Reducerer DC-hurtigopladning virkelig din elbils batterikapacitet?

Hurtig opladning af din elbil lyder fantastisk, da en hurtigoplader på 350 kilowatt kan tage en elbil med stort batteri som en Lucid Air Pure til en opladningstilstand på 80 procent på 15 minutter. Selvom det ikke er så hurtigt som at fylde et traditionelt benzinkøretøj op, reducerer DC hurtigopladning den tid, det tager at fylde et elektrisk køretøj op.

Men kommer bekvemmeligheden ved at oplade et elektrisk køretøj på bekostning af batterinedbrydning? Nå, lad os finde ud af det.

Hvad er DC-hurtigopladning, og hvordan virker det?

For bedre at forstå EV-batteriets levetid er det vigtigt at vide, hvad hurtig opladning er, og hvordan det fungerer. I store træk kan et elektrisk køretøjs batteri genopfyldes ved hjælp af tre forskellige metoder kaldet Niveau 1, niveau 2 og niveau 3 opladning. De to første typer er afhængige af vekselstrøm (AC), mens niveau 3-opladning, også kendt som DC hurtigopladning, kræver jævnstrøm.

Den vigtige skelnen her er, at niveau 1 og niveau 2 opladere bruger køretøjets indbyggede oplader til at konverter strømmen fra AC til DC, da lithium-ion-batteriet på dit køretøj ikke kan tage vekselstrøm direkte.

Når det kommer til niveau 3 hurtigopladere, kan de dog bare pumpe juice direkte ind i batteriet uden behov for den indbyggede oplader. Dette gør det muligt for DC-opladning at skubbe enorme mængder strøm og spænding til batteripakken uden at være begrænset af mulighederne i køretøjets indbyggede oplader.

Hvorfor mister lithium-ion-batterier kapacitet over tid?

Lithium-ion-batterier omdanner kemisk energi til elektrisk energi, og hypotetisk set burde denne reaktion fortsætte for evigt. Men vi ved alle, at lithium-ion-batterier ikke holder evigt. Men hvad er den præcise årsag til denne nedbrydning?

Nå, flere kemiske reaktioner forekommer inde i en lithium-ion-celle, når den oplades eller aflades. Nogle reaktioner arbejder mod at generere elektricitet, mens andre forbruger lithium-ioner, der reducerer batteriets kapacitet. Med andre ord, for hver opladnings-afladningscyklus vil en elbils lithium-ion-batteri miste noget kapacitet; dette sker faktisk og falder ikke ind under kategorien EV-opladningsmyter.

Når det er sagt, er det vigtigt at forstå, at disse reaktioner forekommer med forskellige hastigheder baseret på flere miljøforhold, og der er trin, du kan tage for at få batteriet til at holde længere.

Derfor giver de fleste batteriproducenter en række temperaturer, hvor batterierne fungerer bedst. Dette område ændrer sig baseret på batteriets kemi, men i de fleste tilfælde ligger det mellem -4 og 140 grader Fahrenheit for afladning og mellem 0 og 45 grader Fahrenheit for opladning.

Dette driftsområde viser, at batterier kan oplades i et lavere temperaturområde og oplade dem under ekstreme forhold, både kolde og varme, kan forårsage problemer, da disse forhold øger hastigheden, hvormed uønskede reaktioner opstår, hvilket indtager lithiumioner og reducerer kapacitet.

Hvad sker der, når lithium-ion-batterier hurtigt oplades?

Nu hvor vi ved, hvorfor kapaciteten af ​​et lithium-ion-batteri går ned, kan vi prøve at forstå, hvad der sker inde i batteriet, når det er hurtigopladet.

1. Skader på batterielektroder på grund af høj strøm og spænding

Hurtig opladning bruger en højspændingsstrøm til at oplade batteriet. Lithiumioner trækkes fra katoden med større kraft og flyttes til anoden, når de oplades. Dette forårsager revner i katoden og genererer også dendritter på elektroderne. På grund af disse revner og opbygning af dendrit reduceres lithium-ion-cellernes kapacitet, og de øger også batteriets modstand.

2. Nedbrydning ved høj temperatur

Batteriets indre modstand øges, når det oplades hurtigt. På grund af denne stigning i modstand og den høje strømtilførsel under hurtig opladning, genereres overdreven varme inde i batterierne. Denne høje temperatur reducerer kapaciteten af ​​lithium-ion-batterierne.

3. Lavtemperatur lithiumbelægning

Når et lithium-ion-batteri hurtigt oplades ved hjælp af høje strømme ved lave temperaturer, opstår et fænomen kendt som lithiumplettering ved anoden. På grund af dette interkalerer lithiumatomer ikke inde i anoden. Dette resulterer i inert lithiummetal (som ikke kan generere elektricitet) på overfladen af ​​elektroderne.

Forstå EV-batteripakker

Ser man på listen over nedbrydningsmekanismer ovenfor, er det tydeligt, at hurtig opladning er bundet til at reducere levetiden for et elektrisk køretøj. Når det er sagt, er EV-batteripakker designet til at forhindre batteriskader. Derfor, før vi konkluderer, at hurtig opladning er dårligt for elektriske køretøjer, lad os derfor forstå, hvordan deres batteripakker er designet til at modvirke nedbrydning.

EV-batteripakker består af flere lithium-ion-celler, der er forbundet for at skabe moduler. Flere moduler er forbundet for at skabe pakken, og dens batteritilstand administreres af batteristyringssystemet, også kendt som en BMS.

BMS er dybest set en computer forbundet til flere sensorer, der overvåger individuelle cellespænding, strøm og temperatur. Den analyserer derefter disse data for at sikre, at hver celle fungerer optimalt.

Hvis cellerne inde i batteripakken er for varme, vil BMS øge afkølingen for at reducere den samlede pakketemperatur. Hvis den registrerer en høj cellespænding eller -strøm under DC hurtigopladning, vil den regulere begge parametre for at forhindre batteriskader.

BMS er derfor den EV-del, der har den største rolle i at reducere batterinedbrydning.

Hvor meget skade gør hurtig opladning på din elbils batteri?

Lad os se på nogle undersøgelser, der viser, hvor meget skade køretøjer gennemgår på grund af hurtig opladning. Fire 2012 Nissan Leaf elektriske køretøjer blev kørt i Phoenix, Arizona af Idaho National Laboratory. To køretøjer blev opladet ved hjælp af DC-hurtigopladning, mens de to andre blev opladet ved hjælp af AC-niveau 2-opladning, med følgende resultater:

1. Kapacitetstest for begge sæt køretøjer blev udført efter at have tilbagelagt 50.000 miles, og forskellen i kapacitet tab mellem køretøjer opladet ved hjælp af hurtig opladning og AC niveau 2-opladning viste sig at være i området 3 til 9 procent.

2. Køretøjer opladet ved hjælp af hurtigopladning, når de blev kørt med en konstant hastighed på 45 mph, kunne tilbyde en rækkevidde på 70 miles, mens de, der lades med AC Level 2, ydede 82 miles.

3. Ved testens start kunne de køretøjer, der blev ladet ved hjælp af DC-hurtigopladning, tilbyde en rækkevidde på 102 miles, når de blev kørt med konstante 45 mph. Efter at have gennemført 63.000 miles af test, tilbød det samme køretøj en rækkevidde på 58 miles. Viser et fald på 43 procent i rækkevidde. Køretøjet opladet ved hjælp af AC-hurtigopladning tilbød en rækkevidde på 104 miles, som blev reduceret til 64 miles efter at have gennemført testene. Gennemgår en rækkeviddeforringelse på 38 procent.

Batterinedbrydning sker uanset opladningsmetoden, men den er øget i køretøjer, der er hurtigopladede; forskellen er omkring 5 procent.

Konsekvenserne af hurtig opladning i lithium-ion-batterier

I et separat eksperiment fra ovenstående blev to Nissan Leaf batteripakker testet i laboratorieforhold af Idaho National Laboratory. Den ene var DC-hurtigladet, mens den anden kun fik AC-opladning. Denne tests mål var at se, hvad der sker med hele pakken i modsætning til hver celle som i det forrige eksperiment.

1. Pakken opladet ved hjælp af AC-opladning havde en kapacitetsfade på 23,1 procent efter at have gennemført 780 opladnings-afladningscyklusser. Pakken, der kun var hurtigopladet, fik en kapacitetsudsving på 28,1 procent.

2. En stærk sammenhæng mellem kapacitet og temperatur blev fundet, når pakningskapaciteten blev sammenlignet med cellekapacitet ved forskellige temperaturer: kapacitet fade var højere i celler testet ved højere temperaturer og var lavere, når cellerne havde en omgivende temperatur på 68 grader Fahrenheit (20 grader Celsius).

Dette viser en stærk sammenhæng mellem nedbrydning af batteripakken og temperatur, hvilket tyder på, at hurtig opladning ikke er så væsentlig en faktor for batterinedbrydning.

Hvad 6.000 EV-batterier fortæller os om EV-batterier

I en anden undersøgelse indsamlede Geotab, et flådestyringsselskab, batterisundhedsdata fra 6.000 elbiler og konkluderede, at hurtig opladning øgede hastigheden, hvormed et batteri nedbrydes. Denne undersøgelse, ligesom mange andre, viste, at hurtig opladning øgede den hastighed, hvormed lithium-ion batteriet i dit køretøj forringes og fremhævede BMS'ens vitale rolle i at holde nedbrydningen så lav som muligt.

Er DC-hurtigopladning dårligt for dit elektriske køretøj?

Din EV's batteripakke vil helt sikkert miste kapacitet, efterhånden som tiden går. Når det er sagt, afhænger den hastighed, hvormed denne nedbrydning sker, af flere faktorer, og hurtig opladning er bestemt en faktor, der kan fremskynde dette.

En anden ting at bemærke er, at brug af hurtig opladning i moderation ikke vil reducere rækkevidden af ​​din batteri i udstrakt grad, og du kan bruge det på lange køreture for at reducere den tid, det tager at safte din op køretøj.