Ali hitro polnjenje z enosmernim tokom res zmanjša kapaciteto baterije vašega EV?

Hitro polnjenje vašega EV se sliši odlično, saj lahko 350-kilovatni hitri polnilnik popelje EV z veliko baterijo, kot je Lucid Air Pure, do 80-odstotnega stanja napolnjenosti v 15 minutah. Čeprav ni tako hitro kot polnjenje običajnega bencinskega vozila, hitro polnjenje z enosmernim tokom skrajša čas, potreben za polnjenje električnega vozila.

Toda ali je udobje polnjenja električnega vozila povezano s ceno razgradnje baterije? No, poglejmo.

Kaj je hitro polnjenje z enosmernim tokom in kako deluje?

Da bi bolje razumeli življenjsko dobo baterije EV, je pomembno vedeti, kaj je hitro polnjenje in kako deluje. Na splošno je mogoče baterijo električnega vozila napolniti s pomočjo treh različnih metodologij, imenovanih Polnjenje 1. stopnje, 2. stopnje in 3. stopnje. Prvi dve vrsti se zanašata na izmenični tok (AC), medtem ko polnjenje stopnje 3, znano tudi kot hitro polnjenje z enosmernim tokom, zahteva enosmerni tok.

Pomembna razlika pri tem je, da polnilniki stopnje 1 in stopnje 2 uporabljajo vgrajeni polnilnik v vozilu za pretvorite tok iz AC v DC, saj litij-ionska baterija v vašem vozilu ne prenese izmeničnega toka neposredno.

Ko gre za hitre polnilnike stopnje 3, pa lahko samo črpajo sok neposredno v baterijo brez potrebe po vgrajenem polnilniku. To omogoča, da polnjenje z enosmernim tokom potisne ogromne količine toka in napetosti v baterijski paket, ne da bi ga omejile zmogljivosti vgrajenega polnilnika v vozilu.

Zakaj litij-ionske baterije sčasoma izgubijo kapaciteto?

Litij-ionske baterije pretvarjajo kemično energijo v električno in hipotetično naj bi ta reakcija trajala večno. Vendar vsi vemo, da litij-ionske baterije ne trajajo večno. Toda kaj je natančen razlog za to degradacijo?

No, med polnjenjem ali praznjenjem znotraj litij-ionske celice poteka več kemičnih reakcij. Nekatere reakcije delujejo v smeri proizvajanja električne energije, medtem ko druge porabljajo litijeve ione, ki zmanjšujejo kapaciteto baterije. Z drugimi besedami, z vsakim ciklom polnjenja in praznjenja bo litij-ionska baterija EV izgubila nekaj zmogljivosti; to se dejansko zgodi in ne spada v kategorijo Miti o polnjenju električnih vozil.

Kljub temu je pomembno razumeti, da se te reakcije odvijajo z različnimi stopnjami glede na več okoljskih pogojev, in obstajajo koraki, ki jih lahko naredite, da bo baterija trajala dlje.

Zato večina proizvajalcev baterij zagotavlja razpon temperatur, pri katerih baterije najbolje delujejo. Ta razpon se spreminja glede na kemijo baterije, vendar je v večini primerov med -4 in 140 stopinjami Fahrenheita za praznjenje in med 0 in 45 stopinjami Fahrenheita za polnjenje.

To delovno območje kaže, da je baterije mogoče polniti pri nižjih temperaturah in jih polniti v ekstremnih pogojih, tako pri mrzlih in vroče, lahko povzroči težave, saj ti pogoji povečajo hitrost pojava neželenih reakcij, porabo litijevih ionov in zmanjšanje zmogljivost.

Kaj se zgodi pri hitrem polnjenju litij-ionskih baterij?

Zdaj, ko vemo, zakaj se zmogljivost litij-ionske baterije zmanjša, lahko poskušamo razumeti, kaj se dogaja v bateriji, ko se hitro polni.

1. Poškodbe baterijskih elektrod zaradi visokega toka in napetosti

Hitro polnjenje uporablja visokonapetostni tok za polnjenje baterije. Litijevi ioni se potegnejo iz katode z večjo silo in se premaknejo na anodo, ko so napolnjeni. To povzroča razpoke v katodi in ustvarja tudi dendrite na elektrodah. Zaradi teh razpok in kopičenja dendritov se zmanjša kapaciteta litij-ionskih celic, povečajo pa tudi odpornost baterije.

2. Visokotemperaturna razgradnja

Notranji upor baterije se poveča, ko jo hitro polnimo. Zaradi tega povečanja upora in visokega vhodnega toka med hitrim polnjenjem se v baterijah ustvarja prekomerna toplota. Ta visoka temperatura zmanjša kapaciteto litij-ionskih baterij.

3. Nizkotemperaturna litijeva prevleka

Ko se litij-ionska baterija hitro polni z visokimi tokovi pri nizkih temperaturah, se na anodi pojavi pojav, znan kot litijeva plast. Zaradi tega se atomi litija ne interkalirajo v anodo. Posledica tega je inertna kovina litij (ki ne more proizvajati elektrike) na površini elektrod.

Razumevanje baterijskih paketov EV

Če pogledamo zgornji seznam mehanizmov degradacije, je očitno, da bo hitro polnjenje skrajšalo življenjsko dobo električnega vozila. Kljub temu so akumulatorji za električna vozila zasnovani tako, da preprečujejo poškodbe akumulatorja. Zato, preden sklepamo, da je hitro polnjenje slabo za električna vozila, poglejmo, kako so njihovi baterijski sklopi zasnovani za preprečevanje degradacije.

Baterije za električna vozila so sestavljene iz več litij-ionskih celic, ki so povezane v module. Za ustvarjanje paketa je povezanih več modulov in njegov zdravje baterije upravlja sistem za upravljanje baterije, znan tudi kot BMS.

BMS je v bistvu računalnik, povezan z več senzorji, ki spremljajo napetost, tok in temperaturo posamezne celice. Nato te podatke analizira, da zagotovi, da vsaka celica deluje optimalno.

Če so celice v baterijskem paketu prevroče, bo BMS povečal hlajenje, da zmanjša celotno temperaturo paketa. Če med hitrim polnjenjem z enosmernim tokom zazna visoko napetost celice ali tok, bo uravnal oba parametra, da prepreči poškodbe baterije.

BMS je torej del EV, ki ima največjo vlogo pri zmanjševanju razgradnje baterije.

Koliko škode hitro polnjenje naredi bateriji vašega EV?

Poglejmo nekaj študij, ki kažejo, koliko škode utrpijo vozila zaradi hitrega polnjenja. Štiri električna vozila Nissan Leaf letnik 2012 so v Phoenixu v Arizoni vozili Nacionalni laboratorij Idaho. Dve vozili sta bili napolnjeni s hitrim polnjenjem z enosmernim tokom, medtem ko sta bili drugi dve polnjeni s polnjenjem AC stopnje 2, z naslednjimi rezultati:

1. Preizkusi zmogljivosti za oba kompleta vozil so bili opravljeni po prevoženih 50.000 miljah in razlika v zmogljivosti ugotovljeno je bilo, da je izguba med vozili, polnjenimi s hitrim polnjenjem, in polnjenjem AC stopnje 2 v območju od 3 do 9 odstotkov.

2. Vozila, ki se polnijo s hitrim polnjenjem, ko se vozijo s konstantno hitrostjo 45 mph, lahko nudijo doseg 70 milj, medtem ko tista, ki se polnijo z AC Level 2, zagotavljajo 82 milj.

3. Na začetku preizkusa so lahko vozila, polnjena s hitrim polnjenjem z enosmernim tokom, pri vožnji s konstantno hitrostjo 45 mph dosegla 102 milji. Po opravljenih 63.000 milj testiranja je isto vozilo ponujalo doseg 58 milj. Prikazuje 43-odstotno zmanjšanje obsega. Vozilo, polnjeno s hitrim polnjenjem z izmeničnim tokom, je nudilo doseg 104 milj, ki se je po zaključku testov zmanjšal na 64 milj. Gre skozi degradacijo dosega za 38 odstotkov.

Do razgradnje akumulatorja pride ne glede na način polnjenja, vendar se poveča pri vozilih, ki se hitro polnijo; razlika je okoli 5 odstotkov.

Posledice hitrega polnjenja litij-ionske baterije

V poskusu, ločenem od zgornjega, sta dva akumulatorja Nissan Leaf v laboratorijskih pogojih testirala Nacionalni laboratorij Idaho. Eden se je hitro polnil z enosmernim tokom, drugi pa samo z izmeničnim tokom. Cilj tega testa je bil videti, kaj se zgodi s celotnim paketom v nasprotju z vsako celico, kot v prejšnjem poskusu.

1. Paket, napolnjen s polnjenjem z izmeničnim tokom, je imel po opravljenih 780 ciklih polnjenja in praznjenja zmogljivost za 23,1 odstotka. Paket, ki je bil samo hitro polnjen, je opazil zmanjšanje zmogljivosti za 28,1 odstotka.

2. Močna korelacija med zmogljivostjo in temperaturo je bila ugotovljena, ko smo zmogljivost pakiranja primerjali z zmogljivostjo celice pri različnih temperaturah: zmogljivost bledenje je bilo večje v celicah, testiranih pri višjih temperaturah, in nižje, ko so bile celice pri temperaturi okolja 68 stopinj Fahrenheita (20 stopinj Celzija).

To kaže na močno povezavo med degradacijo paketa baterij in temperaturo, kar nakazuje, da hitro polnjenje ni tako pomemben dejavnik za degradacijo baterije.

Kaj nam baterije 6000 EV povedo o zdravju baterij EV

V drugi študiji je Geotab, podjetje za upravljanje voznih parkov, zbralo podatke o stanju baterije 6.000 električnih vozil in ugotovilo, da hitro polnjenje poveča hitrost razgradnje baterije. Ta študija je tako kot mnoge druge pokazala, da je hitro polnjenje povečalo hitrost litij-ionskega baterija v vašem vozilu se poslabša in poudaril ključno vlogo BMS pri ohranjanju nizke razgradnje mogoče.

Je hitro polnjenje z enosmernim tokom slabo za vaše električno vozilo?

Baterija vašega EV bo sčasoma izgubila zmogljivost. Kljub temu je hitrost, s katero pride do te degradacije, odvisna od več dejavnikov in hitro polnjenje je zagotovo eden od dejavnikov, ki lahko to pospeši.

Upoštevati je treba še to, da uporaba hitrega polnjenja v zmernih količinah ne bo zmanjšala vašega dosega baterijo, ki jo lahko uporabljate na dolgih cestnih potovanjih, da skrajšate čas, potreben za polnjenje vozilo.