Vähentääkö DC-pikalataus todella sähköautosi akun kapasiteettia?

Sähköauton pikalataus kuulostaa hyvältä, sillä 350 kilowatin pikalaturi voi viedä Lucid Air Puren kaltaisen suuren akun sähköauton 80 prosentin lataustilaan 15 minuutissa. Vaikka DC-pikalataus ei ole yhtä nopeaa kuin perinteisen bensiinikäyttöisen ajoneuvon tankkaus, se vähentää sähköajoneuvon täyttämiseen kuluvaa aikaa.

Mutta maksaako sähköajoneuvon lataamisen helppous akun heikkenemisen kustannuksella? No, otetaanpa selvää.

Mikä on DC-pikalataus ja miten se toimii?

Sähköauton akun käyttöiän ymmärtämiseksi paremmin on tärkeää tietää, mitä pikalataus on ja miten se toimii. Yleisesti ottaen sähköajoneuvon akku voidaan täyttää kolmella eri menetelmällä, joita kutsutaan nimellä Tason 1, tason 2 ja tason 3 lataus. Kaksi ensimmäistä tyyppiä käyttävät vaihtovirtaa (AC), kun taas tason 3 lataus, joka tunnetaan myös nimellä DC-pikalataus, vaatii tasavirtaa.

Tärkeä ero tässä on, että tason 1 ja tason 2 laturit käyttävät ajoneuvon sisäistä laturia muuntaa virran vaihtovirtasta tasavirtaan, koska ajoneuvosi litiumioniakku ei kestä vaihtovirtaa suoraan.

Tason 3 pikalaturit voivat kuitenkin pumpata mehua suoraan akkuun ilman sisäänrakennettua laturia. Tämä mahdollistaa tasavirtalatauksen työntää valtavia määriä virtaa ja jännitettä akkupakkaukseen ilman, että ajoneuvon sisäisen laturin ominaisuudet rajoita sitä.

Miksi litiumioniakut menettävät kapasiteettiaan ajan myötä?

Litiumioniakut muuttavat kemiallisen energian sähköenergiaksi, ja hypoteettisesti tämän reaktion pitäisi jatkua ikuisesti. Tiedämme kuitenkin, että litiumioniakut eivät kestä ikuisesti. Mutta mikä on tämän huonontumisen tarkka syy?

No, litiumionikennon sisällä tapahtuu useita kemiallisia reaktioita, kun se latautuu tai puretaan. Jotkut reaktiot pyrkivät tuottamaan sähköä, kun taas toiset kuluttavat litiumioneja, jotka vähentävät akun kapasiteettia. Toisin sanoen jokaisella lataus-purkausjaksolla sähköauton litiumioniakku menettää jonkin verran kapasiteettia; näin todella tapahtuu, eikä se kuulu luokkaan Sähköautojen latausmyyttejä.

On kuitenkin tärkeää ymmärtää, että nämä reaktiot tapahtuvat eri nopeuksilla useiden ympäristöolosuhteiden perusteella, ja on olemassa toimenpiteitä, joilla voit pidentää akun käyttöikää.

Siksi useimmat akkuvalmistajat tarjoavat erilaisia ​​lämpötiloja, joissa akut toimivat parhaiten. Tämä alue vaihtelee akun kemian mukaan, mutta useimmissa tapauksissa se on välillä -4 ja 140 astetta Fahrenheit latauksessa ja välillä 0 ja 45 astetta Fahrenheit latauksessa.

Tämä toiminta-alue osoittaa, että akut voidaan ladata alemmilla lämpötiloilla ja ladata niitä äärimmäisissä olosuhteissa, sekä kylminä ja kuumat, voivat aiheuttaa ongelmia, koska nämä olosuhteet lisäävät ei-toivottujen reaktioiden nopeutta, kuluttavat litiumioneja ja vähentävät kapasiteettia.

Mitä tapahtuu, kun litiumioniakkuja ladataan nopeasti?

Nyt kun tiedämme, miksi litiumioniakun kapasiteetti laskee, voimme yrittää ymmärtää, mitä akun sisällä tapahtuu, kun se ladataan nopeasti.

1. Akkuelektrodien vaurioituminen suuren virran ja jännitteen vuoksi

Pikalataus käyttää suurjännitevirtaa akun lataamiseen. Litiumionit vedetään katodista suuremmalla voimalla ja siirretään anodille latautuessaan. Tämä aiheuttaa halkeamia katodissa ja synnyttää myös dendriittejä elektrodeille. Näiden halkeamien ja dendriitin kertymisen vuoksi litiumionikennojen kapasiteetti heikkenee ja ne lisäävät myös akun vastusta.

2. Korkean lämpötilan hajoaminen

Akun sisäinen vastus kasvaa, kun se ladataan nopeasti. Tämän resistanssin kasvun ja nopean latauksen aikana suuren virransyötön vuoksi akkujen sisällä syntyy liikaa lämpöä. Tämä korkea lämpötila vähentää litiumioniakkujen kapasiteettia.

3. Matalalämpötilainen litiumpinnoitus

Kun litiumioniakkua ladataan nopeasti käyttämällä suuria virtoja alhaisissa lämpötiloissa, anodissa tapahtuu ilmiö, joka tunnetaan nimellä litiumpinnoitus. Tästä johtuen litiumatomit eivät interkaloidu anodin sisällä. Tämä johtaa inerttiin litiummetalliin (joka ei voi tuottaa sähköä) elektrodien pinnalle.

Sähköautojen akkujen ymmärtäminen

Kun tarkastellaan yllä olevaa luetteloa huononemismekanismeista, on selvää, että pikalataus lyhentää väistämättä sähköajoneuvon käyttöikää. EV-akut on kuitenkin suunniteltu estämään akkuvauriot. Siksi, ennen kuin päättelemme, että nopea lataus on huono sähköajoneuvoille, on ymmärrettävä, kuinka niiden akut on suunniteltu estämään huononemista.

EV-akut koostuvat useista litiumionikennoista, jotka on yhdistetty moduulien luomiseksi. Pakkauksen ja sen luomiseksi on kytketty useita moduuleja akun kuntoa hallitsee akunhallintajärjestelmä, joka tunnetaan myös nimellä BMS.

BMS on pohjimmiltaan tietokone, joka on kytketty useisiin antureisiin, jotka valvovat yksittäisen solun jännitettä, virtaa ja lämpötilaa. Sitten se analysoi nämä tiedot varmistaakseen, että jokainen solu toimii optimaalisesti.

Jos akun sisällä olevat kennot ovat liian kuumia, BMS lisää jäähdytystä akun kokonaislämpötilan alentamiseksi. Jos se havaitsee korkean kennojännitteen tai virran tasavirta-pikalatauksen aikana, se säätelee molempia parametreja estääkseen akun vaurioitumisen.

BMS on siksi sähköauton osa, jolla on suurin rooli akun kulumisen vähentämisessä.

Kuinka paljon vaurioita pikalataus tekee sähköautosi akulle?

Katsotaanpa joitain tutkimuksia, jotka osoittavat, kuinka paljon vaurioita ajoneuvot käyvät läpi pikalatauksen takia. Neljä 2012 Nissan Leaf -sähköautoa ajoi Phoenixissa, Arizonassa. Idahon kansallinen laboratorio. Kaksi ajoneuvoa ladattiin DC-pikalatauksella, kun taas kaksi muuta AC-tason 2 latauksella, jonka tulokset olivat seuraavat:

1. Molempien ajoneuvosarjojen kapasiteettitestit tehtiin 50 000 mailin ajettua ja kapasiteetin eroa Häviön pikalatauksella ladattujen ajoneuvojen ja AC-tason 2 latauksen välillä havaittiin olevan välillä 3-9 prosenttia.

2. Pikalatauksella ladatut ajoneuvot, jotka ajettiin tasaisella 45 mph: n nopeudella, voivat tarjota 70 mailia, kun taas AC-tasolla 2 ladatut ajoneuvot 82 mailia.

3. Testin alussa tasavirtapikalatauksella ladatut ajoneuvot pystyivät tarjoamaan 102 mailia ajettaessa tasaisella 45 mph: lla. 63 000 mailin testauksen jälkeen sama ajoneuvo tarjosi 58 mailia. Näyttää 43 prosentin pienenemisen kantamassa. AC-pikalatauksella ladatun ajoneuvon toimintasäde oli 104 mailia, joka pieneni 64 mailiin testien jälkeen. Läpi 38 prosentin vaihteluvälin heikkenemisestä.

Akun heikkeneminen tapahtuu lataustavasta riippumatta, mutta se on lisääntynyt pikaladattavissa ajoneuvoissa; ero on noin 5 prosenttia.

Litium-ioni-akun nopean latauksen vaikutukset

Yllä olevasta erillisessä kokeessa kaksi Nissan Leaf -akkua testattiin laboratorio-olosuhteissa. Idahon kansallinen laboratorio. Toinen oli DC-pikalataus, kun taas toinen sai vain AC-latauksen. Tämän testin tavoitteena oli nähdä, mitä tapahtuu koko paketille, toisin kuin jokaiselle solulle, kuten edellisessä kokeessa.

1. AC-latauksella ladatun akun kapasiteetin häipyminen oli 23,1 prosenttia 780 lataus-purkausjakson jälkeen. Vain pikaladatun pakkauksen kapasiteetti heikkeni 28,1 prosenttia.

2. Kapasiteetin ja lämpötilan välillä havaittiin vahva korrelaatio, kun pakkauksen kapasiteettia verrattiin kennokapasiteettiin eri lämpötiloissa: kapasiteetti häipyminen oli korkeampi korkeammissa lämpötiloissa testatuissa kennoissa ja pienempi, kun solut olivat ympäristön lämpötilassa 68 astetta Fahrenheit (20 astetta Celsius).

Tämä osoittaa vahvan korrelaation akun kulumisen ja lämpötilan välillä, mikä viittaa siihen, että nopea lataus ei ole yhtä merkittävä tekijä akun huononemisessa.

Mitä 6 000 sähköajoneuvoakkua kertovat sähköajoneuvojen akun kunnosta?

Toisessa tutkimuksessa Geotab, kalustonhallintayhtiö, keräsi akun kuntotietoja 6 000 sähköautosta ja päätteli, että nopea lataus lisäsi akun hajoamisnopeutta. Tämä tutkimus, kuten monet muut, osoitti, että nopea lataus lisäsi litiumionien nopeutta Ajoneuvon akku heikkenee ja korosti BMS: n tärkeää roolia vaurioitumisen pitämisessä niin alhaisena kuin mahdollista.

Onko DC-pikalataus huono sähköajoneuvoosi?

Sähköautosi akun kapasiteetti heikkenee ajan kuluessa. Tämän hajoamisen nopeus riippuu kuitenkin useista tekijöistä, ja nopea lataus on varmasti yksi tekijä, joka voi nopeuttaa tätä.

Toinen huomioitava asia on, että nopean latauksen maltillinen käyttö ei vähennä laitteen kantamaa akkua on runsaasti, ja voit käyttää sitä pitkillä matkoilla lyhentääksesi aikaa, joka kuluu täyteen ajoneuvoa.