Ładowanie pojazdów elektrycznych w 10 minut. i dłuższa żywotność baterii dzięki… podgrzewaniu. Tesla miał to przez dwa lata, teraz wymyślili to naukowcy

Uważa się, że nowoczesne ogniwa litowo-jonowe działają najlepiej w temperaturze pokojowej, ponieważ pozwalają na rozsądny kompromis między szybkością ładowania a degradacją ogniwa. Okazuje się jednak, że podgrzanie ich przed ładowaniem zwiększa moc ładowania i nie wpływa znacząco na zużycie akumulatora.

Spis treści

• Mechanizm Tesli z badaniami naukowymi
  • Największym problemem ogniw litowo-jonowych jest uwięziony lit. Albo w SEI, albo grafit. A jeszcze mniej litu = mniejsza pojemność
  • Wyższa temperatura przez krótki czas = bezpieczne ładowanie ze znacznie większą mocą
  • Wyniki? Na wyciągnięcie ręki: ładowanie 200-500 kW i żywotność baterii 20-50 lat

W 2017 roku Tesla dodała do swoich pojazdów mechanizm wstępnego podgrzewania akumulatora. w niskich temperaturach. Założono, że zwiększy to zasięg lotu zimą i przyspieszy ładowanie w czasie mrozów. Jednakże ogrzewanie i chłodzenie samo w sobie nie było wielkim odkryciem, ponieważ wielu producentów stosowało aktywnie chłodzone/ogrzewane ogniwa lub kompletne zestawy akumulatorów.

> Jak chłodzone są akumulatory w pojazdach elektrycznych? [LISTA MODELI]

Okazało się, że klucz Podgrzewanie w taki sposób, aby przyspieszyć proces ładowania nie uszkadzając ogniw.. Wydaje się, że po aktualizacji stało się jasne, jaka powinna być temperatura, aby skrócić przestoje ładowarki. Funkcja podgrzewania akumulatora przed podłączeniem do Superchargera (podgrzewanie, docelowo w 2019 r.: dogrzewanie akumulatora w trasie) została włączona na stałe do oprogramowania po premierze Superchargera v3 w marcu 2019:

> Tesla Supercharger V3: zasięg prawie +270 km w 10 minut, moc ładowania 250 kW, kable chłodzone cieczą [aktualizacja]

Naukowcy z Centrum Napędu Elektrochemicznego na Uniwersytecie Stanowym Pensylwanii właśnie udowodnili, że Tesla miał rację. I to oznacza, że samochody elektryczne ładują się w 10 minut z moc kilkuset kilowatów i nie martw się spadkiem pojemności baterii dziesięcioleci, przy czym temperatura, do której nagrzewają się ogniwa, jest precyzyjnie dobrana.

Ale zacznijmy od samego początku:

Największym problemem ogniw litowo-jonowych jest uwięziony lit. Albo w SEI, albo grafit. A jeszcze mniej litu = mniejsza pojemność

Ogólnie przyjmuje się, że optymalna temperatura pracy dla ogniw litowo-jonowych to temperatura pokojowa. Dlatego aktywne mechanizmy chłodzenia akumulatora dbają o to, aby ogniwa nie przegrzały się zbytnio (w końcu nie zawsze udaje się utrzymać nominalne 20 stopni Celsjusza).

Temperatura pokojowa pozwala na ograniczenie wzrostu warstwy pasywacyjnej - zestalonej frakcji elektrolitu, która gromadzi się na elektrodzie i wiąże jony litu; SEI - i uwięzienie jonów litu w elektrodzie grafitowej. Wzrost temperatury oznacza przyspieszenie obu procesów. Można to zobaczyć po wstępnych testach.

> Tesla jest kwestionowana w Niemczech. Dla „Autopilota”, „W pełni autonomicznej jazdy”

Potwierdzili to naukowcy z Centrum Napędu Elektrochemicznego Ogniwa litowo-jonowe stosowane w pojazdach elektrycznych wytrzymują jedynie około 50 ładowań w temperaturze 6°C. (tj. 6-krotność pojemności ogniwa, np. ogniwo o pojemności 0,2 kWh ładowane jest ze źródła o mocy 1,2 kW itp.).

Dla porównania te same linki:

• dotarli z łatwością 2 ładowania w temperaturze 500C (dla samochodu z baterią 40 kWh jest to 40 kW, dla samochodu z baterią 80 kWh jest to 80 kW, itd.),
• one już trwały tylko 200 ładowań w temperaturze 4C.

Jednak przez „wytrzymać” rozumiemy utratę 20 procent pierwotnej mocy, ponieważ tak przemysł samochodowy rozumie ten termin.

Badacze zajmujący się ogniwami litowo-jonowymi od lat próbują rozwiązać ten problem, zmieniając skład elektrolitów lub powlekając elektrody różnymi materiałami, które zapobiegają wychwytywaniu jonów litu. Bo to poruszające się w akumulatorze jony litu odpowiadają za jego pojemność.

> Renault-Nissan inwestuje w Enevate: „Ładuje akumulator w 5 minut”

Dość nieoczekiwanie okazało się, że problem można rozwiązać znacznie prościej. Ogrzanie ogniwa wystarczy, aby znacząco zmniejszyć problem wychwytywania jonów litu. Niestety, wyższa temperatura i tak spowodowała spadek pojemności ogniwa: w przypadku ograniczenia enkapsulacji litu w elektrodzie, problem wzrostu warstwy pasywacyjnej (SEI) nie został rozwiązany.

Nie kijem, ale kijem.

Wyższa temperatura dla Krótki czas = bezpieczne ładowanie ze znacznie większą mocą

Naukowcom ze wspomnianego ośrodka badawczego udało się jednak znaleźć złoty środek. Zadzwonili do niego Metoda asymetrycznej modulacji temperatury. Nagrzewają ogniwo przez 30 sekund do 48 stopni Celsjusza, a następnie ładują je przez 10 minut, aby w końcu uruchomić system i obniżyć temperaturę.

Dlaczego ładowanie trwa tylko 10 minut? Otóż ​​przy mocy 6 C ten czas wystarczy, aby naładować akumulator do 80 procent jego pojemności. 6 C oznacza dostarczanie mocy:

• 240 kW dla Nissana Leaf II
• 400 kW dla Hyundai Kona Electric 64 kWh,
• 480 kW dla Tesli Model 3.

Podczas ładowania od 0 do 80 procent tak wysoka moc wymaga 10 minut przestoju ładowarki. Jeśli jednak stopień rozładowania baterii jest niższy (10 procent, 15 procent, ...), Proces uzupełnienia energii trwa nawet niecałe 10 minut!

Mechanizm chłodzenia akumulatora musi jedynie zadbać o to, aby temperatura akumulatora nie wzrosła powyżej 50 stopni (naukowcy twierdzą, że to 53 stopnie Celsjusza), aby ograniczyć tempo tworzenia warstwy pasywacyjnej. Jednocześnie krótki czas ładowania pozwala skrócić okres jego wzrostu.

Wyniki? Na wyciągnięcie ręki: ładowanie 200-500 kW i żywotność baterii 20-50 lat

Naukowcom udało się udowodnić, że potraktowane w ten sposób ogniwa NMC622 są w stanie wytrzymać 1 ładunek o mocy 700 C i utratę do 6 proc. pojemności. 20 ładowań nie jest zbyt imponujące, ale jeśli przejeżdżamy 1 km rocznie, a bateria ma pojemność 700 kWh, to jest to Wynik przekłada się na 23 lata działalności.

Dodajmy, że rośnie liczba akumulatorów i zasięg pojazdów elektrycznych, a Polacy przeciętnie pokonują mniej niż 20–80 kilometrów rocznie, co oznacza, że ​​za około 30–50 lat pojemność akumulatorów powinna spaść do XNUMX proc.

> Tutaj! Pierwszym samochodem elektrycznym o realnym zasięgu 600 km jest Tesla Model S Long Range.

Warto przeczytać: asymetryczna modulacja temperatury w celu ultraszybkiego ładowania akumulatorów litowo-jonowych

Zdjęcie otwierające: galwanizacja (powłoka litowa) elektrody w zależności od temperatury ogniwa (c) Środek silnika elektrochemicznego

To może Cię zainteresować: