Skutečně snižuje rychlé nabíjení DC kapacitu baterie vašeho elektromobilu?

Rychlé nabíjení vašeho EV zní skvěle, protože 350kilowattová rychlonabíječka dokáže nabít EV s velkou baterií, jako je Lucid Air Pure, na 80 procent za 15 minut. I když to není tak rychlé jako tankování tradičního benzínového vozidla, stejnosměrné rychlé nabíjení zkracuje dobu potřebnou k naplnění elektrického vozidla.

Přichází však pohodlí při nabíjení elektromobilu za cenu degradace baterie? No, pojďme to zjistit.

Co je DC rychlé nabíjení a jak to funguje?

Pro lepší pochopení životnosti baterie EV je důležité vědět, co je rychlé nabíjení a jak funguje. Obecně řečeno, baterii elektrického vozidla lze doplňovat pomocí tří různých metod, tzv Nabíjení úrovně 1, úrovně 2 a úrovně 3. První dva typy se spoléhají na střídavý proud (AC), zatímco nabíjení úrovně 3, známé také jako stejnosměrné rychlé nabíjení, vyžaduje stejnosměrný proud.

Důležitým rozdílem je, že nabíječky úrovně 1 a úrovně 2 využívají palubní nabíječku vozidla přeměňte proud ze střídavého na stejnosměrný, protože lithium-iontová baterie ve vašem vozidle nemůže přijímat střídavý proud přímo.

Pokud jde o rychlonabíječky úrovně 3, mohou jen pumpovat šťávu přímo do baterie bez potřeby integrované nabíječky. To umožňuje nabíjení stejnosměrným proudem dodávat do akumulátoru obrovské množství proudu a napětí, aniž by bylo omezeno schopnostmi palubní nabíječky vozidla.

Proč Lithium-Iontové baterie časem ztrácejí kapacitu?

Lithium-iontové baterie přeměňují chemickou energii na elektrickou energii a hypoteticky by tato reakce měla pokračovat navždy. Všichni však víme, že lithium-iontové baterie nevydrží věčně. Jaký je ale přesný důvod této degradace?

Uvnitř lithium-iontového článku, když je nabitý nebo vybitý, dochází k několika chemickým reakcím. Některé reakce směřují k výrobě elektřiny, zatímco jiné spotřebovávají ionty lithia, které snižují kapacitu baterie. Jinými slovy, s každým cyklem nabití a vybití ztratí lithium-iontová baterie elektromobilu určitou kapacitu; to se skutečně děje a nespadá do kategorie Mýty o nabíjení EV.

To znamená, že je důležité pochopit, že tyto reakce probíhají různými rychlostmi v závislosti na různých podmínkách prostředí a existují kroky, které můžete podniknout, aby baterie vydržela déle.

Většina výrobců baterií proto poskytuje rozsah teplot, při kterých baterie fungují nejlépe. Tento rozsah se mění na základě chemického složení baterie, ale ve většině případů leží mezi -4 a 140 stupni Fahrenheita pro vybíjení a mezi 0 a 45 stupni Fahrenheita pro nabíjení.

Tento provozní rozsah ukazuje, že baterie lze nabíjet v nižším rozsahu teplot a nabíjet je v extrémních podmínkách, a to jak za studena a horké, mohou způsobit problémy, protože tyto podmínky zvyšují rychlost, při které dochází k nežádoucím reakcím, spotřebovávají ionty lithia a snižují kapacita.

Co se stane při rychlém nabíjení lithium-iontových baterií?

Nyní, když víme, proč se kapacita lithium-iontové baterie snižuje, můžeme se pokusit pochopit, co se děje uvnitř baterie, když je rychle nabita.

1. Poškození elektrod baterie v důsledku vysokého proudu a napětí

Rychlé nabíjení využívá k nabíjení baterie vysokonapěťový proud. Lithné ionty jsou vytahovány z katody větší silou a po nabití jsou přesunuty k anodě. To způsobuje praskliny na katodě a také generuje dendrity na elektrodách. Kvůli těmto prasklinám a nahromadění dendritů se kapacita lithium-iontových článků snižuje a také zvyšují odolnost baterie.

2. Vysokoteplotní degradace

Při rychlém nabíjení se vnitřní odpor baterie zvyšuje. Díky tomuto zvýšení odporu a vysokému příkonu proudu při rychlém nabíjení se uvnitř baterií vytváří nadměrné teplo. Tato vysoká teplota snižuje kapacitu lithium-iontových baterií.

3. Nízkoteplotní lithiové pokovování

Když se lithium-iontová baterie rychle nabije vysokými proudy při nízkých teplotách, dochází na anodě k jevu známému jako lithiové pokovování. Díky tomu se atomy lithia uvnitř anody neinterkalují. Výsledkem je inertní lithiový kov (který nemůže generovat elektřinu) na povrchu elektrod.

Porozumění bateriovým sadám EV

Při pohledu na výše uvedený seznam degradačních mechanismů je zřejmé, že rychlé nabíjení nutně zkracuje životnost elektrického vozidla. To znamená, že baterie EV jsou navrženy tak, aby zabránily poškození baterie. Než tedy dojdeme k závěru, že rychlé nabíjení je pro elektromobily špatné, pojďme si porozumět, jak jsou jejich baterie navrženy tak, aby čelily degradaci.

Akumulátory EV se skládají z několika lithium-iontových článků, které jsou spojeny a vytvářejí moduly. Několik modulů je připojeno k vytvoření balíčku a jeho stav baterie je řízen systémem správy baterií, také známý jako BMS.

BMS je v podstatě počítač připojený k několika senzorům, které monitorují napětí, proud a teplotu jednotlivých článků. Poté tato data analyzuje, aby zajistila, že každá buňka funguje optimálně.

Pokud jsou články uvnitř baterie příliš horké, BMS zvýší chlazení, aby se snížila celková teplota baterie. Pokud během stejnosměrného rychlého nabíjení zjistí vysoké napětí nebo proud článku, bude regulovat oba parametry, aby nedošlo k poškození baterie.

BMS je tedy součástí EV, která má největší roli při snižování degradace baterie.

Jak velké škody způsobí rychlé nabíjení baterii vašeho elektromobilu?

Podívejme se na některé studie, které ukazují, jak velkým poškozením procházejí vozidla kvůli rychlému nabíjení. Čtyři elektrická vozidla Nissan Leaf 2012 jezdila ve Phoenixu v Arizoně Národní laboratoř v Idahu. Dvě vozidla byla nabíjena pomocí stejnosměrného rychlého nabíjení, zatímco další dvě byla nabíjena pomocí nabíjení AC úrovně 2 s následujícími výsledky:

1. Kapacitní testy pro obě sady vozidel byly provedeny po ujetí 50 000 mil a rozdílu v kapacitě ztráta mezi vozidly nabitými pomocí rychlonabíjení a nabíjením AC úrovně 2 byla zjištěna v rozmezí 3 až 9 procent.

2. Vozidla nabíjená pomocí rychlého nabíjení při jízdě konstantní rychlostí 45 mph mohla nabídnout dojezd 70 mil, zatímco vozidla nabitá pomocí AC úrovně 2 poskytla 82 mil.

3. Na začátku testu mohla vozidla nabíjená pomocí stejnosměrného rychlého nabíjení nabídnout dojezd 102 mil při konstantní rychlosti 45 mph. Po dokončení 63 000 mil testování nabídlo stejné vozidlo dojezd 58 mil. Dosah se snížil o 43 procent. Vozidlo nabíjené pomocí rychlonabíjení AC nabízelo dojezd 104 mil, který byl po dokončení testů snížen na 64 mil. Prochází snížením rozsahu o 38 procent.

K degradaci baterie dochází bez ohledu na způsob nabíjení, ale ve vozidlech, která jsou rychle nabíjena, se zvyšuje; rozdíl je asi 5 procent.

Důsledky rychlého nabíjení v lithium-iontové baterii

V jiném experimentu, než je ten výše, byly v laboratorních podmínkách testovány dva akumulátory Nissan Leaf Národní laboratoř v Idahu. Jeden byl nabíjen stejnosměrným proudem, zatímco druhý se nabíjel pouze střídavým proudem. Cílem tohoto testu bylo zjistit, co se stane s celou smečkou na rozdíl od každé buňky jako v předchozím experimentu.

1. Po dokončení 780 cyklů nabití a vybití měla baterie nabitá AC nabíjením pokles kapacity o 23,1 procenta. Baterie, která byla pouze rychle nabitá, zaznamenala pokles kapacity o 28,1 procenta.

2. Silná korelace mezi kapacitou a teplotou byla nalezena, když byla kapacita balení porovnána s kapacitou článku při různých teplotách: kapacita vyblednutí bylo vyšší u článků testovaných při vyšších teplotách a bylo nižší, když byly buňky při okolní teplotě 68 stupňů Fahrenheita (20 stupňů Celsia).

To ukazuje silnou korelaci mezi degradací baterie a teplotou, což naznačuje, že rychlé nabíjení není tak významným faktorem pro degradaci baterie.

Co nám baterie 6 000 EV říkají o stavu baterie EV

V jiné studii Geotab, společnost zabývající se správou vozového parku, shromáždila údaje o stavu baterie od 6 000 EV a dospěla k závěru, že rychlé nabíjení zvýšilo rychlost degradace baterie. Tato studie, stejně jako mnoho dalších, ukázala, že rychlé nabíjení zvýšilo rychlost, jakou lithium-iontové baterie ve vašem vozidle se degraduje a zdůraznil zásadní roli BMS při udržování degradace na co nejnižší úrovni možný.

Je rychlé nabíjení DC špatné pro vaše elektrické vozidlo?

Akumulátor vašeho elektromobilu s postupem času ztratí kapacitu. To znamená, že rychlost, s jakou k této degradaci dochází, závisí na několika faktorech a rychlé nabíjení je jistě jedním z faktorů, který to může urychlit.

Další věc, kterou je třeba poznamenat, je, že používání rychlého nabíjení s mírou nesníží dosah vašeho baterie a můžete ji používat na dlouhých cestách, abyste zkrátili čas potřebný k nabití vozidlo.