Minskar DC-snabbladdning verkligen din elbils batterikapacitet?

Att snabbladda din elbil låter bra eftersom en snabbladdare på 350 kilowatt kan ta en elbil med stort batteri som en Lucid Air Pure till 80 procents laddning på 15 minuter. Även om det inte går lika snabbt som att fylla på ett traditionellt bensinfordon, minskar DC snabbladdning tiden det tar att fylla på ett elfordon.

Men kommer bekvämligheten med att ladda ett elfordon på bekostnad av batteriförsämring? Nåväl, låt oss ta reda på det.

Vad är DC-snabbladdning och hur fungerar det?

För att bättre förstå EV-batteriets livslängd är det viktigt att veta vad snabbladdning är och hur det fungerar. I stort sett kan ett elfordons batteri fyllas på med hjälp av tre olika metoder som kallas Nivå 1, Nivå 2 och Nivå 3 laddning. De två första typerna är beroende av växelström (AC), medan nivå 3-laddning, även känd som DC-snabbladdning, kräver likström.

Den viktiga skillnaden här är att nivå 1 och nivå 2 laddare använder fordonets inbyggda laddare för att konvertera strömmen från AC till DC, eftersom litiumjonbatteriet på ditt fordon inte kan ta växelström direkt.

När det kommer till nivå 3 snabbladdare kan de dock bara pumpa juice direkt in i batteriet utan att behöva en inbyggd laddare. Detta gör det möjligt för DC-laddning att driva enorma mängder ström och spänning till batteripaketet utan att begränsas av kapaciteten hos fordonets inbyggda laddare.

Varför förlorar litiumjonbatterier kapacitet med tiden?

Litiumjonbatterier omvandlar kemisk energi till elektrisk energi, och hypotetiskt borde denna reaktion pågå för evigt. Men vi vet alla att litiumjonbatterier inte varar för evigt. Men vad är den exakta orsaken till denna försämring?

Tja, flera kemiska reaktioner inträffar inuti en litiumjoncell när den laddas eller urladdas. Vissa reaktioner arbetar mot att generera elektricitet, medan andra förbrukar litiumjoner som minskar batteriets kapacitet. Med andra ord, med varje laddnings-urladdningscykel kommer en elbils litiumjonbatteri att förlora en del kapacitet; detta händer faktiskt och faller inte under kategorin EV-laddningsmyter.

Som sagt, det är viktigt att förstå att dessa reaktioner inträffar i olika takt baserat på flera miljöförhållanden, och det finns åtgärder du kan vidta för att få batteriet att hålla längre.

Därför tillhandahåller de flesta batteritillverkare en rad temperaturer vid vilka batterierna presterar bäst. Detta område ändras baserat på batteriets kemi, men i de flesta fall ligger det mellan -4 och 140 grader Fahrenheit för urladdning och mellan 0 och 45 grader Fahrenheit för laddning.

Detta driftsområde visar att batterier kan laddas i ett lägre temperaturintervall och ladda dem under extrema förhållanden, både kalla och varm, kan orsaka problem eftersom dessa förhållanden ökar hastigheten med vilken oönskade reaktioner inträffar, förbrukar litiumjoner och minskar kapacitet.

Vad händer vid snabbladdning av litiumjonbatterier?

Nu när vi vet varför kapaciteten hos ett litiumjonbatteri går ner kan vi försöka förstå vad som händer inuti batteriet när det är snabbladdat.

1. Skador på batterielektroder på grund av hög ström och spänning

Snabbladdning använder en högspänningsström för att ladda batteriet. Litiumjoner dras från katoden med större kraft och flyttas till anoden när de laddas. Detta orsakar sprickor i katoden och genererar även dendriter på elektroderna. På grund av dessa sprickor och dendrituppbyggnad minskar kapaciteten hos litiumjonceller, och de ökar också batteriets motstånd.

2. Nedbrytning vid hög temperatur

Batteriets inre motstånd ökar när det är snabbladdat. På grund av denna ökning i motstånd och den höga ströminmatningen under snabbladdning, genereras överdriven värme inuti batterierna. Denna höga temperatur minskar kapaciteten hos litiumjonbatterierna.

3. Lågtemperatur litiumplätering

När ett litiumjonbatteri snabbt laddas med höga strömmar vid låga temperaturer uppstår ett fenomen som kallas litiumplätering vid anoden. På grund av detta interkaleras inte litiumatomer inuti anoden. Detta resulterar i inert litiummetall (som inte kan generera elektricitet) på ytan av elektroderna.

Förstå EV-batterier

Om man tittar på listan över försämringsmekanismer som ges ovan, är det uppenbart att snabbladdning kommer att minska livslängden på ett elfordon. Som sagt, EV-batteripaket är designade för att förhindra batteriskador. Innan vi drar slutsatsen att snabbladdning är dåligt för elfordon, låt oss därför förstå hur deras batteripaket är designade för att motverka nedbrytning.

EV-batteripaket består av flera litiumjonceller som är anslutna för att skapa moduler. Flera moduler är anslutna för att skapa paketet, och dess batteriets hälsa hanteras av batterihanteringssystemet, även känd som BMS.

BMS är i grunden en dator ansluten till flera sensorer som övervakar individuell cellspänning, ström och temperatur. Den analyserar sedan dessa data för att säkerställa att varje cell fungerar optimalt.

Om cellerna inuti batteripaketet är för varma, kommer BMS att öka kylningen för att minska den totala packtemperaturen. Om den upptäcker en hög cellspänning eller ström under DC-snabbladdning, kommer den att reglera båda parametrarna för att förhindra batteriskador.

BMS är därför den EV-del som har den största rollen för att minska batteriförsämringen.

Hur mycket skada gör snabbladdning på din elbils batteri?

Låt oss titta på några studier som visar hur mycket skada fordon går igenom på grund av snabbladdning. Fyra 2012 Nissan Leaf elfordon kördes i Phoenix, Arizona av Idaho National Laboratory. Två fordon laddades med DC-snabbladdning, medan de andra två laddades med AC-nivå 2-laddning, med följande resultat:

1. Kapacitetstester för båda uppsättningarna av fordon gjordes efter att ha tillryggalagt 50 000 miles, och skillnaden i kapacitet förlust mellan fordon laddade med snabbladdning och AC nivå 2-laddning visade sig vara i intervallet 3 till 9 procent.

2. Fordon som laddas med snabbladdning när de körs med en konstant hastighet på 45 mph kunde erbjuda en räckvidd på 70 miles, medan de som laddades med AC Level 2 gav 82 miles.

3. I början av testet kunde fordonen som laddades med DC-snabbladdning erbjuda en räckvidd på 102 miles när de kördes i konstanta 45 mph. Efter att ha genomfört 63 000 miles av tester, erbjöd samma fordon en räckvidd på 58 miles. Visar en minskning med 43 procent i intervallet. Fordonet som laddades med AC-snabbladdning erbjöd en räckvidd på 104 miles, vilket reducerades till 64 miles efter att testerna genomförts. Går igenom en intervallförsämring på 38 procent.

Batteriförsämring sker oavsett laddningsmetod, men den ökar i fordon som är snabbladdade; skillnaden är cirka 5 procent.

Konsekvenserna av snabbladdning i litiumjonbatterier

I ett separat experiment från det ovan testades två Nissan Leaf-batteripaket i laboratorieförhållanden av Idaho National Laboratory. Den ena var DC-snabbladdad, medan den andra bara fick AC-laddning. Detta tests mål var att se vad som händer med hela förpackningen i motsats till varje cell som i föregående experiment.

1. Paketet som laddades med AC-laddning hade en kapacitetsfading på 23,1 procent efter att ha slutfört 780 laddnings-urladdningscykler. Paketet som bara var snabbladdat fick en kapacitetsminskning på 28,1 procent.

2. En stark korrelation mellan kapacitet och temperatur hittades när packkapaciteten jämfördes med cellkapacitet vid olika temperaturer: kapacitet blekning var högre i celler som testades vid högre temperaturer och var lägre när cellerna hade en omgivningstemperatur på 68 grader Fahrenheit (20 grader Celsius).

Detta visar en stark korrelation mellan batteriförsämring och temperatur, vilket tyder på att snabbladdning inte är en lika viktig faktor för batteriförsämring.

Vad 6 000 EV-batterier berättar om EV-batteriets hälsa

I en annan studie samlade Geotab, ett fleet management-företag, batterihälsodata från 6 000 elbilar och drog slutsatsen att snabbladdning ökade hastigheten med vilken ett batteri försämras. Denna studie, precis som många andra, visade att snabbladdning ökade hastigheten med vilken litiumjonen batteriet i ditt fordon försämras och lyfte fram BMS: s avgörande roll för att hålla nedbrytningen så låg som möjlig.

Är DC-snabbladdning dåligt för ditt elfordon?

Din EV: s batteri kommer att förlora kapacitet allt eftersom tiden går. Som sagt, hastigheten med vilken denna nedbrytning sker beror på flera faktorer, och snabbladdning är verkligen en faktor som kan påskynda detta.

En annan sak att notera är att användning av snabbladdning med måtta inte kommer att minska räckvidden för din batteriet i stor utsträckning, och du kan använda det på långa vägresor för att minska tiden det tar att safta upp din fordon.