Заряджання електромобілів за 10 хвилин. та більш тривалий час автономної роботи завдяки … нагріванню. У Tesla це було два роки, зараз це вигадали вчені

Вважається, що сучасні літій-іонні елементи найкраще працюють за кімнатної температури, оскільки вони дозволяють знайти розумний компроміс між швидкістю зарядки та деградацією елементів. Однак виявляється, що нагрівання їх перед заряджанням дозволяє збільшити потужність зарядки і істотно не впливає на витрату заряду батареї.

Зміст

• Механізм від Tesla з науковим дослідженням
  • Найбільша проблема літій-іонних елементів – це затриманий літій. Або в SEI, або у графіті. І ще менше літію = менша ємність
  • Вища температура на короткий час = безпечна зарядка з більшою потужністю
  • Отримані результати? У вас під рукою: зарядка 200-500 кВт та 20-50 років автономної роботи

У 2017 році Tesla додала до своїх автомобілів механізм попереднього підігріву акумулятора. за низьких температур. Передбачалося, що це дасть змогу збільшити дальність польоту взимку та прискорити зарядку під час морозів. Однак нагрівання та охолодження самі по собі не були особливим відкриттям, багато виробників використовують активно охолоджувані/нагрівані елементи або комплектні акумуляторні блоки.

> Як охолоджуються акумулятори в електромобілях? [СПИСОК МОДЕЛЕЙ]

Ключ вийшов Нагрівання таким чином, щоб прискорити процес заряджання, не пошкоджуючи елементи.. Начебто після оновлення з'ясувалося, яка має бути температура, щоб скоротити час простою на зарядному пристрої. Функція підігріву батареї перед підключенням до Supercharger (попередній підігрів, зрештою 2019 року: розігрів батареї в дорозі) була постійно включена в програмне забезпечення після прем'єри Supercharger v3 у березні 2019 року:

> Tesla Supercharger V3: запас ходу майже +270 км за 10 хвилин, потужність зарядки 250 кВт, кабелі з рідинним охолодженням [оновити]

Вчені з Центру електрохімічних двигунів Університету штату Пенсільванія щойно довели правоту Тесли. І це означає електромобілі заряджаються за 10 хвилин z потужністю в кілька сотень кіловат i не турбуйтеся про деградацію ємності акумулятора десятиліттями, поки точно вибирається температура, до якої нагріваються осередки.

Але почнемо із самого початку:

Найбільша проблема літій-іонних елементів – це затриманий літій. Або в SEI, або у графіті. І ще менше літію = менша ємність

Прийнято вважати, що оптимальна робоча температура для літій-іонних елементів – кімнатна температура. Тому механізми активного охолодження акумулятора гарантують, що елементи не надто сильно перегріватимуться (адже не завжди вдається утримати номінальні 20 градусів Цельсія).

Кімнатна температура дозволяє стримувати зростання пасивуючого шару – затверділої фракції електроліту, що накопичується на електроді та зв'язує іони літію; SEI – і ув'язнення іонів літію у графітовому електроді. Підвищення температури означає, що обидва процеси прискорюються. Ви можете побачити це після початкових тестів.

> Tesla заперечується у Німеччині. Для «Автопілот», «Повністю автономне водіння»

Вчені Центру електрохімічних двигунів перевірили, що Літій-іонні елементи, що використовуються в електромобілях, витримують лише близько 50 зарядів при 6°C. (тобто у 6 разів більше, ніж ємність елемента, наприклад, елемент ємністю 0,2 кВтг заряджається джерелом 1,2 кВт тощо).

Для порівняння ті ж посилання:

• вони легко досягли 2 зарядів на 500С (Для автомобіля з акумулятором на 40 кВтг це 40 кВт, для автомобіля з акумулятором на 80 кВтг - 80 кВт і т. д.),
• вони вже тривали всього 200 зарядів при 4С.

У той же час, під «витримувати» ми маємо на увазі втрату 20 відсотків початкової потужності, тому що саме так розуміють цей термін в автомобільній промисловості.

Дослідники літій-іонних елементів протягом багатьох років намагалися вирішити цю проблему, змінивши склад електролітів або покриваючи електроди різними матеріалами, що запобігають захопленню іонів літію. Тому що саме іони літію, що переміщуються в батареї, відповідають за її ємність.

> Renault-Nissan інвестує в Enevate: «Заряджання акумулятора за 5 хвилин»

Цілком несподівано виявилося, що проблему можна вирішити набагато простіше. Достатньо нагріти елемент, щоб значно зменшити проблему захоплення іонів літію. На жаль, більш висока температура у будь-якому випадку викликала зменшення ємності осередку: коли інкапсуляція літію в електроді була обмежена, проблема зростання пасивуючого шару (SEI) не була вирішена.

Не палицею, а ціпком.

Вища температура для короткий час = безпечна зарядка із значно більшою потужністю

Проте вченим із згаданого дослідницького центру вдалося знайти золоту середину. Вони називали його Метод асиметричної температурної модуляції. Вони нагрівають елемент протягом 30 секунд до 48 градусів Цельсія, а потім заряджають його протягом 10 хвилин, щоб система нарешті запрацювала і температура впала.

Чому зарядка займає лише 10 хвилин? Що ж, при потужності 6 C цього часу достатньо, щоб зарядити акумулятор до 80 відсотків від його ємності. 6 C означає подачу потужності:

• 240 кВт для Nissan Leaf II
• 400 кВт для Hyundai Kona Electric 64 кВтг,
• 480 кВт Tesla Model 3.

При зарядці від 0 до 80 відсотків така висока потужність вимагає 10 хвилин простою зарядного пристрою. Однак, якщо швидкість розряду батареї нижча (10 відсотків, 15 відсотків, …), процес поповнення енергії займає навіть менше 10 хвилин!

Механізм охолодження батареї повинен тільки гарантувати, що температура батареї не піднімається вище 50 градусів (дослідники кажуть, що 53 градуси за Цельсієм), щоб обмежити швидкість створення шару, що пасивує. У той же час короткий час заряджання дозволяє скоротити період її зростання.

Отримані результати? У вас під рукою: зарядка 200-500 кВт та 20-50 років автономної роботи

Вченим вдалося довести, що оброблені таким чином осередки NMC622 здатні витримувати 1 зарядів з потужністю 700 C та втратою до 6 відсотків ємності. 20 зарядів – це не дуже вражаюче, але якщо ми проїжджаємо 1 кілометр на рік, а акумулятор має ємність 700 кВтг, це Результат трансформується на 23 роки експлуатації.

Додамо, що батареї та запас ходу електромобілів зростають, а поляки зазвичай проїжджають менше 20 80 кілометрів на рік, а це означає, що ємність акумуляторів має впасти до 30 відсотків приблизно через 50-XNUMX років.

> Ось! Перший електромобіль із реальним запасом ходу 600 км – Tesla Model S Long Range.

Warto poczytać: асиметрична модуляція температури для надшвидкої зарядки літій-іонних батарей

Відкриваюче фото: гальванічне покриття (літієве покриття) електрода в залежності від температури комірки (c) Центр електрохімічного двигуна

Це може вас зацікавити: