Vermindert DC-snelladen echt de batterijcapaciteit van uw EV?

Het snel opladen van je EV klinkt geweldig, aangezien een snellader van 350 kilowatt een EV met een grote batterij, zoals een Lucid Air Pure, in 15 minuten voor 80 procent kan opladen. Hoewel het niet zo snel gaat als het voltanken van een traditionele benzineauto, vermindert DC-snelladen de tijd die nodig is om een ​​elektrische auto vol te tanken.

Maar gaat het gemak van het opladen van een elektrisch voertuig ten koste van de achteruitgang van de batterij? Nou, laten we het uitzoeken.

Wat is DC-snelladen en hoe werkt het?

Om de levensduur van EV-batterijen beter te begrijpen, is het belangrijk om te weten wat snelladen is en hoe het werkt. In grote lijnen kan de batterij van een elektrisch voertuig worden bijgevuld met behulp van drie verschillende methodologieën, genaamd Opladen op niveau 1, niveau 2 en niveau 3. De eerste twee typen zijn afhankelijk van wisselstroom (AC), terwijl opladen op niveau 3, ook wel DC-snelladen genoemd, gelijkstroom vereist.

Het belangrijke onderscheid hier is dat Level 1- en Level 2-laders de ingebouwde lader van het voertuig gebruiken zet de stroom om van wisselstroom naar gelijkstroom, aangezien de lithium-ionbatterij van uw voertuig geen wisselstroom aankan direct.

Als het gaat om snelladers van niveau 3, kunnen ze het sap echter gewoon rechtstreeks in de batterij pompen zonder dat de ingebouwde oplader nodig is. Hierdoor kan DC-laden enorme hoeveelheden stroom en spanning naar het batterijpakket sturen zonder beperkt te worden door de mogelijkheden van de ingebouwde lader van het voertuig.

Waarom verliezen lithium-ionbatterijen na verloop van tijd capaciteit?

Lithium-ionbatterijen zetten chemische energie om in elektrische energie, en hypothetisch zou deze reactie voor altijd moeten doorgaan. We weten echter allemaal dat lithium-ionbatterijen niet eeuwig meegaan. Maar wat is de exacte reden voor deze degradatie?

Welnu, er vinden verschillende chemische reacties plaats in een lithium-ioncel wanneer deze wordt opgeladen of ontladen. Sommige reacties werken in de richting van het opwekken van elektriciteit, terwijl andere lithiumionen verbruiken die de capaciteit van de batterij verminderen. Met andere woorden, bij elke laad-ontlaadcyclus verliest de lithium-ionbatterij van een EV wat capaciteit; dit gebeurt echt en valt niet onder de categorie van Fabels over het opladen van elektrische voertuigen.

Dat gezegd hebbende, is het belangrijk om te begrijpen dat deze reacties in verschillende snelheden optreden op basis van verschillende omgevingsomstandigheden, en dat er stappen zijn die u kunt nemen om de batterij langer mee te laten gaan.

Daarom bieden de meeste batterijfabrikanten een reeks temperaturen waarbij de batterijen het beste presteren. Dit bereik verandert op basis van de batterijchemie, maar in de meeste gevallen ligt het tussen -4 en 140 graden Fahrenheit voor ontladen en tussen 0 en 45 graden Fahrenheit voor opladen.

Dit operationele bereik laat zien dat batterijen kunnen worden opgeladen in een lager temperatuurbereik en dat ze kunnen worden opgeladen onder extreme omstandigheden, beide koud en heet, kunnen problemen veroorzaken, omdat deze omstandigheden de snelheid verhogen waarmee ongewenste reacties optreden, lithiumionen verbruiken en verminderen capaciteit.

Wat gebeurt er bij snelladende lithium-ionbatterijen?

Nu we weten waarom de capaciteit van een lithium-ionbatterij afneemt, kunnen we proberen te begrijpen wat er in de batterij gebeurt als deze snel wordt opgeladen.

1. Schade aan batterij-elektroden door hoge stroom en spanning

Snelladen gebruikt een hoogspanningsstroom om de batterij op te laden. Lithium-ionen worden met grotere kracht uit de kathode getrokken en bij het opladen naar de anode verplaatst. Dit veroorzaakt scheuren in de kathode en genereert ook dendrieten op de elektroden. Door deze scheurtjes en opbouw van dendrieten neemt de capaciteit van lithium-ioncellen af ​​en verhogen ze ook de weerstand van de batterij.

2. Degradatie bij hoge temperatuur

De interne weerstand van een batterij neemt toe wanneer deze snel wordt opgeladen. Door deze weerstandsverhoging en de hoge stroomtoevoer tijdens snelladen wordt er in de accu's overmatige hitte gegenereerd. Deze hoge temperatuur vermindert de capaciteit van de lithium-ionbatterijen.

3. Lithiumplating bij lage temperatuur

Wanneer een lithium-ionbatterij snel wordt opgeladen met behulp van hoge stromen bij lage temperaturen, treedt aan de anode een fenomeen op dat bekend staat als lithiumplating. Hierdoor intercaleren lithiumatomen niet in de anode. Dit resulteert in inert lithiummetaal (dat geen elektriciteit kan opwekken) op het oppervlak van de elektroden.

EV-batterijpakketten begrijpen

Als we naar de bovenstaande lijst met degradatiemechanismen kijken, is het duidelijk dat snel opladen de levensduur van een elektrisch voertuig zal verkorten. Dat gezegd hebbende, EV-batterijpakketten zijn ontworpen om batterijschade te voorkomen. Laten we daarom, voordat we concluderen dat snelladen slecht is voor elektrische voertuigen, begrijpen hoe hun batterijpakketten zijn ontworpen om degradatie tegen te gaan.

EV-batterijpakketten bestaan ​​uit verschillende lithium-ioncellen die met elkaar zijn verbonden om modules te creëren. Verschillende modules zijn verbonden om het pakket te creëren, en zijn de batterijstatus wordt beheerd door het batterijbeheersysteem, ook wel BMS genoemd.

Het BMS is in feite een computer die is aangesloten op verschillende sensoren die de spanning, stroom en temperatuur van individuele cellen bewaken. Vervolgens analyseert het deze gegevens om ervoor te zorgen dat elke cel optimaal werkt.

Als de cellen in het batterijpakket te heet zijn, zal het BMS de koeling verhogen om de algehele temperatuur van het batterijpakket te verlagen. Als het een hoge celspanning of -stroom detecteert tijdens snelladen met gelijkstroom, regelt het beide parameters om schade aan de batterij te voorkomen.

Het BMS is daarom het EV-onderdeel dat de grootste rol speelt bij het verminderen van de achteruitgang van de batterij.

Hoeveel schade doet snelladen aan de batterij van je elektrische auto?

Laten we eens kijken naar enkele onderzoeken die laten zien hoeveel schade voertuigen oplopen door snelladen. Vier elektrische Nissan Leaf-voertuigen uit 2012 reden in Phoenix, Arizona door de Nationaal laboratorium van Idaho. Twee voertuigen werden opgeladen met DC-snelladen, terwijl de andere twee werden opgeladen met AC-niveau 2-laden, met de volgende resultaten:

1. Capaciteitstests voor beide sets voertuigen werden uitgevoerd na 50.000 mijl te hebben afgelegd, en het verschil in capaciteit verlies tussen voertuigen opgeladen met snelladen en AC niveau 2 opladen bleek in het bereik van 3 tot 9 te liggen procent.

2. Voertuigen die worden opgeladen met snelladen wanneer ze met een constante snelheid van 45 mph worden gereden, kunnen een bereik van 70 mijl bieden, terwijl voertuigen die worden opgeladen met AC Level 2 een bereik van 132 mijl bieden.

3. Aan het begin van de test konden de voertuigen die werden opgeladen met DC-snelladen een bereik van 102 mijl bieden bij een constante snelheid van 70 km / u. Na 63.000 testkilometers te hebben afgelegd, bood hetzelfde voertuig een actieradius van 58 mijl. Toont een afname van 43 procent in bereik. Het voertuig dat werd opgeladen met AC-snelladen bood een bereik van 104 mijl, dat na het voltooien van de tests werd teruggebracht tot 104 mijl. Een bereikdegradatie van 38 procent doormaken.

Batterijdegradatie treedt op ongeacht de oplaadmethode, maar neemt toe bij voertuigen die snel worden opgeladen; het verschil is ongeveer 5 procent.

De implicaties van snel opladen in lithium-ionbatterijen

In een ander experiment dan hierboven, werden twee Nissan Leaf-batterijpakketten getest in laboratoriumomstandigheden door de Nationaal laboratorium van Idaho. De ene was DC-snelladen, terwijl de andere alleen AC-opladen kreeg. Het doel van deze test was om te zien wat er met het hele pakket gebeurt in tegenstelling tot elke cel zoals in het vorige experiment.

1. Het pakket dat werd opgeladen met AC-opladen had een capaciteitsvervaging van 23,1 procent na het voltooien van 780 laad-ontlaadcycli. Het pakket dat alleen snel werd opgeladen zag een capaciteitsvervaging van 28,1 procent.

2. Een sterke correlatie tussen capaciteit en temperatuur werd gevonden wanneer de capaciteit van het pakket werd vergeleken met de celcapaciteit bij verschillende temperaturen: capaciteit vervaging was hoger in cellen die bij hogere temperaturen werden getest en was lager wanneer de cellen zich op een omgevingstemperatuur van 68 graden Fahrenheit (20 graden Celsius).

Dit toont een sterke correlatie tussen de achteruitgang van de batterij en de temperatuur, wat suggereert dat snel opladen niet zo'n belangrijke factor is voor de achteruitgang van de batterij.

Wat 6.000 EV-batterijen ons vertellen over de batterijstatus van EV's

In een ander onderzoek verzamelde Geotab, een wagenparkbeheerbedrijf, batterijstatusgegevens van 6.000 elektrische auto's en concludeerde dat snel opladen de snelheid verhoogt waarmee een batterij achteruitgaat. Deze studie toonde, net als vele andere, aan dat snel opladen de snelheid verhoogde waarmee de lithium-ion batterij in uw voertuig verslechtert en benadrukte de vitale rol van het BMS om de verslechtering zo laag mogelijk te houden mogelijk.

Is DC-snelladen slecht voor uw elektrische voertuig?

Het batterijpakket van uw EV zal na verloop van tijd capaciteit verliezen. Dat gezegd hebbende, de snelheid waarmee deze verslechtering optreedt, hangt af van verschillende factoren, en snel opladen is zeker een factor die dit kan versnellen.

Een ander ding om op te merken is dat het gebruik van snelladen met mate het bereik van uw batterij uitgebreid, en u kunt hem gebruiken tijdens lange autoritten om de tijd te verkorten die nodig is om uw batterij op te laden voertuig.