Як підтримувати ємність акумулятора електронного автомобіля - Energiedienst-Blog
Акумулятор, що зберігає електрику, є найважливішим компонентом в електромобілях, і він також дорогий. Наразі потужність літій-іонного акумулятора в кіловат-годині коштує близько 150-200 євро. При потужності від 30 до 100 кВт-год, яка вбудована в звичайні машини, ви платите лише від 5000 до 20 000 євро за акумулятор. Хоча це загалом значно менше, ніж п’ять років тому, коли ціна була вдвічі вищою, акумулятор залишається вирішальним фактором витрат у ціноутворенні на електромобілі сьогодні.
Тому не дивно, що саме цей компонент, зокрема, визначатиме вартість уживаного електромобіля в майбутньому. Літій-іонні системи, що використовуються в даний час, мають одну властивість, яка не обов'язково сприяє збереженню їх вартості: вони втрачають доступну потужність. Зокрема, це означає втрату ємності для акумуляторної системи, яка зазвичай збирається з багатьох окремих елементів батареї та має електронний контроль (так звана система управління батареєю, BMS): З часом із нею можна зберігати все менше заряду.
На «здоров’я» акумуляторної системи впливають дуже різні фактори. Ці фактори діють окремо або спільно на фізику батареї та різним чином визначають її поступову втрату ємності. Правильно розрахувати все це - не мала справа через складність, саме тому ми звернулись за порадою до експерта до Стефана Рора, який працює вченим у Технічному університеті Мюнхена. Там Рор керує командою з 10 співробітників на кафедрі автомобільних технологій (FTM), щоб довідатися про термін служби акумуляторів і про те, як на них впливають неминучі фізичні процеси або помилки, яких можна уникнути під час використання.
Фізика літій-іонної батареї
У сучасній конструкції літій-іонної батареї літій-іони мігрують від катода до анода і, звичайно, навпаки, залежно від того, заряджається чи розряджається акумулятор. Два полюси напруги розділені сепараторною мембраною, через яку повинні проходити іони. Кобальт, графіт, нікель, кремній - крім літію, багато металів використовують у чистому вигляді або як оксиди металів. Електрохімічний процес, що відбувається в акумуляторі, не є статичним протягом усього часу, але матеріали та їх склад змінюються, реагують між собою і, звичайно, на зовнішні впливи.
Фактор стресу 1: календарний час
Кількість електроенергії, що зберігається в літій-іонних акумуляторах, з часом погіршується, навіть без використання. Відбуваються так звані паразитичні, незворотні хімічні реакції, які навіть швидко призводять до повних втрат у випадку з батареями першого покоління. Зараз у нас набагато краще під контролем. Тому чистий час тепер відіграє меншу роль у погіршенні потужності. Тим не менше, можна сказати: чим старша батарея, тим менша її ємність.
Фактор стресу 2: температура
"Температура акумулятора під час зберігання, заряджання та розрядження має вирішальне значення для його здоров'я", - говорить Стіфан Рор. Температури в діапазоні від -10 до +40 градусів, як правило, є абсолютним мінімальним і максимальним обмеженням, яким батарея повинна піддаватися під час роботи. Значення нижче або вище можуть серйозно пошкодити його. Ось чому акумуляторні системи в електромобілях мають відповідний контроль температури. Це гарантує, що акумулятор завжди правильно нагрівається або охолоджується. Але яка оптимальна температура? Стефан Рор: “Оптимальною робочою температурою батареї є та, з якою люди почуваються найбільш комфортно - близько 20 градусів. Однак 10 градусів навіть краще для простого зберігання, коли ви ним не користуєтеся ".
Фактор стресу 3: цикли зарядки
Чим частіше акумулятор заряджається, а потім розряджається, тим більше він негативно позначається на його ємності. На сцені електромобілів існує від 1000 до 2000 так званих циклів зарядки, які акумулятор може протистояти непошкодженим. Після цього стан акумулятора починає погіршуватися. Стефан Рор не може підтвердити таку загальну інформацію: "Термін" цикл заряджання "є не лише надзвичайно неточним, він також вводить в оману. Ніхто не знає, що це насправді означає ". Проблема полягає в тому, що теоретично цикл зарядки означає, що порожній акумулятор заряджається від 0 до 100%. Така поведінка 0-100 зазвичай трапляється рідко, оскільки акумулятори ніколи не розряджаються повністю і зазвичай не заряджаються на 100%, принаймні в електромобілях. Отже, лише кількість процесів зарядки мало що говорить про їх негативний потенціал для здоров'я акумулятора. Це більше залежить від того, як розроблено навантаження та розвантаження.
Фактор стресу 4: навантаження
"Співвідношення розміру акумулятора та напруги зарядки в ідеалі не повинно перевищувати 1 С", - пояснює Стівен Рор. «Чим нижче значення С при зарядці, тим краще для акумулятора». Це означає наступне: Якщо струм занадто високий для акумулятора під час зарядки, він буде пошкоджений назавжди. Тому слід бути обережним, щоб заряджати повільніше, бажано з найменшим струмом.
Приклади:
- Новий Nissan Leaf має акумулятор на 30 кВт-год. Якщо ви заряджаєтесь на станції швидкої зарядки потужністю 50 кВт, значення C становить 1,66. Поведінка заряджає напругу акумулятора, але, звичайно, ви не хочете довго чекати на такій станції. Тож ви йдете на компроміси.
- Tesla Model X з акумулятором на 100 кВт-год іноді досягає потужності зарядки 120 кВт на власному нагнітачі компанії. Значення С: 1.2. Акумулятор також підкреслено.
При зарядці сильним струмом в основному виникають проблеми з температурою. Клітини перегріваються і їх потрібно охолодити.
Фактор стресу 5: розряд
Величина струму під час розряду також може негативно позначитися на працездатності акумулятора. Як і при зарядці, перегрів є вирішальним фактором стресу для елементів акумулятора. В електромобілях виникають розряди великої сили струму, наприклад при розгоні. Якщо ви постійно натискаєте на педаль акселератора, регулятор батареї регулює повну потужність. Причиною цього є те, що система охолодження не може реагувати так швидко, як клітини нагріваються.
У терміновому порядку слід уникати так званого глибокого розряду, тобто розрядки акумулятора до 0. Це може атакувати електрохімію батареї.
Поради щодо збільшення терміну служби акумулятора для електронних автомобілів
- Завжди тримайте акумулятор у зарядженому стані від 40 до 80% його ємності.
- Чим повільніше він завантажується, тим краще. Вентилятори електронних автомобілів тепер повинні бути міцними: насуплене заряджання від хропіння (тобто в побутовій розетці на 3,5 кВт) є перевагою для акумулятора. Цілком зрозуміло для користувачів настінної коробки: "Оскільки батареї тепер мають ємність щонайменше 20-30 кВт-год, трифазна зарядка на настінній коробці змінним струмом 11 кВт не є проблемою для електричних автомобілів", - сказав Стівен Рор.
- Бритвині акумулятори мають менший термін служби. Якщо ви часто будете розганятися до повної швидкості, ваш акумулятор постраждає.
- Ніколи не виписується глибоко!
На це слід звернути увагу, купуючи вживаний електромобіль
Оскільки акумулятор є вирішальним компонентом в електромобілі, "знос" якого насправді враховується через зменшений запас ходу, покупець, природно, хоче знати, в якому стані знаходиться акумулятор. Оскільки, як показано, те, як користувач поводиться з акумулятором, є визначальним для його стану, але це не очевидно на транспортному засобі, в даний час купується свиня в тик. Звичайно, така інформація, як вік автомобіля та пройдені кілометри, надає інформацію про календарний вік та ймовірні цикли зарядки. Але чи неодноразово користувач глибоко розряджав акумулятор? Це було значно прискорене? Чи часто ви стягували плату вище значення C 1? Ви нічого про це не знаєте і залежать від тверджень продавця. Тому було б доцільно дізнатись якомога більше про поточну ємність акумулятора порівняно з абсолютно новим статусом. Значення втрати потужності понад 10% роблять можливими подальші втрати і повинні значно зменшити вартість автомобіля.
Скільки потужності ви насправді втрачаєте?
Оскільки, як ми вже бачили, багато факторів впливає на працездатність акумулятора, загальних тверджень щодо втрат ємності робити не можна. Це просто залежить. Сучасні наукові дослідження приходять до висновку, що всі досліджувані транспортні засоби та сценарії використання демонструють втрату потужності на 10% після 100 000 проїжджаних кілометрів. «Зараз це здається не так вже й багато, - каже Рор, - але проблема в тому, що втрати можуть відбуватися експоненціально з певного моменту». Отже, як тільки акумулятор пошкоджений, він ще швидше спускається у сток. Тому разом із своїм колегою Майклом Бауманом Рор заснував стартап, який може розрахувати та підтвердити стан працездатності акумуляторів в ефірі та передбачити залишковий термін служби. Такий метод дозволить оцінити використані батареї на науковій основі у разі вторинної переробки.