Наистина ли бързото зареждане с постоянен ток намалява капацитета на батерията на вашето EV?

Бързото зареждане на вашия EV звучи страхотно, тъй като 350-киловатово бързо зарядно устройство може да изведе EV с голяма батерия като Lucid Air Pure до 80 процента състояние на заряд за 15 минути. Въпреки че не е толкова бързо, колкото зареждането на традиционен бензинов автомобил, бързото зареждане с постоянен ток намалява времето, необходимо за зареждане на електрически автомобил.

Но дали удобството на зареждането на електрическо превозно средство идва с цената на разграждането на батерията? Е, нека разберем.

Какво представлява бързото зареждане с постоянен ток и как работи?

За да разберете по-добре дълготрайността на батерията на EV, е важно да знаете какво е бързо зареждане и как работи. Най-общо казано, батерията на електрическо превозно средство може да бъде заредена с помощта на три различни методологии, наречени Зареждане от ниво 1, ниво 2 и ниво 3

. Първите два типа разчитат на променлив ток (AC), докато зареждането от ниво 3, известно още като бързо зареждане с постоянен ток, изисква постоянен ток.

Важната разлика тук е, че зарядните устройства от ниво 1 и ниво 2 използват бордовото зарядно устройство на автомобила, за преобразувайте тока от AC в DC, тъй като литиево-йонната батерия на вашия автомобил не може да поеме променлив ток директно.

Когато става въпрос за бързи зарядни устройства от ниво 3 обаче, те могат просто да изпомпват сок директно в батерията, без да е необходимо вграденото зарядно устройство. Това позволява зареждането с постоянен ток да предаде огромни количества ток и напрежение към батерията, без да бъде ограничено от възможностите на бордовото зарядно устройство на автомобила.

Защо литиево-йонните батерии губят капацитет с течение на времето?

Литиево-йонните батерии преобразуват химическата енергия в електрическа и хипотетично тази реакция трябва да продължи вечно. Всички обаче знаем, че литиево-йонните батерии не издържат вечно. Но каква е точната причина за тази деградация?

Е, няколко химични реакции протичат вътре в литиево-йонна клетка, когато тя се зарежда или разрежда. Някои реакции работят за генериране на електричество, докато други консумират литиеви йони, които намаляват капацитета на батерията. С други думи, с всеки цикъл на зареждане-разреждане, литиево-йонната батерия на EV ще загуби част от капацитета си; това действително се случва и не попада в категорията на Митове за зареждането на EV.

Въпреки това е важно да разберете, че тези реакции протичат с различна скорост въз основа на няколко условия на околната среда и има стъпки, които можете да предприемете, за да накарате батерията да издържи по-дълго.

Поради това повечето производители на батерии предоставят диапазон от температури, при които батериите работят най-добре. Този диапазон се променя в зависимост от химията на батерията, но в повечето случаи е между -4 и 140 градуса по Фаренхайт за разреждане и между 0 и 45 градуса по Фаренхайт за зареждане.

Този работен диапазон показва, че батериите могат да се зареждат в по-нисък диапазон от температури и зареждането им при екстремни условия, както студени и горещи, могат да причинят проблеми, тъй като тези условия увеличават скоростта, с която възникват нежелани реакции, консумирайки литиеви йони и намалявайки капацитет.

Какво се случва при бързо зареждане на литиево-йонни батерии?

Сега, когато знаем защо капацитетът на литиево-йонната батерия намалява, можем да се опитаме да разберем какво се случва вътре в батерията, когато се зарежда бързо.

1. Повреда на електродите на батерията поради висок ток и напрежение

Бързото зареждане използва ток с високо напрежение за зареждане на батерията. Литиевите йони се изтеглят от катода с по-голяма сила и се преместват към анода, когато се зареждат. Това причинява пукнатини в катода и генерира дендрити върху електродите. Поради тези пукнатини и натрупване на дендрити, капацитетът на литиево-йонните клетки намалява и те също така увеличават устойчивостта на батерията.

2. Разграждане при висока температура

Вътрешното съпротивление на батерията се увеличава, когато се зарежда бързо. Поради това увеличение на съпротивлението и високия входен ток по време на бързо зареждане, вътре в батериите се генерира прекомерна топлина. Тази висока температура намалява капацитета на литиево-йонните батерии.

3. Нискотемпературно литиево покритие

Когато литиево-йонна батерия се зарежда бързо с помощта на високи токове при ниски температури, на анода възниква феномен, известен като литиево покритие. Поради това литиевите атоми не се интеркалират вътре в анода. Това води до инертен литиев метал (който не може да генерира електричество) на повърхността на електродите.

Разбиране на EV батерии

Разглеждайки списъка с механизми за разграждане, даден по-горе, е очевидно, че бързото зареждане трябва да намали живота на електрическото превозно средство. Въпреки това батерийните пакети за EV са проектирани да предотвратят повреда на батерията. Ето защо, преди да заключим, че бързото зареждане е лошо за електрическите превозни средства, нека разберем как техните батерии са проектирани да противодействат на влошаването.

EV батерийните пакети се състоят от няколко литиево-йонни клетки, които са свързани за създаване на модули. Няколко модула са свързани, за да създадат пакета и неговия здравето на батерията се управлява от системата за управление на батерията, известен също като BMS.

BMS е основно компютър, свързан с няколко сензора, които следят напрежението, тока и температурата на отделните клетки. След това анализира тези данни, за да гарантира, че всяка клетка работи оптимално.

Ако клетките в батерията са твърде горещи, BMS ще увеличи охлаждането, за да намали общата температура на батерията. Ако открие високо напрежение или ток на клетката по време на бързо зареждане с постоянен ток, той ще регулира и двата параметъра, за да предотврати повреда на батерията.

Следователно BMS е EV частта, която има най-голяма роля за намаляване на разграждането на батерията.

Колко щети нанася бързото зареждане на батерията на вашето EV?

Нека да разгледаме някои проучвания, които показват колко щети претърпяват превозните средства поради бързото зареждане. Четири електрически превозни средства Nissan Leaf от 2012 г. бяха шофирани във Финикс, Аризона от Национална лаборатория на Айдахо. Две превозни средства бяха заредени с помощта на бързо зареждане с постоянен ток, докато другите две бяха заредени с помощта на зареждане с AC ниво 2, със следните резултати:

1. Тестовете за капацитет и за двата комплекта превозни средства бяха направени след изминаване на 50 000 мили и разликата в капацитета загубата между превозни средства, заредени чрез бързо зареждане и зареждане AC ниво 2, беше установено, че е в диапазона от 3 до 9 процента.

2. Превозните средства, заредени с помощта на бързо зареждане, когато се движат с постоянна скорост от 45 mph, могат да предложат обхват от 70 мили, докато тези, заредени с AC Level 2, осигуряват 82 мили.

3. В началото на теста превозните средства, заредени чрез бързо зареждане с постоянен ток, можеха да предложат обхват от 102 мили, когато се карат с постоянна скорост от 45 мили в час. След завършване на 63 000 мили тестове, същото превозно средство предлага пробег от 58 мили. Показване на 43 процента намаление в обхвата. Превозното средство, заредено чрез AC бързо зареждане, предлага обхват от 104 мили, който е намален до 64 мили след завършване на тестовете. Преминава през влошаване на обхвата от 38 процента.

Влошаването на батерията възниква независимо от метода на зареждане, но се увеличава при превозни средства, които се зареждат бързо; разликата е около 5 процента.

Последиците от бързото зареждане на литиево-йонната батерия

В отделен експеримент от горния, две батерии Nissan Leaf бяха тествани в лабораторни условия от Национална лаборатория на Айдахо. Единият беше с бързо зареждане с постоянен ток, докато другият имаше само зареждане с променлив ток. Целта на този тест беше да се види какво се случва с целия пакет, за разлика от всяка клетка, както в предишния експеримент.

1. Пакетът, зареден чрез AC зареждане, имаше намаляване на капацитета от 23,1 процента след завършване на 780 цикъла на зареждане-разреждане. Капацитетът, който се зареждаше само бързо, отбеляза спад на капацитета от 28,1 процента.

2. Установена е силна корелация между капацитета и температурата, когато капацитетът на пакета е сравнен с капацитета на клетката при различни температури: капацитет избледняването е по-високо в клетките, тествани при по-високи температури, и е по-ниско, когато клетките са били при околна температура от 68 градуса по Фаренхайт (20 градуса Целзий).

Това показва силна връзка между влошаването на батерията и температурата, което предполага, че бързото зареждане не е толкова важен фактор за влошаване на батерията.

Какво ни казват 6000 EV батерии за здравето на EV батериите

В друго проучване Geotab, компания за управление на автопаркове, събра данни за здравето на батерията от 6000 електромобила и заключи, че бързото зареждане увеличава скоростта, с която батерията се разгражда. Това проучване, подобно на много други, показа, че бързото зареждане увеличава скоростта, с която литиево-йонните батерията във вашето превозно средство се разгражда и подчертава жизненоважната роля на BMS за поддържане на влошаването толкова ниско, колкото възможен.

Лошо ли е бързото зареждане с постоянен ток за вашето електрическо превозно средство?

Батерийният пакет на вашето EV със сигурност ще загуби капацитет с течение на времето. Въпреки това, скоростта, с която се случва това влошаване, зависи от няколко фактора и бързото зареждане със сигурност е един фактор, който може да ускори това.

Друго нещо, което трябва да се отбележи, е, че използването на бързо зареждане в умерени количества няма да намали обхвата на вашия батерията и можете да я използвате при дълги пътувания, за да намалите времето, необходимо за зареждане на вашата превозно средство.