Nabijte elektromobily za 10 minut. a delší životnost baterie díky ... vytápění. Tesla ho měla dva roky, teď ho vynalezli vědci

Předpokládá se, že moderní lithium-iontové články fungují nejlépe při pokojové teplotě, protože poskytují rozumný kompromis mezi rychlostí nabíjení a degradací článku. Ukazuje se však, že jejich zahřátí před nabíjením umožňuje zvýšit nabíjecí výkon a výrazně neovlivňuje spotřebu baterie.

obsah

• Mechanismus od Tesly s vědeckým výzkumem
  • Největším problémem lithium-iontových článků je zachycené lithium. Buď v SEI nebo grafitu. A ještě méně lithia = menší kapacita
  • Vyšší teplota na krátkou dobu = bezpečné nabíjení s mnohem větším výkonem
  • Výsledek? Na dosah ruky: nabíjení 200-500 kW a životnost baterie 20-50 let

Tesla přidala v roce 2017 do svých vozidel mechanismus předehřívání baterie. při nízkých teplotách. Předpokládalo se, že to zvýší dolet v zimě a urychlí nabíjení během chladného počasí. Samotné zahřívání a chlazení však nebylo zvláštním objevem, řada výrobců používá aktivně chlazené / vyhřívané články nebo kompletní bateriové sady.

> Jak jsou chlazeny baterie v elektromobilech? [SEZNAM MODELŮ]

Klíč se ukázal Zahřívání takovým způsobem, aby se urychlil proces nabíjení bez poškození článků.... Zdá se, že po aktualizaci bylo jasné, jaká by měla být teplota, aby se zkrátily prostoje na nabíječce. Funkce předehřívání baterie před připojením k Superchargeru (předehřívání případně v roce 2019: zahřívání baterie na cestě) je trvale součástí softwaru od premiéry Supercharger v3 v březnu 2019:

> Tesla Supercharger V3: 270minutový dojezd téměř 10 km, nabíjecí výkon 250 kW, kapalinou chlazené kabely [aktualizace]

Vědci z Centra pro elektrochemické motory na Penn State University právě dokázali, že Tesla měl pravdu. A to znamená elektromobily se nabijí za 10 minut z s kapacitou několika stovek kilowattů i nebojte se snížení kapacity baterie desítky let, dokud není přesně zvolena teplota, na kterou se články zahřívají.

Ale začněme úplně od začátku:

Největším problémem lithium-iontových článků je zachycené lithium. Buď v SEI nebo grafitu. A ještě méně lithia = menší kapacita

Je všeobecně uznáváno, že optimální provozní teplota pro lithium-iontové články je pokojová teplota... Mechanismy aktivního chlazení baterie tedy zajišťují, že se články příliš nepřehřívají (přeci jen ne vždy se podaří dodržet nominálních 20 stupňů Celsia).

Pokojová teplota umožňuje omezit růst pasivační vrstvy - ztuhlé frakce elektrolytu, která se hromadí na elektrodě a váže ionty lithia; SEI - a uvěznění iontů lithia v grafitové elektrodě. Zvýšení teploty znamená zrychlení obou procesů. Můžete to vidět po prvních testech.

> Tesla je v Německu sporná. Pro "Autopilot", "Plně autonomní řízení"

Ověřili to vědci z Centra pro elektrochemické motory Lithium-iontové články používané v elektrických vozidlech udrží jen asi 50 nabití při 6 °C. (t.j. 6x více než je kapacita článku, např. 0,2 kWh článek se nabíjí 1,2 kW zdrojem apod.).

Pro srovnání stejné odkazy:

• snadno dosáhli 2 nabití při 500C (u vozu s 40 kWh baterií je to 40 kW, u vozu s 80 kWh baterií 80 kW atd.),
• už vydržely pouze 200 nabití při 4C.

„Vydržet“ přitom rozumíme ztrátu 20 procent původního výkonu, protože tak je tento pojem chápán v automobilovém průmyslu.

Výzkumníci na lithium-iontových článcích se léta pokoušeli tento problém vyřešit změnou složení elektrolytů nebo potažením elektrod různými materiály, aby se zabránilo zachycení iontů lithia. Protože právě ionty lithia, které se v baterii pohybují, jsou zodpovědné za její kapacitu.

> Renault-Nissan investuje do Enevate: „Nabití baterie za 5 minut“

Zcela nečekaně se ukázalo, že problém lze vyřešit mnohem jednodušeji. K výraznému snížení problému zachycování lithných iontů stačí článek zahřát. Bohužel vyšší teplota stejně způsobila pokles kapacity článku: když bylo zapouzdření lithia v elektrodě omezeno, problém růstu pasivační vrstvy (SEI) nebyl vyřešen.

Ne klackem, ale klackem.

Vyšší teplota pro krátký čas = bezpečné nabíjení s mnohem větším výkonem

Vědcům ze zmíněného výzkumného centra se však podařilo najít střední cestu. Zavolali mu Metoda asymetrické modulace teploty... Zahřívají prvek po dobu 30 sekund na 48 stupňů Celsia a poté jej nabíjejí po dobu 10 minut, aby systém konečně fungoval a teplota klesla.

Proč nabíjení trvá jen 10 minut? No a při 6 C je to dostatečná doba k nabití baterie na 80 procent její kapacity. 6 C znamená napájení:

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

Při nabití z 0 na 80 procent vyžaduje tento vysoký výkon 10 minut výpadku nabíječky. Pokud je však rychlost vybíjení baterie nižší (10 procent, 15 procent, ...), proces doplnění energie trvá dokonce méně než 10 minut!

Mechanismus chlazení baterie má pouze zajistit, aby teplota baterie nestoupla nad 50 stupňů (výzkumníci uvádějí 53 stupňů Celsia), aby se omezila rychlost vytváření pasivační vrstvy. Krátká doba nabíjení zároveň umožňuje zkrátit dobu růstu.

Výsledek? Na dosah ruky: nabíjení 200-500 kW a životnost baterie 20-50 let

Vědcům se podařilo prokázat, že takto ošetřené články NMC622 jsou schopny vydržet 1 nabití o výkonu 700 C a ztrátě až 6 procent kapacity. 20 nabití není moc působivé, ale pokud ujedeme 1 km ročně a baterie má kapacitu 700 kWh, je to Výsledek se promítá do 23 let provozu.

Dodáváme, že baterie a dojezd elektromobilů rostou a Poláci běžně najedou méně než 20 80 kilometrů ročně, což znamená, že kapacita baterie by měla klesnout na 30 procent zhruba za 50 až XNUMX let.

> Tady! Prvním elektromobilem s reálným dojezdem 600 km je Tesla Model S Long Range.

Warto poczytać: asymetrická teplotní modulace pro ultra rychlé nabíjení lithium-iontových baterií

Úvodní foto: galvanické pokovování (lithiový povlak) elektrody v závislosti na teplotě článku (c) Střed elektrochemického motoru

Toto by vás mohlo zajímat: