Η γρήγορη φόρτιση DC μειώνει πραγματικά τη χωρητικότητα της μπαταρίας του ηλεκτρικού σας αυτοκινήτου;

Η γρήγορη φόρτιση του EV σας ακούγεται τέλεια, καθώς ένας γρήγορος φορτιστής 350 κιλοβάτ μπορεί να μεταφέρει ένα EV με μεγάλη μπαταρία όπως ένα Lucid Air Pure σε κατάσταση φόρτισης 80 τοις εκατό σε 15 λεπτά. Αν και δεν είναι τόσο γρήγορη όσο το γέμισμα ενός παραδοσιακού βενζινοκίνητου οχήματος, η γρήγορη φόρτιση DC μειώνει τον χρόνο που χρειάζεται για να γεμίσει ένα ηλεκτρικό όχημα.

Μήπως όμως η ευκολία της φόρτισης ενός ηλεκτρικού οχήματος έχει το κόστος της υποβάθμισης της μπαταρίας; Λοιπόν, ας μάθουμε.

Τι είναι η γρήγορη φόρτιση DC και πώς λειτουργεί;

Για να κατανοήσετε καλύτερα τη μακροζωία της μπαταρίας EV, είναι σημαντικό να γνωρίζετε τι είναι η γρήγορη φόρτιση και πώς λειτουργεί. Σε γενικές γραμμές, η μπαταρία ενός ηλεκτρικού οχήματος μπορεί να αναπληρωθεί χρησιμοποιώντας τρεις διαφορετικές μεθοδολογίες που ονομάζονται Επίπεδο 1, Επίπεδο 2 και Επίπεδο 3 φόρτιση

. Οι δύο πρώτοι τύποι βασίζονται σε εναλλασσόμενο ρεύμα (AC), ενώ η φόρτιση επιπέδου 3, γνωστή και ως γρήγορη φόρτιση DC, απαιτεί συνεχές ρεύμα.

Η σημαντική διαφορά εδώ είναι ότι οι φορτιστές Επιπέδου 1 και Επιπέδου 2 χρησιμοποιούν τον ενσωματωμένο φορτιστή του οχήματος για μετατρέψτε το ρεύμα από AC σε DC, καθώς η μπαταρία ιόντων λιθίου στο όχημά σας δεν μπορεί να πάρει εναλλασσόμενο ρεύμα κατευθείαν.

Ωστόσο, όσον αφορά τους γρήγορους φορτιστές επιπέδου 3, μπορούν απλώς να αντλήσουν χυμό απευθείας στην μπαταρία χωρίς να χρειάζεται ο ενσωματωμένος φορτιστής. Αυτό επιτρέπει στη φόρτιση DC να ωθεί τεράστιες ποσότητες ρεύματος και τάσης στο πακέτο μπαταριών χωρίς να περιορίζεται από τις δυνατότητες του ενσωματωμένου φορτιστή του οχήματος.

Γιατί οι μπαταρίες ιόντων λιθίου χάνουν χωρητικότητα με την πάροδο του χρόνου;

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου μετατρέπουν τη χημική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια και, υποθετικά, αυτή η αντίδραση θα πρέπει να συνεχιστεί για πάντα. Ωστόσο, όλοι γνωρίζουμε ότι οι μπαταρίες ιόντων λιθίου δεν διαρκούν για πάντα. Ποιος είναι όμως ο ακριβής λόγος αυτής της υποβάθμισης;

Λοιπόν, πολλές χημικές αντιδράσεις συμβαίνουν μέσα σε ένα στοιχείο ιόντων λιθίου όταν αυτό φορτίζεται ή εκφορτίζεται. Ορισμένες αντιδράσεις λειτουργούν προς την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, ενώ άλλες καταναλώνουν ιόντα λιθίου που μειώνουν τη χωρητικότητα της μπαταρίας. Με άλλα λόγια, με κάθε κύκλο φόρτισης-εκφόρτισης, η μπαταρία ιόντων λιθίου ενός EV θα χάνει κάποια χωρητικότητα. αυτό συμβαίνει στην πραγματικότητα και δεν εμπίπτει στην κατηγορία των Μύθοι φόρτισης EV.

Τούτου λεχθέντος, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ότι αυτές οι αντιδράσεις συμβαίνουν με διαφορετικούς ρυθμούς με βάση διάφορες περιβαλλοντικές συνθήκες και υπάρχουν βήματα που μπορείτε να ακολουθήσετε για να κάνετε τη μπαταρία να διαρκεί περισσότερο.

Επομένως, οι περισσότεροι κατασκευαστές μπαταριών παρέχουν μια σειρά θερμοκρασιών στις οποίες οι μπαταρίες αποδίδουν καλύτερα. Αυτό το εύρος αλλάζει με βάση τη χημεία της μπαταρίας, αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις κυμαίνεται μεταξύ -4 και 140 βαθμούς Φαρενάιτ για εκφόρτιση και μεταξύ 0 και 45 βαθμούς Φαρενάιτ για φόρτιση.

Αυτό το εύρος λειτουργίας δείχνει ότι οι μπαταρίες μπορούν να φορτιστούν σε χαμηλότερο εύρος θερμοκρασιών και να φορτιστούν σε ακραίες συνθήκες, τόσο κρύες και ζεστό, μπορεί να προκαλέσει προβλήματα καθώς αυτές οι συνθήκες αυξάνουν τον ρυθμό με τον οποίο εμφανίζονται ανεπιθύμητες αντιδράσεις, καταναλώνοντας ιόντα λιθίου και μειώνοντας χωρητικότητα.

Τι συμβαίνει όταν μπαταρίες ιόντων λιθίου γρήγορης φόρτισης;

Τώρα που γνωρίζουμε γιατί μειώνεται η χωρητικότητα μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου, μπορούμε να προσπαθήσουμε να καταλάβουμε τι συμβαίνει μέσα στην μπαταρία όταν φορτίζεται γρήγορα.

1. Βλάβη στα ηλεκτρόδια της μπαταρίας λόγω υψηλού ρεύματος και τάσης

Η γρήγορη φόρτιση χρησιμοποιεί ρεύμα υψηλής τάσης για τη φόρτιση της μπαταρίας. Τα ιόντα λιθίου έλκονται από την κάθοδο με μεγαλύτερη δύναμη και μετακινούνται στην άνοδο όταν φορτιστούν. Αυτό προκαλεί ρωγμές στην κάθοδο και επίσης δημιουργεί δενδρίτες στα ηλεκτρόδια. Λόγω αυτών των ρωγμών και της συσσώρευσης δενδρίτη, η χωρητικότητα των στοιχείων ιόντων λιθίου μειώνεται και αυξάνουν επίσης την αντίσταση της μπαταρίας.

2. Υποβάθμιση υψηλών θερμοκρασιών

Η εσωτερική αντίσταση μιας μπαταρίας αυξάνεται όταν φορτίζεται γρήγορα. Λόγω αυτής της αύξησης της αντίστασης και της υψηλής εισροής ρεύματος κατά τη γρήγορη φόρτιση, δημιουργείται υπερβολική θερμότητα στο εσωτερικό των μπαταριών. Αυτή η υψηλή θερμοκρασία μειώνει τη χωρητικότητα των μπαταριών ιόντων λιθίου.

3. Επιμετάλλωση λιθίου χαμηλής θερμοκρασίας

Όταν μια μπαταρία ιόντων λιθίου φορτίζεται γρήγορα χρησιμοποιώντας υψηλά ρεύματα σε χαμηλές θερμοκρασίες, εμφανίζεται ένα φαινόμενο γνωστό ως επιμετάλλωση λιθίου στην άνοδο. Εξαιτίας αυτού, τα άτομα λιθίου δεν παρεμβάλλονται μέσα στην άνοδο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα αδρανές μέταλλο λιθίου (το οποίο δεν μπορεί να παράγει ηλεκτρισμό) στην επιφάνεια των ηλεκτροδίων.

Κατανόηση των μπαταριών EV

Εξετάζοντας τη λίστα των μηχανισμών υποβάθμισης που δίνεται παραπάνω, είναι προφανές ότι η γρήγορη φόρτιση είναι βέβαιο ότι θα μειώσει τη διάρκεια ζωής ενός ηλεκτρικού οχήματος. Τούτου λεχθέντος, οι μπαταρίες EV έχουν σχεδιαστεί για να αποτρέπουν τη ζημιά της μπαταρίας. Επομένως, προτού καταλήξουμε στο συμπέρασμα ότι η γρήγορη φόρτιση είναι κακή για τα ηλεκτρικά οχήματα, ας καταλάβουμε πώς οι μπαταρίες τους έχουν σχεδιαστεί για την αντιμετώπιση της υποβάθμισης.

Τα πακέτα μπαταριών EV αποτελούνται από πολλές κυψέλες ιόντων λιθίου που συνδέονται για τη δημιουργία μονάδων. Πολλές ενότητες συνδέονται για τη δημιουργία του πακέτου και αυτό Η διαχείριση της υγείας της μπαταρίας γίνεται από το Σύστημα Διαχείρισης Μπαταρίας, γνωστό και ως BMS.

Το BMS είναι βασικά ένας υπολογιστής συνδεδεμένος με πολλούς αισθητήρες που παρακολουθούν την τάση, το ρεύμα και τη θερμοκρασία μεμονωμένης κυψέλης. Στη συνέχεια αναλύει αυτά τα δεδομένα για να διασφαλίσει ότι κάθε κυψέλη λειτουργεί βέλτιστα.

Εάν τα κελιά στο εσωτερικό της μπαταρίας είναι πολύ ζεστά, το BMS θα αυξήσει την ψύξη για να μειώσει τη συνολική θερμοκρασία του πακέτου. Εάν εντοπίσει υψηλή τάση ή ρεύμα κυψέλης κατά τη ταχεία φόρτιση DC, θα ρυθμίσει και τις δύο παραμέτρους για να αποτρέψει τη ζημιά της μπαταρίας.

Το BMS είναι επομένως το εξάρτημα EV που έχει τον μεγαλύτερο ρόλο στη μείωση της υποβάθμισης της μπαταρίας.

Πόση ζημιά προκαλεί η γρήγορη φόρτιση στην μπαταρία του ηλεκτρικού σας αυτοκινήτου;

Ας δούμε μερικές μελέτες που δείχνουν πόσες ζημιές υφίστανται τα οχήματα λόγω της γρήγορης φόρτισης. Τέσσερα ηλεκτρικά οχήματα Nissan Leaf του 2012 οδηγήθηκαν στο Φοίνιξ της Αριζόνα από τον Εθνικό Εργαστήριο του Αϊντάχο. Δύο οχήματα φορτίστηκαν με γρήγορη φόρτιση DC, ενώ τα άλλα δύο φορτίστηκαν με φόρτιση AC επιπέδου 2, με τα ακόλουθα αποτελέσματα:

1. Οι δοκιμές χωρητικότητας και για τα δύο σετ οχημάτων έγιναν αφού κάλυψαν 50.000 μίλια και τη διαφορά χωρητικότητας Η απώλεια μεταξύ οχημάτων που φορτίζονται με ταχεία φόρτιση και φόρτισης AC επιπέδου 2 βρέθηκε να είναι στην περιοχή από 3 έως 9 τοις εκατό.

2. Τα οχήματα που φορτίζονται με γρήγορη φόρτιση όταν οδηγούνται με σταθερή ταχύτητα 45 mph μπορούν να προσφέρουν αυτονομία 70 μιλίων, ενώ αυτά που φορτίζονται με AC Επίπεδο 2 παρέχουν 82 μίλια.

3. Στην αρχή της δοκιμής, τα οχήματα που φορτίζονται με γρήγορη φόρτιση συνεχούς ρεύματος θα μπορούσαν να προσφέρουν αυτονομία 102 μιλίων όταν οδηγούνται με σταθερά 45 mph. Μετά την ολοκλήρωση 63.000 μιλίων δοκιμών, το ίδιο όχημα προσέφερε αυτονομία 58 μιλίων. Εμφανίζει μείωση 43 τοις εκατό στο εύρος. Το όχημα που φορτιζόταν με γρήγορη φόρτιση εναλλασσόμενου ρεύματος προσέφερε αυτονομία 104 μιλίων, η οποία μειώθηκε στα 64 μίλια μετά την ολοκλήρωση των δοκιμών. Περνώντας από υποβάθμιση εμβέλειας 38 τοις εκατό.

Η υποβάθμιση της μπαταρίας συμβαίνει ανεξάρτητα από τη μέθοδο φόρτισης, αλλά αυξάνεται σε οχήματα που φορτίζονται γρήγορα. η διαφορά είναι περίπου 5 τοις εκατό.

Οι συνέπειες της γρήγορης φόρτισης σε μπαταρία ιόντων λιθίου

Σε ένα ξεχωριστό πείραμα από το παραπάνω, δύο πακέτα μπαταριών Nissan Leaf δοκιμάστηκαν σε εργαστηριακές συνθήκες από το Εθνικό Εργαστήριο του Αϊντάχο. Το ένα ήταν ταχείας φόρτισης DC, ενώ το άλλο είχε μόνο φόρτιση AC. Ο στόχος αυτής της δοκιμής ήταν να δει τι συμβαίνει σε ολόκληρο το πακέτο σε αντίθεση με κάθε κελί όπως στο προηγούμενο πείραμα.

1. Το πακέτο που φορτίστηκε με φόρτιση AC είχε εξασθένιση χωρητικότητας 23,1 τοις εκατό μετά την ολοκλήρωση 780 κύκλων φόρτισης-εκφόρτισης. Το πακέτο που ήταν μόνο γρήγορης φόρτισης σημείωσε μείωση της χωρητικότητας κατά 28,1 τοις εκατό.

2. Μια ισχυρή συσχέτιση μεταξύ χωρητικότητας και θερμοκρασίας βρέθηκε όταν η χωρητικότητα της συσκευασίας συγκρίθηκε με τη χωρητικότητα της κυψέλης σε διαφορετικές θερμοκρασίες: χωρητικότητα Το fade ήταν υψηλότερο σε κύτταρα που δοκιμάστηκαν σε υψηλότερες θερμοκρασίες και ήταν χαμηλότερο όταν τα κύτταρα ήταν σε θερμοκρασία περιβάλλοντος 68 βαθμών Φαρενάιτ (20 βαθμοί Κελσίου).

Αυτό δείχνει μια ισχυρή συσχέτιση μεταξύ της υποβάθμισης της μπαταρίας και της θερμοκρασίας, υποδηλώνοντας ότι η γρήγορη φόρτιση δεν είναι τόσο σημαντικός παράγοντας για την υποβάθμιση της μπαταρίας.

Τι μας λένε οι 6.000 μπαταρίες EV για την υγεία των μπαταριών EV

Σε μια άλλη μελέτη, η Geotab, μια εταιρεία διαχείρισης στόλου, συνέλεξε δεδομένα για την υγεία της μπαταρίας από 6.000 EV και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η γρήγορη φόρτιση αύξησε τον ρυθμό με τον οποίο μια μπαταρία υποβαθμίζεται. Αυτή η μελέτη, όπως και πολλές άλλες, έδειξε ότι η γρήγορη φόρτιση αύξησε τον ρυθμό με τον οποίο τα ιόντα λιθίου Η μπαταρία στο όχημά σας υποβαθμίζεται και υπογράμμισε τον ζωτικό ρόλο του BMS στη διατήρηση της υποβάθμισης τόσο χαμηλά όσο δυνατόν.

Είναι η γρήγορη φόρτιση DC κακή για το ηλεκτρικό σας όχημα;

Η μπαταρία του ηλεκτρικού σας αυτοκινήτου είναι βέβαιο ότι θα χάσει χωρητικότητα όσο περνάει ο καιρός. Τούτου λεχθέντος, ο ρυθμός με τον οποίο συμβαίνει αυτή η υποβάθμιση εξαρτάται από διάφορους παράγοντες και η γρήγορη φόρτιση είναι σίγουρα ένας παράγοντας που μπορεί να το επιταχύνει.

Ένα άλλο πράγμα που πρέπει να σημειώσετε είναι ότι η χρήση της γρήγορης φόρτισης με μέτρο δεν θα μειώσει την εμβέλειά σας μπαταρία εκτενώς και μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε σε μακρινά οδικά ταξίδια για να μειώσετε το χρόνο που χρειάζεται για να γεμίσει το ζουμί σας όχημα.