Nabíjanie elektrických vozidiel za 10 minút. a dlhšia výdrž batérie vďaka...vyhrievaniu. Tesla ho mala dva roky, teraz na to prišli vedci

Moderné lítium-iónové články sa považujú za najlepšie pri izbovej teplote, pretože umožňujú primeraný kompromis medzi rýchlosťou nabíjania a degradáciou článku. Ukazuje sa však, že ich zahrievanie pred nabíjaním umožňuje zvýšiť nabíjací výkon a výrazne neovplyvňuje spotrebu batérie.

obsah

• Výstroj od Tesly s vedeckým výskumom
  • Najväčším problémom lítium-iónových článkov je zachytené lítium. Buď v SEI alebo grafite. A ešte menej lítia = menšia kapacita
  • Krátkodobo vyššia teplota = bezpečné nabíjanie s oveľa väčším výkonom
  • výsledky? Na dosah ruky: 200-500 kW nabíjanie a 20-50 rokov životnosti batérie

V roku 2017 Tesla pridala do svojich vozidiel mechanizmus predhrievania batérie. pri nízkych teplotách. Predpokladalo sa, že to zvýši dolet v zime a urýchli nabíjanie počas mrazov. Samotné zahrievanie a chladenie však nie je veľkým problémom, mnohí výrobcovia používajú aktívne chladené/ohrievané články alebo pribalené batérie.

> Ako sa chladia batérie v elektrických vozidlách? [ZOZNAM MODELOV]

Kľúč sa ukázal Zahrievanie takým spôsobom, aby sa urýchlil proces nabíjania bez poškodenia článkov.. Zdá sa, že po aktualizácii sa ukázalo, aká by mala byť teplota, aby sa znížili prestoje na nabíjačke. Funkcia zahriatia batérie pred pripojením k Supercharger (predhrievanie, prípadne v roku 2019: zahriatie batérie na cestách) je trvalo súčasťou softvéru od premiéry Supercharger v3 v marci 2019:

> Tesla Supercharger V3: Dojazd takmer 270 km za 10 minút, nabíjací výkon 250 kW, káble chladené kvapalinou [Aktualizácia]

Vedci z Centra elektrochemických motorov na Pensylvánskej štátnej univerzite práve dali Teslu za pravdu. A to znamená elektromobily sa nabijú za 10 minút z niekoľko stoviek kilowattov i nebojte sa zníženia kapacity batérie desaťročia, kým nie je presne zvolená teplota, na ktorú sa články zahrievajú.

Ale začnime od úplného začiatku:

Najväčším problémom lítium-iónových článkov je zachytené lítium. Buď v SEI alebo grafite. A ešte menej lítia = menšia kapacita

Všeobecne sa uznáva, že optimálna prevádzková teplota pre lítium-iónové články je izbová teplota. Mechanizmy aktívneho chladenia batérie sa preto postarajú o to, aby sa články príliš neprehrievali (napokon nie vždy sa podarí udržať nominálnych 20 stupňov Celzia).

Izbová teplota umožňuje obmedziť rast pasivačnej vrstvy - stuhnutej frakcie elektrolytu, ktorá sa hromadí na elektróde a viaže ióny lítia; SEI - a uväznenie lítiových iónov v grafitovej elektróde. Zvýšenie teploty znamená zrýchlenie oboch procesov. Môžete to vidieť po počiatočných testoch.

> Tesla je sporná v Nemecku. Pre "Autopilot", "Plne autonómne riadenie"

Vedci z Centra pre elektrochemické motory to overili Lítium-iónové články používané v elektrických vozidlách vydržia len asi 50 nabití pri 6 °C. (t.j. 6-násobok kapacity článku, napr. 0,2 kWh článok sa nabíja 1,2 kW zdrojom a pod.).

Pre porovnanie tie isté odkazy:

• ľahko dosiahli 2 nabitia pri 500C (pre auto s 40 kWh batériou je to 40 kW, pre auto s 80 kWh batériou 80 kW atď.),
• už vydržali len 200 nabití pri 4C.

Zároveň pod pojmom „vydržať“ rozumieme stratu 20 percent pôvodného výkonu, pretože tak sa tento pojem chápe v automobilovom priemysle.

Výskumníci lítium-iónových článkov sa snažia tento problém vyriešiť už roky zmenou zloženia elektrolytov alebo potiahnutím elektród rôznymi materiálmi, aby sa zabránilo zachytávaniu lítiových iónov. Pretože práve lítiové ióny pohybujúce sa v batérii sú zodpovedné za jej kapacitu.

> Renault-Nissan investuje do Enevate: „Nabitie batérie za 5 minút“

Celkom nečakane sa ukázalo, že problém sa dá vyriešiť oveľa jednoduchšie. Stačí zahriať článok, aby sa výrazne znížil problém zachytávania lítiových iónov. Bohužiaľ, vyššia teplota spôsobila aj tak zníženie kapacity článku: keď bolo zapuzdrenie lítia v elektróde obmedzené, problém s rastom pasivačnej vrstvy (SEI) sa nevyriešil.

Nie palicou, ale palicou.

Vyššia teplota pre krátky čas = bezpečné nabíjanie s oveľa väčším výkonom

Vedcom zo spomínaného výskumného centra sa však podarilo nájsť strednú cestu. Zavolali ho Metóda asymetrickej modulácie teploty. Zahrievajú článok na 30 sekúnd na 48 stupňov Celzia a potom ho 10 minút nabíjajú, aby sa systém konečne rozbehol a teplota klesla.

Prečo nabíjanie trvá len 10 minút? No pri 6 C je to dostatočný čas na nabitie batérie až na 80 percent jej kapacity. 6 C znamená napájanie:

• 240 kW pre Nissan Leaf II
• 400 kW pre Hyundai Kona Electric 64 kWh,
• 480 kW pre Tesla Model 3.

Pri nabíjaní z 0 na 80 percent vyžaduje tento vysoký výkon 10 minút nečinnosti nabíjačky. Ak je však rýchlosť vybíjania batérie nižšia (10 percent, 15 percent, ...), proces doplnenia energie trvá dokonca menej ako 10 minút!

Mechanizmus chladenia batérie musí zabezpečiť, aby teplota batérie neprekročila 50 stupňov (výskumníci hovoria o 53 stupňoch Celzia), aby sa obmedzila rýchlosť vytvárania pasivačnej vrstvy. Krátky čas nabíjania zároveň skracuje dobu rastu.

výsledky? Na dosah ruky: 200-500 kW nabíjanie a 20-50 rokov životnosti batérie

Vedcom sa podarilo dokázať, že takto ošetrené články NMC622 sú schopné vydržať 1 nabitie s výkonom 700 C a stratou až 6 percent kapacity. 20 nabití nie je veľmi pôsobivé, ale ak najazdíme 1 km ročne a batéria má kapacitu 700 kWh, je to Výsledok sa pretaví do 23 rokov prevádzky.

Dodajme, že batérie a dojazd elektromobilov rastú a Poliaci bežne najazdia menej ako 20-80 kilometrov ročne, čo znamená, že kapacita batérie by mala klesnúť na 30 percent za približne 50-XNUMX rokov.

> Tu! Prvým elektromobilom s reálnym dojazdom 600 km je Tesla Model S Long Range.

Warto poczytać: asymetrická modulácia teploty pre ultrarýchle nabíjanie lítium-iónových batérií

Úvodná fotografia: galvanické pokovovanie (lítiový povlak) elektródy v závislosti od teploty článku (c) Stred elektrochemického motora

Toto by vás mohlo zaujímať: