Laddar elbilar på 10 minuter. och längre batteritid tack vare...uppvärmning. Tesla hade det i två år, nu har forskare kommit på det

Moderna litiumjonceller tros fungera bäst i rumstemperatur, eftersom de möjliggör en rimlig kompromiss mellan laddningshastighet och cellnedbrytning. Det visar sig dock att uppvärmning av dem innan laddning ökar laddningseffekten och påverkar inte batteriförbrukningen nämnvärt.

innehållsförteckning

• Tesla-mekanism med vetenskaplig forskning
  • Det största problemet med litiumjonceller är det fångade litiumet. Antingen i SEI eller grafit. Och ännu mindre litium = mindre kapacitet
  • Högre temperatur under kort tid = säker laddning med mycket mer kraft
  • Resultat? Till hands: 200-500 kW laddning och 20-50 års batteritid

Under 2017 lade Tesla till en batteriförvärmningsmekanism till sina fordon. vid låga temperaturer. Det antogs att detta skulle öka flygräckvidden på vintern och påskynda laddningen under frost. Men uppvärmning och kylning i sig var inte mycket av en uppenbarelse, med många tillverkare som använde aktivt kylda/uppvärmda celler eller kompletta batteripaket.

> Hur kyls batterier i elfordon? [MODELLISTA]

Nyckeln visade sig Uppvärmning på ett sådant sätt att påskynda laddningsprocessen utan att skada cellerna.. Det verkar som att det efter uppdateringen blev klart vad temperaturen skulle vara för att minska stilleståndstiden på laddaren. Funktionen att värma batteriet innan anslutning till Supercharger (förvärmning, så småningom 2019: värma upp batteriet på vägen) ingick permanent i programvaran efter premiären av Supercharger v3 i mars 2019:

> Tesla Supercharger V3: nästan +270 km räckvidd på 10 minuter, 250 kW laddningseffekt, vätskekylda kablar [uppdatering]

Forskare vid Electrochemical Propulsion Center vid Pennsylvania State University visade precis att Tesla hade rätt. Och det betyder elbilar laddas på 10 minuter z effekt på flera hundra kilowatt i oroa dig inte för försämring av batterikapaciteten decennier, medan temperaturen till vilken cellerna värms är exakt vald.

Men låt oss börja från början:

Det största problemet med litiumjonceller är det fångade litiumet. Antingen i SEI eller grafit. Och ännu mindre litium = mindre kapacitet

Det är allmänt accepterat att den optimala driftstemperaturen för litiumjonceller är rumstemperatur. Därför säkerställer aktiva batterikylningsmekanismer att cellerna inte överhettas för mycket (det är trots allt inte alltid möjligt att hålla de nominella 20 grader Celsius).

Rumstemperatur gör att du kan begränsa tillväxten av det passiverande skiktet - den stelnade fraktionen av elektrolyten, som ackumuleras på elektroden och binder litiumjoner; SEI - och fängelse av litiumjoner i en grafitelektrod. En ökning av temperaturen gör att båda processerna accelereras. Du kan se detta efter inledande tester.

> Tesla är omstridd i Tyskland. För "Autopilot", "Full Autonomous Driving"

Forskare vid Electrochemical Propulsion Center har verifierat det Litiumjonceller som används i elfordon håller bara cirka 50 laddningar vid 6°C. (dvs 6 gånger cellkapaciteten, t.ex. laddas en 0,2 kWh-cell av en 1,2 kW-källa, etc.).

För jämförelse, samma länkar:

• de nådde lätt 2 laddningar vid 500C (för en bil med ett 40 kWh batteri är det 40 kW, för en bil med ett 80 kWh batteri är det 80 kW, etc.),
• de pågick redan endast 200 laddningar vid 4C.

Men med "stå emot" menar vi en förlust på 20 procent av den ursprungliga kraften, eftersom det är så bilindustrin förstår denna term.

Litiumjoncellforskare har i flera år försökt lösa detta problem genom att ändra elektrolyternas sammansättning eller belägga elektroderna med olika material som förhindrar att litiumjoner fångas in. För det är litiumjonerna som rör sig i batteriet som är ansvariga för dess kapacitet.

> Renault-Nissan investerar i Enevate: "Laddar batteriet på 5 minuter"

Helt oväntat visade det sig att problemet kunde lösas mycket enklare. Uppvärmning av cellen är tillräcklig för att avsevärt minska problemet med att fånga litiumjoner. Tyvärr orsakade den högre temperaturen en minskning av cellkapaciteten i alla fall: när litiuminkapslingen i elektroden var begränsad löstes inte problemet med passiveringsskiktstillväxt (SEI).

Inte med en pinne, utan med en pinne.

Högre temperatur för en kort tid = säker laddning med mycket mer kraft

Men forskare från det nämnda forskningscentret lyckades hitta en medelväg. De ringde honom Asymmetrisk temperaturmoduleringsmetod. De värmer cellen i 30 sekunder till 48 grader Celsius och laddar den sedan i 10 minuter för att äntligen få systemet att fungera och temperaturen sjunka.

Varför tar laddningen bara 10 minuter? Jo, med en effekt på 6 C räcker den här tiden för att ladda batteriet till 80 procent av dess kapacitet. 6 C betyder kraftleverans:

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

Vid laddning från 0 till 80 procent kräver denna höga effekt 10 minuters stilleståndstid för laddaren. Men om batteriladdningshastigheten är lägre (10 procent, 15 procent, ...), Energipåfyllningsprocessen tar till och med mindre än 10 minuter!

Batterikylningsmekanismen behöver bara se till att batteritemperaturen inte stiger över 50 grader (forskare säger 53 grader Celsius) för att begränsa hastigheten med vilken passiveringsskiktet skapas. Samtidigt låter den korta laddningstiden dig förkorta tillväxtperioden.

Resultat? Till hands: 200-500 kW laddning och 20-50 års batteritid

Forskarna kunde bevisa att NMC622-cellerna som behandlats på detta sätt klarar en laddning med en effekt på 1 C och en förlust på upp till 700 procent av kapaciteten. 6 laddningar är inte särskilt imponerande, men om vi kör 20 km om året och batteriet har en kapacitet på 1 kWh är detta Resultatet översätts till 23 års verksamhet.

Låt oss tillägga att batterierna och räckvidden för elfordon växer, och polacker kör vanligtvis mindre än 20 till 80 kilometer per år, vilket innebär att batterikapaciteten bör sjunka till 30 procent om cirka 50 till XNUMX år.

> Här! Det första elfordonet med en riktig räckvidd på 600 km är Tesla Model S Long Range.

Warto poczytać: asymmetrisk temperaturmodulering för ultrasnabb laddning av litiumjonbatterier

Öppningsfoto: elektroplätering (litiumbeläggning) av elektroden beroende på celltemperaturen (c) Centrum av den elektrokemiska motorn

Detta kan intressera dig: