Smanjuje li DC brzo punjenje stvarno kapacitet baterije vašeg EV-a?

Brzo punjenje vašeg EV-a zvuči sjajno jer brzi punjač od 350 kilovata može dovesti EV s velikom baterijom poput Lucid Air Pure do 80 posto napunjenosti za 15 minuta. Iako nije tako brzo kao punjenje tradicionalnog benzinskog vozila, DC brzo punjenje smanjuje vrijeme potrebno za punjenje električnog vozila.

No dolazi li pogodnost punjenja električnog vozila po cijenu degradacije baterije? Pa, idemo saznati.

Što je DC brzo punjenje i kako funkcionira?

Kako bismo bolje razumjeli dugovječnost baterije EV-a, važno je znati što je brzo punjenje i kako funkcionira. Općenito govoreći, baterija električnog vozila može se napuniti pomoću tri različite metodologije tzv Punjenje razine 1, razine 2 i razine 3. Prve dvije vrste oslanjaju se na izmjeničnu struju (AC), dok punjenje razine 3, također poznato kao DC brzo punjenje, zahtijeva istosmjernu struju.

Ovdje je važna razlika u tome što punjači razine 1 i razine 2 koriste ugrađeni punjač u vozilu za pretvorite struju iz izmjenične u istosmjernu jer litij-ionska baterija na vašem vozilu ne može primiti izmjeničnu struju direktno.

Međutim, kada je riječ o brzim punjačima razine 3, oni mogu samo pumpati sok izravno u bateriju bez potrebe za ugrađenim punjačem. To omogućuje punjenje istosmjernom strujom da gurne ogromne količine struje i napona u bateriju bez ograničenja mogućnostima ugrađenog punjača u vozilu.

Zašto litij-ionske baterije s vremenom gube kapacitet?

Litij-ionske baterije pretvaraju kemijsku energiju u električnu, a hipotetski bi ta reakcija trebala trajati zauvijek. Međutim, svi znamo da litij-ionske baterije ne traju vječno. Ali koji je točan razlog ove degradacije?

Pa, nekoliko kemijskih reakcija događa se unutar litij-ionske ćelije kada se puni ili prazni. Neke reakcije djeluju na stvaranje električne energije, dok druge troše litijeve ione koji smanjuju kapacitet baterije. Drugim riječima, sa svakim ciklusom punjenja i pražnjenja, litij-ionska baterija EV-a će izgubiti dio kapaciteta; ovo se stvarno događa i ne spada u kategoriju Mitovi o punjenju električnih vozila.

Međutim, važno je razumjeti da se te reakcije odvijaju različitim brzinama ovisno o nekoliko uvjeta okoline, a postoje koraci koje možete poduzeti kako bi baterija duže trajala.

Stoga većina proizvođača baterija nudi niz temperatura pri kojima baterije imaju najbolje rezultate. Ovaj se raspon mijenja ovisno o kemiji baterije, ali u većini slučajeva nalazi se između -4 i 140 stupnjeva Fahrenheita za pražnjenje i između 0 i 45 stupnjeva Fahrenheita za punjenje.

Ovaj radni raspon pokazuje da se baterije mogu puniti u nižim rasponima temperatura, a njihovo punjenje u ekstremnim uvjetima, i hladnim i vruće, može uzrokovati probleme jer ovi uvjeti povećavaju brzinu neželjenih reakcija, trošeći ione litija i smanjujući kapacitet.

Što se događa kada se litij-ionske baterije brzo pune?

Sada kada znamo zašto se smanjuje kapacitet litij-ionske baterije, možemo pokušati razumjeti što se događa unutar baterije kada se brzo puni.

1. Oštećenje elektroda baterije zbog visoke struje i napona

Brzo punjenje koristi struju visokog napona za punjenje baterije. Litijevi ioni se povlače s katode s većom silom i pomiču se na anodu kada se napune. To uzrokuje pukotine na katodi i stvara dendrite na elektrodama. Zbog tih pukotina i nakupljanja dendrita smanjuje se kapacitet litij-ionskih ćelija, a one također povećavaju otpornost baterije.

2. Razgradnja na visokim temperaturama

Unutarnji otpor baterije povećava se kada se brzo puni. Zbog ovog povećanja otpora i velike ulazne struje tijekom brzog punjenja, stvara se prekomjerna toplina unutar baterija. Ova visoka temperatura smanjuje kapacitet litij-ionskih baterija.

3. Niskotemperaturna litijska presvlaka

Kada se litij-ionska baterija brzo puni pomoću visokih struja na niskim temperaturama, na anodi dolazi do fenomena poznatog kao litijska presvlaka. Zbog toga se atomi litija ne interkaliraju unutar anode. To rezultira inertnim metalnim litijem (koji ne može generirati električnu energiju) na površini elektroda.

Razumijevanje EV baterija

Gledajući gore navedeni popis mehanizama degradacije, očito je da će brzo punjenje sigurno smanjiti vijek trajanja električnog vozila. Ipak, baterije za EV dizajnirane su za sprječavanje oštećenja baterije. Stoga, prije nego što zaključimo da je brzo punjenje loše za električna vozila, shvatimo kako su njihovi paketi baterija dizajnirani za suzbijanje degradacije.

Paketi baterija za električna vozila sastoje se od nekoliko litij-ionskih ćelija koje su spojene u module. Nekoliko modula povezano je kako bi se stvorio paket i njegov stanjem baterije upravlja Sustav upravljanja baterijom, također poznat kao BMS.

BMS je u osnovi računalo povezano s nekoliko senzora koji prate napon, struju i temperaturu pojedinačnih ćelija. Zatim analizira te podatke kako bi osigurao da svaka ćelija radi optimalno.

Ako su ćelije unutar baterije prevruće, BMS će povećati hlađenje kako bi smanjio ukupnu temperaturu baterije. Ako detektira visoki napon ćelije ili struju tijekom brzog punjenja istosmjernom strujom, regulirat će oba parametra kako bi spriječio oštećenje baterije.

BMS je stoga dio EV-a koji ima najveću ulogu u smanjenju degradacije baterije.

Koliko brzo punjenje šteti bateriji vašeg EV-a?

Pogledajmo neke studije koje pokazuju koliku štetu prolaze vozila zbog brzog punjenja. Četiri električna vozila Nissan Leaf iz 2012. vozila su u Phoenixu u Arizoni Nacionalni laboratorij Idaho. Dva vozila su punjena pomoću DC brzog punjenja, dok su druga dva punjena pomoću AC level 2 punjenja, sa sljedećim rezultatima:

1. Testovi kapaciteta za oba seta vozila obavljeni su nakon prijeđenih 50.000 milja, a razlika u kapacitetu utvrđeno je da je gubitak između vozila punjenih brzim punjenjem i punjenjem AC razine 2 u rasponu od 3 do 9 postotak.

2. Vozila koja se pune pomoću brzog punjenja kada se voze konstantnom brzinom od 45 mph mogu ponuditi domet od 70 milja, dok ona koja se pune pomoću AC Level 2 osiguravaju 82 milje.

3. Na početku testa, vozila koja su se punila brzim punjenjem istosmjernom strujom mogla su ponuditi domet od 102 milje kada su se vozila konstantnom brzinom od 45 mph. Nakon završetka testiranja od 63.000 milja, isto je vozilo nudilo domet od 58 milja. Pokazuje smanjenje od 43 posto u rasponu. Vozilo napunjeno pomoću AC brzog punjenja nudilo je domet od 104 milje, koji je smanjen na 64 milje nakon završetka testova. Prolazi kroz degradaciju raspona od 38 posto.

Do degradacije baterije dolazi bez obzira na metodu punjenja, ali je povećana u vozilima koja se brzo pune; razlika je oko 5 posto.

Posljedice brzog punjenja litij-ionske baterije

U eksperimentu odvojenom od prethodnog, dva paketa baterija Nissan Leaf testirana su u laboratorijskim uvjetima od strane Nacionalni laboratorij Idaho. Jedan je imao DC brzo punjenje, dok je drugi imao samo AC punjenje. Cilj ovog testa bio je vidjeti što se događa s cijelim čoporom, a ne sa svakom ćelijom kao u prethodnom eksperimentu.

1. Paket napunjen korištenjem AC punjenja imao je smanjenje kapaciteta od 23,1 posto nakon završetka 780 ciklusa punjenja i pražnjenja. Paket koji se samo brzo punio zabilježio je pad kapaciteta od 28,1 posto.

2. Jaka korelacija između kapaciteta i temperature pronađena je kada se kapacitet pakiranja usporedi s kapacitetom ćelije na različitim temperaturama: kapacitet blijeđenje je bilo veće u stanicama testiranim na višim temperaturama i bilo je niže kada su ćelije bile na temperaturi okoline od 68 stupnjeva Fahrenheita (20 stupnjeva Celzija).

Ovo pokazuje snažnu korelaciju između degradacije baterije i temperature, što sugerira da brzo punjenje nije toliko značajan faktor za degradaciju baterije.

Što nam 6000 EV baterija govori o zdravlju EV baterija

U drugoj studiji, Geotab, tvrtka za upravljanje voznim parkom, prikupila je podatke o stanju baterija od 6000 električnih vozila i zaključila da brzo punjenje povećava brzinu degradacije baterije. Ova studija, baš kao i mnoge druge, pokazala je da brzo punjenje povećava brzinu litij-iona baterija u vašem vozilu propada i istaknula vitalnu ulogu BMS-a u održavanju propadanja na niskoj razini moguće.

Je li brzo punjenje istosmjernom strujom loše za vaše električno vozilo?

Baterija vašeg EV-a će izgubiti kapacitet kako vrijeme prolazi. Ipak, brzina kojom se ta degradacija događa ovisi o nekoliko čimbenika, a brzo punjenje svakako je jedan od čimbenika koji to može ubrzati.

Još jedna stvar koju treba napomenuti je da korištenje brzog punjenja u umjerenim količinama neće smanjiti vaš domet bateriju intenzivno, a možete je koristiti na dugim putovanjima kako biste skratili vrijeme potrebno za punjenje vozilo.