különbség itt az, hogy az 1-es és 2-es szintű töltők a jármű fedélzeti töltőjét használják alakítsa át az áramot váltakozó áramról DC-re, mivel a jármű lítium-ion akkumulátora nem képes váltakozó áramot fogadni közvetlenül.

Ha azonban a 3-as szintű gyorstöltőkről van szó, azok csak közvetlenül az akkumulátorba pumpálhatnak levet anélkül, hogy szükség lenne a fedélzeti töltőre. Ez lehetővé teszi, hogy az egyenáramú töltés hatalmas mennyiségű áramot és feszültséget továbbítson az akkumulátorcsomagnak anélkül, hogy a jármű beépített töltőjének képességei korlátoznák.

Miért veszítenek a lítium-ion akkumulátorok kapacitásukból idővel?

A lítium-ion akkumulátorok a kémiai energiát elektromos energiává alakítják, és feltételezhetően ez a reakció örökké tart. Mindannyian tudjuk azonban, hogy a lítium-ion akkumulátorok nem tartanak örökké. De mi a pontos oka ennek a degradációnak?

Nos, egy lítium-ion cellában több kémiai reakció játszódik le, amikor feltöltik vagy kisütik. Egyes reakciók áramtermelésre irányulnak, míg mások lítium-ionokat fogyasztanak, amelyek csökkentik az akkumulátor kapacitását. Más szóval, minden töltési-kisütési ciklussal az elektromos járművek lítium-ion akkumulátora veszít némi kapacitásból; ez valóban megtörténik, és nem tartozik a kategóriába EV-töltési mítoszok.

Ennek ellenére fontos megérteni, hogy ezek a reakciók különböző környezeti feltételektől függően eltérő sebességgel mennek végbe, és vannak olyan lépések, amelyekkel az akkumulátor hosszabb ideig használható.

Ezért a legtöbb akkumulátorgyártó olyan hőmérséklet-tartományt biztosít, amelyen az akkumulátorok a legjobban teljesítenek. Ez a tartomány az akkumulátor kémiájától függően változik, de a legtöbb esetben -4 és 140 Fahrenheit fok között van kisütéskor és 0 és 45 Fahrenheit fok között töltés esetén.

Ez a működési tartomány azt mutatja, hogy az akkumulátorok alacsonyabb hőmérséklet-tartományban tölthetők, és extrém körülmények között is tölthetők, mind hidegen. és forró, problémákat okozhat, mivel ezek a körülmények megnövelik a nemkívánatos reakciók előfordulásának sebességét, ami lítiumionokat fogyaszt és csökkenti kapacitás.

Mi történik a lítium-ion akkumulátorok gyorstöltésekor?

Most, hogy tudjuk, miért csökken a lítium-ion akkumulátor kapacitása, megpróbálhatjuk megérteni, mi történik az akkumulátor belsejében, amikor gyorsan töltik.

1. Az akkumulátorelektródák károsodása a nagy áram és feszültség miatt

A gyorstöltés nagyfeszültségű áramot használ az akkumulátor töltésére. A lítium-ionok nagyobb erővel húzódnak ki a katódból, és töltéskor az anódra kerülnek. Ez repedéseket okoz a katódon, és dendriteket is generál az elektródákon. A repedések és a dendrit felhalmozódás miatt a lítium-ion cellák kapacitása csökken, és az akkumulátor ellenállását is növelik.

2. Magas hőmérsékletű lebomlás

Az akkumulátor belső ellenállása gyorstöltéskor megnő. Az ellenállás növekedése és a gyorstöltés során fellépő nagy áramfelvétel miatt túlzott hő keletkezik az akkumulátorok belsejében. Ez a magas hőmérséklet csökkenti a lítium-ion akkumulátorok kapacitását.

3. Alacsony hőmérsékletű lítium bevonat

Amikor egy lítium-ion akkumulátort gyorsan töltenek nagy áramerősséggel alacsony hőmérsékleten, az anódon lítiumbevonatként ismert jelenség lép fel. Emiatt a lítium atomok nem interkalálódnak az anód belsejében. Ennek eredményeként az elektródák felületén inert lítium fém (amely nem tud elektromosságot termelni).

Az EV-akkumulátorok megértése

A leromlási mechanizmusok fentebb felsorolt ​​listáját tekintve nyilvánvaló, hogy a gyorstöltés mindenképpen csökkenti az elektromos járművek élettartamát. Ennek ellenére az elektromos járművek akkumulátorait úgy tervezték, hogy megakadályozzák az akkumulátor károsodását. Ezért, mielőtt arra a következtetésre jutnánk, hogy a gyorstöltés rossz az elektromos járművek számára, nézzük meg, hogyan tervezték az akkumulátorokat a leromlás ellen.

Az elektromos járművek akkumulátorai több lítium-ion cellát tartalmaznak, amelyek csatlakoztatva vannak modulok létrehozásához. A csomag és annak létrehozásához több modul csatlakoztatva van az akkumulátor állapotát az akkumulátorkezelő rendszer kezeli, más néven BMS.

A BMS alapvetően egy számítógép, amely több érzékelőhöz kapcsolódik, amelyek az egyes cellák feszültségét, áramát és hőmérsékletét figyelik. Ezután elemzi ezeket az adatokat, hogy biztosítsa az egyes cellák optimális működését.

Ha az akkumulátorcsomag cellái túl melegek, a BMS növeli a hűtést, hogy csökkentse a csomag teljes hőmérsékletét. Ha az egyenáramú gyorstöltés során magas cellafeszültséget vagy áramot észlel, mindkét paramétert szabályozni fogja, hogy megelőzze az akkumulátor károsodását.

A BMS tehát az az elektromos járművek alkatrésze, amelynek a legnagyobb szerepe van az akkumulátor leromlásának csökkentésében.

Mennyi kárt okoz a gyorstöltés az elektromos autó akkumulátorában?

Nézzünk meg néhány tanulmányt, amelyek megmutatják, mekkora károkon mennek keresztül a járművek a gyorstöltés miatt. Négy 2012-es Nissan Leaf elektromos járművet vezetett az arizonai Phoenixben a Idaho Nemzeti Laboratórium. Két jármű töltése egyenáramú gyorstöltéssel, míg a másik kettő 2-es AC szintű töltéssel történt, a következő eredményekkel:

1. Mindkét járműcsoport kapacitástesztjét 50 000 mérföld megtétele után végezték el, és a kapacitáskülönbséget a gyorstöltéssel töltött járművek és a 2-es szintű váltakozó áramú töltés közötti veszteség 3 és 9 között van százalék.

2. A gyorstöltéssel feltöltött járművek állandó, 45 mérföld/órás sebességgel 70 mérföldes hatótávolságot kínálnak, míg a 2-es váltóáramú töltéssel 82 mérföldet.

3. A teszt kezdetén az egyenáramú gyorstöltéssel feltöltött járművek 102 mérföldes hatótávolságot tudtak megtenni állandó 45 mérföld/órás sebességgel. 63 000 mérföldes tesztelés után ugyanaz a jármű 58 mérföldes hatótávolságot kínált. 43 százalékos tartománycsökkenést mutat. A váltóáramú gyorstöltéssel feltöltött jármű 104 mérföldes hatótávolságot kínált, amely a tesztek befejezése után 64 mérföldre csökkent. 38 százalékos tartományromláson megy keresztül.

Az akkumulátor lemerülése a töltési módtól függetlenül megtörténik, de a gyorstöltésű járművekben fokozott; a különbség körülbelül 5 százalék.

A gyorstöltés következményei lítium-ion akkumulátorban

A fentitől eltérő kísérletben két Nissan Leaf akkumulátort tesztelt laboratóriumi körülmények között a Idaho Nemzeti Laboratórium. Az egyik egyenáramú gyorstöltés volt, míg a másik csak AC töltést kapott. Ennek a tesztnek az volt a célja, hogy megnézze, mi történik az egész csomaggal, nem az egyes cellákkal, mint az előző kísérletben.

1. A váltóáramú töltéssel feltöltött csomag kapacitása 23,1 százalékos volt 780 töltési-kisütési ciklus után. A csak gyorsan feltöltött csomag kapacitása 28,1 százalékkal csökkent.

2. Erős összefüggést találtunk a kapacitás és a hőmérséklet között, amikor a csomagkapacitást összehasonlítottuk a cella kapacitásával különböző hőmérsékleteken: kapacitás a fade magasabb volt a magasabb hőmérsékleten tesztelt cellákban, és alacsonyabb volt, ha a cellák 20 fokos környezeti hőmérsékleten voltak. Celsius).

Ez szoros összefüggést mutat az akkumulátorcsomag leromlása és a hőmérséklet között, ami arra utal, hogy a gyors töltés nem olyan jelentős tényező az akkumulátor leromlásához.

Mit árul el a 6000 EV-akkumulátor az elektromos járművek akkumulátorának állapotáról?

Egy másik tanulmányban a Geotab, egy flottakezelő cég 6000 elektromos jármű akkumulátorának állapotára vonatkozó adatokat gyűjtött össze, és arra a következtetésre jutott, hogy a gyorstöltés megnövelte az akkumulátor leromlásának sebességét. Ez a tanulmány, csakúgy, mint sok más, kimutatta, hogy a gyorstöltés növelte a lítium-ion sebességét Az akkumulátor lemerül a járművében, és kiemelte a BMS létfontosságú szerepét a romlás alacsony szinten tartásában lehetséges.

Az egyenáramú gyorstöltés káros az elektromos járművére?

Az elektromos autó akkumulátora az idő múlásával veszít a kapacitásából. Ennek ellenére a leromlás sebessége több tényezőtől függ, és a gyors töltés minden bizonnyal az egyik olyan tényező, amely felgyorsíthatja ezt.

Egy másik dolog, amit meg kell jegyezni, hogy a gyorstöltés mértékkel történő használata nem csökkenti a hatótávolságot bőségesen akkumulátorral rendelkezik, és hosszú utakon is használhatja, hogy csökkentse a feltöltéséhez szükséges időt jármű.