Действительно ли быстрая зарядка постоянным током снижает емкость аккумулятора вашего электромобиля?

Быстрая зарядка вашего электромобиля звучит великолепно, поскольку быстрое зарядное устройство мощностью 350 киловатт может довести электромобиль с большой батареей, такой как Lucid Air Pure, до 80-процентного уровня заряда за 15 минут. Хотя это не так быстро, как заправка традиционного бензинового автомобиля, быстрая зарядка постоянного тока сокращает время, необходимое для заправки электромобиля.

Но достигается ли удобство зарядки электромобиля ценой деградации аккумулятора? Что ж, давайте узнаем.

Что такое быстрая зарядка постоянным током и как она работает?

Чтобы лучше понять срок службы батареи электромобиля, важно знать, что такое быстрая зарядка и как она работает. Вообще говоря, аккумулятор электромобиля можно пополнить с помощью трех различных методологий, называемых Зарядка уровня 1, уровня 2 и уровня 3. Первые два типа основаны на переменном токе (AC), в то время как зарядка уровня 3, также известная как быстрая зарядка постоянным током, требует постоянного тока.

Важным отличием здесь является то, что зарядные устройства Уровня 1 и Уровня 2 используют бортовое зарядное устройство автомобиля для преобразовывать ток из переменного в постоянный, так как литий-ионный аккумулятор вашего автомобиля не может принимать переменный ток напрямую.

Однако, когда дело доходит до быстрых зарядных устройств уровня 3, они могут просто перекачивать заряд непосредственно в аккумулятор без необходимости встроенного зарядного устройства. Это позволяет зарядке постоянным током подавать огромное количество тока и напряжения на аккумуляторную батарею, не ограничиваясь возможностями бортового зарядного устройства автомобиля.

Почему литий-ионные аккумуляторы со временем теряют емкость?

Литий-ионные аккумуляторы преобразуют химическую энергию в электрическую, и, гипотетически, эта реакция должна идти вечно. Однако все мы знаем, что литий-ионные батареи не вечны. Но какова точная причина этой деградации?

Ну, внутри литий-ионного элемента происходит несколько химических реакций, когда он заряжается или разряжается. Некоторые реакции направлены на выработку электроэнергии, в то время как другие потребляют ионы лития, которые уменьшают емкость батареи. Другими словами, с каждым циклом зарядки-разрядки литий-ионная батарея электромобиля теряет часть емкости; это действительно происходит и не подпадает под категорию Мифы о зарядке электромобилей.

Тем не менее, важно понимать, что эти реакции происходят с разной скоростью в зависимости от нескольких условий окружающей среды, и есть шаги, которые вы можете предпринять, чтобы продлить срок службы батареи.

Поэтому большинство производителей батарей указывают диапазон температур, при которых батареи работают лучше всего. Этот диапазон меняется в зависимости от химического состава батареи, но в большинстве случаев он составляет от -4 до 140 градусов по Фаренгейту для разрядки и от 0 до 45 градусов по Фаренгейту для зарядки.

Этот рабочий диапазон показывает, что аккумуляторы можно заряжать в более низком диапазоне температур и заряжать их в экстремальных условиях, как в холодную, так и в холодную погоду. и горячей, могут вызвать проблемы, поскольку эти условия увеличивают скорость, с которой происходят нежелательные реакции, потребляя ионы лития и уменьшая емкость.

Что происходит при быстрой зарядке литий-ионных аккумуляторов?

Теперь, когда мы знаем, почему емкость литий-ионного аккумулятора снижается, мы можем попытаться понять, что происходит внутри аккумулятора при быстрой зарядке.

1. Повреждение электродов батареи из-за сильного тока и напряжения

Быстрая зарядка использует ток высокого напряжения для зарядки аккумулятора. Ионы лития отрываются от катода с большей силой и перемещаются к аноду при зарядке. Это вызывает трещины в катоде, а также образование дендритов на электродах. Из-за этих трещин и наростов дендритов емкость литий-ионных элементов снижается, а также они увеличивают сопротивление батареи.

2. Высокотемпературная деградация

Внутреннее сопротивление батареи увеличивается при быстрой зарядке. Из-за этого увеличения сопротивления и высокого входного тока во время быстрой зарядки внутри аккумуляторов выделяется чрезмерное тепло. Эта высокая температура снижает емкость литий-ионных аккумуляторов.

3. Низкотемпературное литиевое покрытие

Когда литий-ионный аккумулятор быстро заряжается с использованием высоких токов при низких температурах, на аноде возникает явление, известное как литиевое покрытие. Благодаря этому атомы лития не внедряются внутрь анода. Это приводит к тому, что на поверхности электродов остается инертный металлический литий (который не может генерировать электричество).

Понимание аккумуляторных батарей для электромобилей

Глядя на приведенный выше список механизмов деградации, становится очевидным, что быстрая зарядка неизбежно сокращает срок службы электромобиля. Тем не менее, аккумуляторные батареи для электромобилей спроектированы таким образом, чтобы предотвратить повреждение батареи. Поэтому, прежде чем мы придем к выводу, что быстрая зарядка вредна для электромобилей, давайте разберемся, как их аккумуляторные блоки предназначены для противодействия деградации.

Аккумуляторы электромобилей состоят из нескольких литий-ионных элементов, которые соединены в модули. Несколько модулей соединяются для создания пакета, и его состояние батареи контролируется системой управления батареями, также известный как BMS.

BMS — это, по сути, компьютер, подключенный к нескольким датчикам, которые контролируют напряжение, ток и температуру отдельных ячеек. Затем он анализирует эти данные, чтобы убедиться, что каждая ячейка работает оптимально.

Если элементы внутри аккумуляторной батареи слишком горячие, BMS усилит охлаждение, чтобы снизить общую температуру аккумуляторной батареи. Если он обнаружит высокое напряжение или ток элемента во время быстрой зарядки постоянным током, он отрегулирует оба параметра, чтобы предотвратить повреждение аккумулятора.

Таким образом, BMS является той частью электромобиля, которая играет наибольшую роль в снижении износа батареи.

Какой вред наносит быстрая зарядка аккумулятору вашего электромобиля?

Давайте посмотрим на некоторые исследования, которые показывают, сколько повреждений транспортные средства получают из-за быстрой зарядки. Четыре электромобиля Nissan Leaf 2012 года проехали в Фениксе, штат Аризона. Национальная лаборатория Айдахо. Два автомобиля были заряжены с помощью быстрой зарядки постоянного тока, а два других были заряжены с помощью зарядки переменного тока уровня 2 со следующими результатами:

1. Тесты емкости для обоих комплектов транспортных средств были проведены после пробега 50 000 миль, и разница в емкости потери между транспортными средствами, заряженными с помощью быстрой зарядки и зарядки переменного тока уровня 2, оказались в диапазоне от 3 до 9. процент.

2. Транспортные средства, заряженные с помощью быстрой зарядки при движении с постоянной скоростью 45 миль в час, могут проехать 70 миль, в то время как автомобили, заряженные с использованием переменного тока уровня 2, обеспечивают 82 мили.

3. В начале испытаний автомобили, заряженные с помощью быстрой зарядки постоянного тока, могли проехать 102 мили при постоянной скорости 45 миль в час. После прохождения 63 000 миль испытаний тот же автомобиль проехал 58 миль. Показывая 43-процентное уменьшение диапазона. Автомобиль, заряженный с помощью быстрой зарядки переменного тока, имел запас хода 104 мили, который после завершения испытаний сократился до 64 миль. Проходя через деградацию диапазона 38 процентов.

Деградация батареи происходит независимо от метода зарядки, но она увеличивается в автомобилях с быстрой зарядкой; разница составляет около 5 процентов.

Последствия быстрой зарядки литий-ионных аккумуляторов

В отдельном эксперименте два аккумуляторных блока Nissan Leaf были протестированы в лабораторных условиях. Национальная лаборатория Айдахо. Один заряжался постоянным током, а другой заряжался только переменным током. Цель этого теста состояла в том, чтобы увидеть, что происходит со всей пачкой, а не с каждой клеткой, как в предыдущем эксперименте.

1. Аккумулятор, заряжаемый от сети переменного тока, потерял 23,1% емкости после завершения 780 циклов зарядки-разрядки. Аккумулятор, который был только быстро заряжен, показал снижение емкости на 28,1 процента.

2. Сильная корреляция между емкостью и температурой была обнаружена при сравнении емкости упаковки с емкостью элемента при различных температурах: емкость выцветание было выше в ячейках, испытанных при более высоких температурах, и было ниже, когда ячейки находились при температуре окружающей среды 68 градусов по Фаренгейту (20 градусов по Фаренгейту). Цельсия).

Это показывает сильную корреляцию между деградацией аккумуляторной батареи и температурой, предполагая, что быстрая зарядка не является столь значительным фактором деградации батареи.

Что 6000 аккумуляторов электромобилей говорят нам о состоянии аккумуляторов электромобилей

В другом исследовании Geotab, компания по управлению автопарком, собрала данные о состоянии аккумуляторов 6000 электромобилей и пришла к выводу, что быстрая зарядка увеличивает скорость износа аккумулятора. Это исследование, как и многие другие, показало, что быстрая зарядка увеличивает скорость, с которой литий-ион батарея в вашем автомобиле ухудшается, и подчеркивается жизненно важная роль BMS в поддержании деградации на минимальном уровне. возможный.

Быстрая зарядка постоянным током вредна для вашего электромобиля?

Аккумулятор вашего электромобиля со временем теряет емкость. Тем не менее, скорость, с которой происходит это ухудшение, зависит от нескольких факторов, и быстрая зарядка, безусловно, является одним из факторов, который может ускорить это.

Еще одна вещь, которую следует отметить, это то, что использование быстрой зарядки в умеренных количествах не уменьшит радиус действия вашего аккумулятор, и вы можете использовать его в дальних поездках, чтобы сократить время, необходимое для зарядки аккумулятора. транспортное средство.