Зарядка электромобилей за 10 минут. и более продолжительное время автономной работы благодаря … нагреву. У Tesla это было два года, сейчас это придумали ученые

Считается, что современные литий-ионные элементы лучше всего работают при комнатной температуре, поскольку они позволяют найти разумный компромисс между скоростью зарядки и деградацией элементов. Однако оказывается, что нагрев их перед зарядкой позволяет увеличить мощность зарядки и существенно не влияет на расход заряда батареи.

Оглавление

• Механизм от Tesla с научным исследованием
  • Самая большая проблема литий-ионных элементов – это задержанный литий. Либо в SEI, либо в графите. И еще меньше лития = меньшая емкость
  • Более высокая температура на короткое время = безопасная зарядка с гораздо большей мощностью
  • Полученные результаты? У вас под рукой: зарядка 200-500 кВт и 20-50 лет автономной работы

В 2017 году Tesla добавила в свои автомобили механизм предварительного подогрева аккумулятора. при низких температурах. Предполагалось, что это позволит увеличить дальность полета зимой и ускорить зарядку во время морозов. Однако нагрев и охлаждение сами по себе не были особым открытием, многие производители используют активно охлаждаемые / нагреваемые элементы или комплектные аккумуляторные блоки.

> Как охлаждаются аккумуляторы в электромобилях? [СПИСОК МОДЕЛЕЙ]

Ключ получился Нагревание таким образом, чтобы ускорить процесс зарядки, не повреждая элементы.. Вроде после обновления выяснилось, какая должна быть температура, чтобы сократить время простоя на зарядном устройстве. Функция подогрева батареи перед подключением к Supercharger (предварительный подогрев, в конечном итоге в 2019 году: разогрев батареи в пути) была постоянно включена в программное обеспечение после премьеры Supercharger v3 в марте 2019 года:

> Tesla Supercharger V3: запас хода почти +270 км за 10 минут, мощность зарядки 250 кВт, кабели с жидкостным охлаждением [обновление]

Ученые из Центра электрохимических двигателей Университета штата Пенсильвания только что доказали правоту Теслы. И это означает электромобили заряжаются за 10 минут z мощностью в несколько сотен киловатт i не беспокойтесь о деградации емкости аккумулятора десятилетиями, пока точно выбирается температура, до которой нагреваются ячейки.

Но начнем с самого начала:

Самая большая проблема литий-ионных элементов – это задержанный литий. Либо в SEI, либо в графите. И еще меньше лития = меньшая емкость

Принято считать, что оптимальная рабочая температура для литий-ионных элементов – комнатная температура. Поэтому механизмы активного охлаждения аккумулятора гарантируют, что элементы не будут слишком сильно перегреваться (ведь не всегда удается удержать номинальные 20 градусов Цельсия).

Комнатная температура позволяет сдерживать рост пассивирующего слоя – затвердевшей фракции электролита, которая накапливается на электроде и связывает ионы лития; SEI – и заточение ионов лития в графитовом электроде. Повышение температуры означает, что оба процесса ускоряются. Вы можете увидеть это после первоначальных тестов.

> Tesla оспаривается в Германии. Для «Автопилот», «Полностью автономное вождение»

Ученые Центра электрохимических двигателей проверили, что Литий-ионные элементы, используемые в электромобилях, выдерживают всего около 50 зарядов при 6 ° C. (т.е. в 6 раз больше, чем емкость элемента, например, элемент емкостью 0,2 кВтч заряжается источником 1,2 кВт и т. д.).

Для сравнения те же ссылки:

• они легко достигли 2 зарядов на 500С (для автомобиля с аккумулятором на 40 кВтч это 40 кВт, для автомобиля с аккумулятором на 80 кВтч – 80 кВт и т. д.),
• они уже длились всего 200 зарядов при 4С.

В то же время под «выдерживать» мы подразумеваем потерю 20 процентов первоначальной мощности, потому что именно так понимают этот термин в автомобильной промышленности.

Исследователи литий-ионных элементов в течение многих лет пытались решить эту проблему, изменив состав электролитов или покрывая электроды различными материалами, предотвращающими захват ионов лития. Потому что именно ионы лития, перемещающиеся в батарее, отвечают за ее емкость.

> Renault-Nissan инвестирует в Enevate: «Зарядка аккумулятора за 5 минут»

Совершенно неожиданно оказалось, что проблему можно решить намного проще. Достаточно нагреть элемент, чтобы значительно уменьшить проблему захвата ионов лития. К сожалению, более высокая температура в любом случае вызвала уменьшение емкости ячейки: когда инкапсуляция лития в электроде была ограничена, проблема роста пассивирующего слоя (SEI) не была решена.

Не палкой, а палкой.

Более высокая температура для короткое время = безопасная зарядка с гораздо большей мощностью

Однако ученым из упомянутого исследовательского центра удалось найти золотую середину. Они называли его Метод асимметричной температурной модуляции. Они нагревают элемент в течение 30 секунд до 48 градусов по Цельсию, а затем заряжают его в течение 10 минут, чтобы система наконец заработала и температура упала.

Почему зарядка занимает всего 10 минут? Что ж, при мощности в 6 C этого времени достаточно, чтобы зарядить аккумулятор до 80 процентов от его емкости. 6 C означает подачу мощности:

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

При зарядке от 0 до 80 процентов такая высокая мощность требует 10 минут простоя зарядного устройства. Однако, если скорость разряда батареи ниже (10 процентов, 15 процентов, …), процесс восполнения энергии занимает даже менее 10 минут!

Механизм охлаждения батареи должен только гарантировать, что температура батареи не поднимается выше 50 градусов (исследователи говорят, что 53 градуса по Цельсию), чтобы ограничить скорость создания пассивирующего слоя. В то же время короткое время зарядки позволяет сократить период ее роста.

Полученные результаты? У вас под рукой: зарядка 200-500 кВт и 20-50 лет автономной работы

Ученым удалось доказать, что обработанные таким образом ячейки NMC622 способны выдерживать 1 зарядов с мощностью 700 C и потерей до 6 процентов емкости. 20 зарядов – это не очень впечатляюще, но если мы проезжаем 1 километров в год, а аккумулятор имеет емкость 700 кВтч, это Результат трансформируется в 23 года эксплуатации.

Добавим, что батареи и запас хода электромобилей растут, а поляки обычно проезжают менее 20 80 километров в год, а это означает, что емкость аккумуляторов должна упасть до 30 процентов примерно через 50-XNUMX лет.

> Вот! Первый электромобиль с реальным запасом хода 600 км – Tesla Model S Long Range.

Warto poczytać: асимметричная модуляция температуры для сверхбыстрой зарядки литий-ионных батарей

Открывающее фото: гальваническое покрытие (литиевое покрытие) электрода в зависимости от температуры ячейки (c) Центр электрохимического двигателя

Это может вас заинтересовать: