Reduserer DC-hurtiglading virkelig elbilens batterikapasitet?

Hurtiglading av elbilen din høres bra ut siden en hurtiglader på 350 kilowatt kan ta en elbil med stort batteri som en Lucid Air Pure til 80 prosent ladetilstand på 15 minutter. Selv om det ikke er så raskt som å fylle et tradisjonelt bensinkjøretøy, reduserer DC hurtiglading tiden det tar å fylle et elektrisk kjøretøy.

Men kommer bekvemmeligheten av å lade et elektrisk kjøretøy på bekostning av batteriforringelse? Vel, la oss finne ut av det.

Hva er DC hurtiglading, og hvordan fungerer det?

For bedre å forstå EV-batteriets levetid, er det viktig å vite hva hurtiglading er og hvordan det fungerer. Stort sett kan et elektrisk kjøretøys batteri etterfylles ved hjelp av tre forskjellige metoder kalt Nivå 1, Nivå 2 og Nivå 3 lading. De to første typene er avhengige av vekselstrøm (AC), mens nivå 3-lading, også kjent som DC hurtiglading, krever likestrøm.

Den viktige forskjellen her er at nivå 1 og nivå 2 ladere bruker kjøretøyets innebygde lader til å konverter strømmen fra AC til DC, siden litiumionbatteriet på kjøretøyet ditt ikke kan ta vekselstrøm direkte.

Når det kommer til nivå 3 hurtigladere, kan de imidlertid bare pumpe juice direkte inn i batteriet uten behov for laderen ombord. Dette gjør at DC-lading kan presse enorme mengder strøm og spenning til batteripakken uten å bli begrenset av egenskapene til kjøretøyets innebygde lader.

Hvorfor mister litiumionbatterier kapasitet over tid?

Litium-ion-batterier konverterer kjemisk energi til elektrisk energi, og hypotetisk sett burde denne reaksjonen vare for alltid. Imidlertid vet vi alle at litium-ion-batterier ikke varer evig. Men hva er den eksakte årsaken til denne degraderingen?

Vel, flere kjemiske reaksjoner forekommer inne i en litiumioncelle når den lades eller utlades. Noen reaksjoner arbeider mot å generere elektrisitet, mens andre bruker litiumioner som reduserer kapasiteten til batteriet. Med andre ord, med hver lading-utladingssyklus, vil en elbils litium-ion-batteri miste noe kapasitet; dette skjer faktisk og faller ikke inn under kategorien EV-ladingsmyter.

Når det er sagt, er det viktig å forstå at disse reaksjonene skjer med forskjellige hastigheter basert på flere miljøforhold, og det er skritt du kan ta for å få batteriet til å vare lenger.

Derfor tilbyr de fleste batteriprodusenter en rekke temperaturer der batteriene yter best. Dette området endres basert på batterikjemien, men i de fleste tilfeller ligger det mellom -4 og 140 grader Fahrenheit for utlading og mellom 0 og 45 grader Fahrenheit for lading.

Dette driftsområdet viser at batterier kan lades i et lavere temperaturområde, og lade dem under ekstreme forhold, både kaldt og varme, kan forårsake problemer ettersom disse forholdene øker hastigheten som uønskede reaksjoner oppstår med, forbruker litiumioner og reduserer kapasitet.

Hva skjer ved hurtiglading av litiumionbatterier?

Nå som vi vet hvorfor kapasiteten til et litium-ion-batteri går ned, kan vi prøve å forstå hva som skjer inne i batteriet når det er hurtigladet.

1. Skade på batterielektroder på grunn av høy strøm og spenning

Hurtiglading bruker en høyspenningsstrøm for å lade batteriet. Litiumioner trekkes fra katoden med større kraft og flyttes til anoden når de lades. Dette forårsaker sprekker i katoden og genererer også dendritter på elektrodene. På grunn av disse sprekkene og dendrittoppbyggingen reduseres kapasiteten til litiumionceller, og de øker også batteriets motstand.

2. Nedbrytning ved høy temperatur

Den interne motstanden til et batteri øker når det er hurtigladet. På grunn av denne økningen i motstand og høy strømtilførsel under hurtiglading, genereres overdreven varme inne i batteriene. Denne høye temperaturen reduserer kapasiteten til litium-ion-batteriene.

3. Litiumbelegg med lav temperatur

Når et litiumionbatteri hurtiglades ved bruk av høye strømmer ved lave temperaturer, oppstår et fenomen kjent som litiumbelegg ved anoden. På grunn av dette interkalerer ikke litiumatomer inne i anoden. Dette resulterer i inert litiummetall (som ikke kan generere elektrisitet) på overflaten av elektrodene.

Forstå EV-batteripakker

Ser vi på listen over nedbrytningsmekanismer gitt ovenfor, er det tydelig at hurtiglading er bundet til å redusere levetiden til et elektrisk kjøretøy. Når det er sagt, er EV-batteripakker designet for å forhindre batteriskader. Derfor, før vi konkluderer med at hurtiglading er dårlig for elektriske kjøretøy, la oss forstå hvordan batteripakkene deres er utformet for å motvirke degradering.

EV-batteripakker består av flere litium-ion-celler som er koblet sammen for å lage moduler. Flere moduler er koblet til for å lage pakken, og dens batterihelsen administreres av Battery Management System, også kjent som en BMS.

BMS er i utgangspunktet en datamaskin koblet til flere sensorer som overvåker individuell cellespenning, strøm og temperatur. Den analyserer deretter disse dataene for å sikre at hver celle fungerer optimalt.

Hvis cellene inne i batteripakken er for varme, vil BMS øke kjølingen for å redusere den totale pakkens temperatur. Hvis den oppdager en høy cellespenning eller strøm under DC hurtiglading, vil den regulere begge parameterne for å forhindre batteriskade.

BMS er derfor den EV-delen som har størst rolle i å redusere batterinedbrytning.

Hvor mye skade gjør hurtiglading på elbilens batteri?

La oss se på noen studier som viser hvor store skader kjøretøy går gjennom på grunn av hurtiglading. Fire 2012 Nissan Leaf elektriske kjøretøy ble kjørt i Phoenix, Arizona av Idaho National Laboratory. To kjøretøy ble ladet med DC hurtiglading, mens de to andre ble ladet med AC nivå 2-lading, med følgende resultater:

1. Kapasitetstester for begge sett med kjøretøy ble utført etter å ha tilbakelagt 50 000 miles, og forskjellen i kapasitet tap mellom kjøretøy ladet med hurtiglading og AC nivå 2-lading ble funnet å være i området 3 til 9 prosent.

2. Kjøretøy ladet ved hjelp av hurtiglading når de kjøres med en konstant hastighet på 45 mph kan tilby en rekkevidde på 70 miles, mens de som lades med AC Level 2 ga 82 miles.

3. Ved starten av testen kunne kjøretøyene ladet med DC-hurtiglading tilby en rekkevidde på 102 miles når de kjøres i konstant 45 mph. Etter å ha fullført 63 000 miles med testing, tilbød det samme kjøretøyet en rekkevidde på 58 miles. Viser en reduksjon på 43 prosent i rekkevidde. Kjøretøyet ladet med AC-hurtiglading tilbød en rekkevidde på 104 miles, som ble redusert til 64 miles etter å ha fullført testene. Går gjennom en rekkeviddedegradering på 38 prosent.

Batteridegradering skjer uavhengig av lademetode, men den øker i kjøretøy som er hurtigladet; forskjellen er ca 5 prosent.

Implikasjonene av hurtiglading i litium-ion-batterier

I et eget eksperiment fra det ovenfor, ble to Nissan Leaf-batteripakker testet i laboratorieforhold av Idaho National Laboratory. Den ene var DC hurtigladet, mens den andre kun fikk AC-lading. Denne testens mål var å se hva som skjer med hele pakken i motsetning til hver celle som i forrige forsøk.

1. Pakken ladet med AC-lading hadde en kapasitetsfading på 23,1 prosent etter å ha fullført 780 lade-utladingssykluser. Pakken som kun var hurtigladet fikk en kapasitetssvikt på 28,1 prosent.

2. En sterk sammenheng mellom kapasitet og temperatur ble funnet når pakkekapasiteten ble sammenlignet med cellekapasitet ved forskjellige temperaturer: kapasitet falming var høyere i celler testet ved høyere temperaturer og var lavere når cellene hadde en omgivelsestemperatur på 68 grader Fahrenheit (20 grader). Celsius).

Dette viser en sterk sammenheng mellom nedbrytning av batteripakken og temperatur, noe som tyder på at hurtiglading ikke er en like viktig faktor for nedbrytning av batteriet.

Hva 6000 EV-batterier forteller oss om EV-batterihelse

I en annen studie samlet Geotab, et flåtestyringsselskap, batterihelsedata fra 6000 elbiler og konkluderte med at hurtiglading økte hastigheten et batteri degraderes med. Denne studien, akkurat som mange andre, viste at hurtiglading økte hastigheten med litium-ion batteriet i kjøretøyet ditt forringes og fremhevet BMS sin viktige rolle i å holde nedbrytningen så lav som mulig.

Er DC hurtiglading dårlig for ditt elektriske kjøretøy?

Batteripakken til elbilen din vil definitivt miste kapasitet etter hvert som tiden går. Når det er sagt, avhenger hastigheten som denne degraderingen skjer med av flere faktorer, og hurtiglading er absolutt en faktor som kan øke hastigheten på dette.

En annen ting å merke seg er at bruk av hurtiglading i moderate mengder ikke vil redusere rekkevidden til din batteri mye, og du kan bruke det på lange bilturer for å redusere tiden det tar å juice opp kjøretøy.