Vai līdzstrāvas ātrā uzlāde patiešām samazina jūsu EV akumulatora jaudu?

EV ātra uzlāde izklausās lieliski, jo 350 kilovatu ātrā lādētājs 15 minūtēs var uzlādēt lielu elektrības akumulatoru, piemēram, Lucid Air Pure, līdz 80 procentiem. Lai gan tas nav tik ātri kā tradicionāla benzīna transportlīdzekļa uzpilde, līdzstrāvas ātrā uzlāde samazina laiku, kas nepieciešams elektriskā transportlīdzekļa uzpildīšanai.

Bet vai elektriskā transportlīdzekļa uzlādes ērtība ir saistīta ar akumulatora noārdīšanos? Nu, noskaidrosim.

Kas ir līdzstrāvas ātrā uzlāde un kā tā darbojas?

Lai labāk izprastu EV akumulatora ilgmūžību, ir svarīgi zināt, kas ir ātrā uzlāde un kā tā darbojas. Vispārīgi runājot, elektriskā transportlīdzekļa akumulatoru var papildināt, izmantojot trīs dažādas metodes 1., 2. un 3. līmeņa uzlāde. Pirmie divi veidi ir balstīti uz maiņstrāvu (AC), savukārt 3. līmeņa uzlādei, kas pazīstama arī kā līdzstrāvas ātra uzlāde, nepieciešama līdzstrāva.

Svarīga atšķirība šeit ir tāda, ka 1. un 2. līmeņa lādētāji izmanto transportlīdzekļa iebūvēto lādētāju, lai pārveidot strāvu no maiņstrāvas uz līdzstrāvu, jo jūsu transportlīdzekļa litija jonu akumulators nevar uzņemt maiņstrāvu tieši.

Tomēr, runājot par 3. līmeņa ātrajiem lādētājiem, tie var vienkārši sūknēt sulu tieši akumulatorā, neizmantojot iebūvēto lādētāju. Tas ļauj līdzstrāvas uzlādei nospiest milzīgu strāvas un sprieguma daudzumu uz akumulatoru, to neierobežojot transportlīdzekļa iebūvētā lādētāja iespējas.

Kāpēc litija jonu akumulatori laika gaitā zaudē kapacitāti?

Litija jonu akumulatori ķīmisko enerģiju pārvērš elektriskajā enerģijā, un hipotētiski šai reakcijai vajadzētu turpināties mūžīgi. Tomēr mēs visi zinām, ka litija jonu akumulatori nedarbojas mūžīgi. Bet kāds ir šīs degradācijas precīzs iemesls?

Litija jonu elementā, kad tas tiek uzlādēts vai izlādējies, notiek vairākas ķīmiskas reakcijas. Dažas reakcijas darbojas, lai radītu elektroenerģiju, savukārt citas patērē litija jonus, kas samazina akumulatora jaudu. Citiem vārdiem sakot, ar katru uzlādes-izlādes ciklu EV litija jonu akumulators zaudēs daļu jaudas; tas patiesībā notiek un neietilpst kategorijā EV uzlādes mīti.

Tomēr ir svarīgi saprast, ka šīs reakcijas notiek dažādos ātrumos, pamatojoties uz vairākiem vides apstākļiem, un ir dažas darbības, kuras varat veikt, lai akumulators kalpotu ilgāk.

Tāpēc lielākā daļa akumulatoru ražotāju nodrošina temperatūras diapazonu, kurā baterijas darbojas vislabāk. Šis diapazons mainās atkarībā no akumulatora ķīmiskās īpašības, taču vairumā gadījumu tas ir no -4 līdz 140 grādiem pēc Fārenheita izlādei un no 0 līdz 45 grādiem pēc Fārenheita lādēšanai.

Šis darbības diapazons parāda, ka akumulatorus var uzlādēt zemākā temperatūras diapazonā un uzlādēt ekstremālos apstākļos, gan aukstā un karsts, var radīt problēmas, jo šie apstākļi palielina nevēlamu reakciju rašanās ātrumu, patērējot litija jonus un samazinot jaudu.

Kas notiek, ātri uzlādējot litija jonu akumulatorus?

Tagad, kad mēs zinām, kāpēc litija jonu akumulatora jauda samazinās, mēs varam mēģināt saprast, kas notiek akumulatorā, kad tas tiek ātri uzlādēts.

1. Akumulatora elektrodu bojājumi lielas strāvas un sprieguma dēļ

Ātrā uzlāde akumulatora uzlādēšanai izmanto augstsprieguma strāvu. Litija joni tiek izvilkti no katoda ar lielāku spēku un, uzlādējot, tiek pārvietoti uz anodu. Tas izraisa plaisas katodā un arī rada dendrītus uz elektrodiem. Šo plaisu un dendrīta uzkrāšanās dēļ litija jonu elementu kapacitāte samazinās, un tie arī palielina akumulatora pretestību.

2. Degradācija augstā temperatūrā

Akumulatora iekšējā pretestība palielinās, kad tas tiek ātri uzlādēts. Sakarā ar šo pretestības palielināšanos un lielo strāvas padevi ātrās uzlādes laikā akumulatoru iekšpusē rodas pārmērīgs karstums. Šī augstā temperatūra samazina litija jonu akumulatoru kapacitāti.

3. Zemas temperatūras litija pārklājums

Kad litija jonu akumulators tiek ātri uzlādēts, izmantojot lielu strāvu zemā temperatūrā, pie anoda notiek parādība, kas pazīstama kā litija pārklājums. Sakarā ar to litija atomi neinterkalējas anoda iekšpusē. Tā rezultātā uz elektrodu virsmas parādās inerts litija metāls (kas nevar radīt elektrību).

Izpratne par EV akumulatoriem

Aplūkojot iepriekš sniegto degradācijas mehānismu sarakstu, ir skaidrs, ka ātra uzlāde noteikti samazina elektriskā transportlīdzekļa kalpošanas laiku. Tas nozīmē, ka EV akumulatoru komplekti ir paredzēti, lai novērstu akumulatora bojājumus. Tāpēc, pirms secinām, ka ātra uzlāde ir kaitīga elektriskajiem transportlīdzekļiem, sapratīsim, kā to akumulatoru komplekti ir paredzēti, lai novērstu degradāciju.

EV akumulatoru komplekti sastāv no vairākiem litija jonu elementiem, kas ir savienoti, lai izveidotu moduļus. Vairāki moduļi ir savienoti, lai izveidotu pakotni un to akumulatora stāvokli pārvalda akumulatora pārvaldības sistēma, kas pazīstams arī kā BMS.

BMS būtībā ir dators, kas savienots ar vairākiem sensoriem, kas uzrauga atsevišķu elementu spriegumu, strāvu un temperatūru. Pēc tam tā analizē šos datus, lai nodrošinātu, ka katra šūna darbojas optimāli.

Ja baterijas elementi ir pārāk karsti, BMS paaugstinās dzesēšanu, lai samazinātu kopējo komplekta temperatūru. Ja tas konstatē augstu elementa spriegumu vai strāvu līdzstrāvas ātrās uzlādes laikā, tas regulēs abus parametrus, lai novērstu akumulatora bojājumus.

Tāpēc BMS ir tā EV daļa, kurai ir vislielākā loma akumulatora noārdīšanās samazināšanā.

Cik lielu bojājumu ātrā uzlāde nodara jūsu EV akumulatoram?

Apskatīsim dažus pētījumus, kas parāda, cik lielus bojājumus transportlīdzekļi nodara ātrās uzlādes dēļ. Četrus 2012. gada Nissan Leaf elektriskos transportlīdzekļus Fīniksā, Arizonā, vadīja Aidaho Nacionālā laboratorija. Divi transportlīdzekļi tika uzlādēti, izmantojot līdzstrāvas ātro uzlādi, bet pārējie divi tika uzlādēti, izmantojot 2. līmeņa maiņstrāvas uzlādi, ar šādiem rezultātiem:

1. Jaudas testi abiem transportlīdzekļu komplektiem tika veikti pēc 50 000 jūdžu nobraukšanas un jaudas atšķirības tika konstatēts, ka zudumi starp transportlīdzekļiem, kas uzlādēti, izmantojot ātro uzlādi, un 2. maiņstrāvas līmeņa uzlādi, ir robežās no 3 līdz 9 procentiem.

2. Automašīnas, kas tiek uzlādētas, izmantojot ātro uzlādi, braucot ar nemainīgu ātrumu 45 jūdzes stundā, varētu piedāvāt 70 jūdzes, savukārt transportlīdzekļi, kas uzlādēti, izmantojot 2. līmeni, nodrošināja 82 jūdzes.

3. Testa sākumā transportlīdzekļi, kas uzlādēti, izmantojot līdzstrāvas ātro uzlādi, varēja piedāvāt 102 jūdzes, braucot ar nemainīgu ātrumu 45 jūdzes stundā. Pēc 63 000 jūdžu pārbaudes tas pats transportlīdzeklis piedāvāja 58 jūdzes. Rāda diapazona samazinājumu par 43 procentiem. Transportlīdzeklis, kas uzlādēts, izmantojot maiņstrāvas ātro uzlādi, piedāvāja 104 jūdžu nobraukumu, kas pēc testu pabeigšanas tika samazināts līdz 64 jūdzēm. Iziet cauri diapazona degradācijai par 38 procentiem.

Akumulatora degradācija notiek neatkarīgi no uzlādes metodes, bet tā ir palielināta transportlīdzekļos, kas tiek uzlādēti ātri; atšķirība ir aptuveni 5 procenti.

Litija jonu akumulatora ātras uzlādes sekas

Atsevišķā eksperimentā no iepriekš minētā divi Nissan Leaf akumulatoru komplekti tika pārbaudīti laboratorijas apstākļos. Aidaho Nacionālā laboratorija. Viens bija ātri uzlādēts līdzstrāvas lādēšanai, bet otrs saņēma tikai maiņstrāvas uzlādi. Šī testa mērķis bija redzēt, kas notiek ar visu iepakojumu, nevis ar katru šūnu, tāpat kā iepriekšējā eksperimentā.

1. Ar maiņstrāvas uzlādi uzlādētā iepakojuma jaudas samazināšanās bija 23,1 procents pēc 780 uzlādes-izlādes ciklu pabeigšanas. Iepakojumam, kas bija tikai ātri uzlādēts, jauda samazinājās par 28,1%.

2. Spēcīga korelācija starp ietilpību un temperatūru tika konstatēta, kad iepakojuma ietilpība tika salīdzināta ar šūnas jaudu dažādās temperatūrās: kapacitāte izbalēšana bija augstāka šūnās, kas tika pārbaudītas augstākā temperatūrā, un bija mazāka, kad šūnas bija 68 grādi pēc Fārenheita (20 grādi). Celsija).

Tas parāda spēcīgu korelāciju starp akumulatora noārdīšanos un temperatūru, kas liecina, ka ātra uzlāde nav tik nozīmīgs akumulatora noārdīšanās faktors.

Ko 6000 EV akumulatoru stāsta par EV bateriju stāvokli

Citā pētījumā Geotab, autoparku pārvaldības uzņēmums, apkopoja datus par akumulatoru stāvokli no 6000 EV un secināja, ka ātra uzlāde palielina akumulatora noārdīšanās ātrumu. Šis pētījums, tāpat kā daudzi citi, parādīja, ka ātra uzlāde palielināja litija jonu ātrumu Jūsu transportlīdzekļa akumulators pasliktinās, un uzsvēra BMS svarīgo lomu, lai samazinātu noārdīšanos iespējams.

Vai līdzstrāvas ātrā uzlāde ir kaitīga jūsu elektromobilim?

Laika gaitā jūsu EV akumulators zaudēs ietilpību. Tomēr ātrums, kādā notiek šī degradācija, ir atkarīgs no vairākiem faktoriem, un ātra uzlāde noteikti ir viens no faktoriem, kas to var paātrināt.

Vēl viena lieta, kas jāņem vērā, ir tāda, ka ātrās uzlādes izmantošana mērenībā nesamazinās jūsu ierīces darbības rādiusu akumulators ir daudz, un varat to izmantot garos ceļojumos, lai samazinātu laiku, kas nepieciešams akumulatora uzlādēšanai transportlīdzeklis.