Какое количество циклов зарядов на электромобилях: Аккумуляторные батареи электромобилей

Файлы cookie социальных сетей

Эти файлы cookie добавлены на сайт различными сервисами социальных сетей, чтобы вы могли делиться нашим контентом с друзьями и знакомыми (см. нашу «Политику в отношении файлов cookie»). Файлы cookie для социальных сетей могут отслеживать в браузере историю посещения сайтов и составлять списки интересов. В результате вы увидите персонализированный контент и сообщения на других сайтах. Запретив использование этих файлов cookie, вы не увидите ссылки на социальные сети или не сможете ими воспользоваться.

Что происходит со старыми аккумуляторами электромобилей?

Электромобили (электромобили) — это уже не будущее, а настоящее. В Великобритании запрет на продажу новых бензиновых и дизельных автомобилей к 2030 году ускорил переход на электромобили. «Беспокойство о запасе хода» в электромобилях было признано проблемой для потенциальных водителей электромобилей, при этом 950 миллионов фунтов стерлингов государственного финансирования теперь выделяются на быструю зарядку на станциях технического обслуживания и 1,3 миллиарда фунтов стерлингов на инфраструктуру зарядки электромобилей, включая дома и улицы.Остается одна проблема для потенциальных покупателей электромобилей — что происходит с аккумуляторами электромобилей по истечении срока их службы?

Как работают аккумуляторы электромобилей?

В то время как двигатели внутреннего сгорания получают энергию от сжигания бензина или дизельного топлива, электромобиль питается напрямую от большого блока батарей. Эти батареи для электромобилей совершенно не похожи на тяжелые свинцово-кислотные батареи в обычных автомобилях с двигателями внутреннего сгорания.

EV намного ближе к аккумуляторам вашего мобильного телефона или ноутбука, но при этом более надежны и имеют значительно увеличенный срок службы.В аккумуляторах электромобилей используется комплект, состоящий из 2000 с лишним отдельных литий-ионных элементов, работающих вместе. В батареях нет металлического лития, только ионы — атомы или молекулы с электрическим зарядом.

При подзарядке автомобиля электричество используется для химических изменений в батареях. Когда он приводится в движение, батареи используются для разряда энергии.

Грэм Купер, наш директор по обезуглероживанию транспорта, объясняет: «Система управления батареями электромобиля — или BMS — позволяет аккуратно доливать элементы.BMS сохраняет эффективность и срок службы батареи, благодаря чему батареи работают намного дольше, чем у вашего телефона или ноутбука (в котором нет BMS) ».

На сколько хватает заряда аккумуляторов электромобилей?

Сотни аккуратно пополняемых ячеек внутри аккумулятора электромобиля означают, что каждый аккумуляторный блок, как ожидается, сохранит свою зарядно-разрядную способность от 100 000 до 200 000 миль. Производители настолько уверены в том, что аккумулятор можно использовать на дорогах, что на большинство электромобилей распространяется расширенная гарантия на восемь лет или 100 000 миль.

Аккумулятор переживет машину …

«Аккумулятор переживет автомобиль», — уверенно говорит Грэм Купер. «Сегодня большинство аккумуляторов электромобилей имеют ожидаемый срок службы от 15 до 20 лет в автомобиле — и вторую жизнь после этого».

Также стоит отметить, что технология аккумуляторов для электромобилей все еще развивается, поэтому мы ожидаем, что по мере развития технологий срок службы аккумуляторов будет увеличиваться, а также станет дешевле, меньше и даже легче.

Что произойдет с аккумуляторами электромобилей, если они больше не будут надежно и быстро приводить в действие автомобили?

Как только аккумулятор электромобиля начинает терять способность приводить в движение транспортное средство на расстоянии, он все еще имеет полезный срок службы.Когда производительность аккумулятора электромобиля падает до 70% или меньше, начинается его «вторая жизнь».

Аккумулятор электромобиля получает вторую жизнь после 100 000 — 200 000 с лишним миль в пути…

«Батарея электромобиля получает вторую жизнь после 100 000–200 000 с лишним миль в пути», — объясняет Грэм. «Жизнеспособный аккумулятор еще имеет остаточный срок службы, поэтому его можно повесить на задней стене вашего гаража или в шкафу под лестницей в качестве статической аккумуляторной системы хранения энергии, если у вас есть возобновляемый источник энергии, такой как солнечные панели .”

Полезность второй ступени этой аккумуляторной батареи электромобиля в сочетании с возобновляемой энергией означает, что люди могут сэкономить на счетах и ​​увеличить использование чистой энергии , когда солнечный свет уменьшается.

Зеленый цикл для батарей электромобиля?

Помимо накопления энергии в вашем доме или на рабочем месте, в более крупном масштабе бывшие батареи EV могут использоваться для питания промышленных предприятий и улиц. В благоприятном энергетическом цикле, в конечном итоге, фабрики, производящие батареи, могут получать энергию от перепрофилированных батарей.

Производители электромобилей делают большие инвестиции, чтобы дать автомобильным аккумуляторам новую жизнь в крупномасштабных системах хранения аккумуляторов .

Nissan использует устаревшие аккумуляторные батареи для электромобилей для обеспечения резервного питания Амстердамской арены — развлекательного центра, где находится футбольный клуб «Аякс».

Toyota установит бывших в употреблении аккумуляторов для электромобилей возле магазинов в Японии. Батареи будут использоваться для хранения энергии, вырабатываемой солнечными панелями.Накопленная энергия затем будет использоваться для поддержания питания холодильников для напитков, подогревателей пищи и прилавков со свежими продуктами в магазинах.

Renault также объявила, что аккумуляторные батареи для электромобилей Renault Zoe EV будут перепрофилированы для выработки энергии для Powervault — домашней системы хранения аккумуляторных батарей. А Nissan запустил XStorage, используя автомобильные аккумуляторы Nissan Leaf в качестве систем хранения для дома и бизнеса.

Будут ли аккумуляторы электромобилей утилизировать по окончании срока службы?

Да, когда срок службы аккумуляторов электромобилей истечет, они будут отправлены на переработку.Поскольку электромобили занимают лидирующие позиции на наших дорогах — сокращая выбросы парниковых газов и шумовое загрязнение по сравнению с автомобилями, работающими на ископаемом топливе — гонка продолжается, чтобы найти еще более эффективные методы утилизации, чтобы полностью раскрыть их зеленый потенциал.

Выбрасывать аккумуляторы электромобилей на свалку не имеет ни экономического, ни экологического смысла — этого просто не произойдет.

«Рынок активной утилизации аккумуляторов находится в зачаточном состоянии, поскольку автомобильные аккумуляторы настолько надежны и долговечны», — объясняет Грэм.«Но мы можем ожидать огромного роста технологий вторичной переработки. Выбрасывать батареи электромобилей на свалку не имеет ни экономического, ни экологического смысла — этого просто не произойдет ».

Текущие методы плавки и выщелачивания будут усовершенствованы в ближайшие годы, как и конструкции батарей для оптимизации процесса разделения и переработки отработавших батарей. В Великобритании Управление транспортных средств с нулевым уровнем выбросов (OZEV) объявило конкурс на сумму 7 млн ​​фунтов стерлингов для решений для транспортных средств, направленных на решение проблем, связанных с переходом на автомобили с нулевым уровнем выбросов, включая повышение устойчивости.

Бывший технический директор Tesla Дж. Б. Штраубель запустил Redwood Materials , один из множества новых стартапов, стремящихся решить проблему, которой еще не существует; как утилизировать аккумуляторы электромобилей, срок годности которых истек.

Штраубель сказал Wired : «Когда все эти батареи находятся в обращении, кажется совершенно очевидным, что в конечном итоге мы собираемся построить экосистему восстановления».

Что 6000 электромобилей могут рассказать нам о состоянии аккумуляторной батареи электромобиля?

На сколько хватает заряда аккумулятора электромобиля? Воспользуйтесь бесплатным инструментом EV Battery Degradation Tool, чтобы сравнить среднюю деградацию батареи с течением времени для разных марок автомобилей и моделей лет.Geotab разработал инструмент на основе анализа 6300 автопарков и потребительских электромобилей. Читайте дальше, чтобы узнать о состоянии аккумулятора электромобиля и получить важные выводы о реальных характеристиках аккумулятора.

См. Также: В какой степени температура влияет на диапазон EV?

Важность аккумуляторов для электромобилей

Если вы думаете о покупке электромобиля (электромобиля), следует учитывать несколько важных факторов. Эти три вопроса, вероятно, находятся в верхней части вашего списка:

• Сколько будет стоить электромобиль?
• Каков его диапазон?
• На сколько хватит заряда батареи?

С точки зрения жизненного цикла, производительность и работоспособность аккумулятора действительно являются ключевыми факторами.Поскольку аккумулятор является самым дорогим компонентом электромобиля, степень его разрушения повлияет на остаточную стоимость транспортного средства (что помогает ответить на вопрос о стоимости сверху), а также окажет прямое влияние на максимальный полезный диапазон с течением времени.

См. Также: Подкаст: мифы об электромобилях и управление ими с Шарлоттой Аргу

На сколько хватит заряда аккумулятора электромобиля?

Вы могли заметить, что сложно получить прямой ответ на вопросы о сроке службы батареи электромобиля.Вместо этого вы можете найти гарантии, что на батареи распространяется гарантия, если что-то пойдет не так. Обычно срок действия батареи составляет 8 лет или 100 000 миль, но это зависит от производителя и страны.

Гарантии обнадеживают, как и тот факт, что стоимость аккумуляторов значительно снижается из года в год. С 2010 года цена на средний литий-ионный аккумулятор упала на более 80% .

Гарантия автопроизводителя на технологию аккумуляторов и обещание снижения затрат должны внушать некоторое доверие.Тем не менее, большинству из нас было бы удобнее знать, как быстро разряжаются наши батареи и как минимизировать эти потери.

См. Также: Подготовка к электромобилям: результаты исследования электромобилей Charge the North для операторов автопарка

Что такое деградация аккумулятора электромобиля?

Износ батареи — это естественный процесс, который необратимо снижает количество энергии, которое батарея может хранить, или количество энергии, которое она может выдать. Аккумуляторы в электромобилях, как правило, могут обеспечивать большую мощность, чем могут выдержать компоненты трансмиссии.В результате снижение мощности в электромобилях наблюдается редко, и имеет значение только потеря способности батареи накапливать энергию.

Состояние батареи называется ее состоянием здоровья (SOH). Батареи начинают свою жизнь со 100% SOH и со временем изнашиваются. Например, батарея на 60 кВтч с SOH 90% будет эффективно действовать как батарея на 54 кВтч.

Имейте в виду, что это не то же самое, что диапазон автомобиля (расстояние, которое автомобиль может проехать на этих кВтч), который будет колебаться ежедневно или от поездки к поездке, в зависимости от ряда факторов, включая уровень заряда, топография, температура, вспомогательное использование, привычки вождения и пассажирская или грузовая нагрузка.

1. Время
2. Высокие температуры
3. Работа при высоком и низком уровне заряда
4. Высокий электрический ток
5. Использование (энергетические циклы)

Пока было Проведено множество исследований состояния аккумулятора, очень мало данных о реальных характеристиках электромобилей с течением времени, не говоря уже о сравнениях между различными марками и моделями. До настоящего времени.

См. Также: J1939: Почему электрические грузовики и автобусы говорят на одном языке — это хорошо для автопарков

Представляем инструмент для деградации электромобилей

Компания Geotab создала инструмент для деградации электромобилей для оценки состояния батарей и учитывать относительную важность вышеперечисленных факторов для срока службы батареи электромобиля в реальных условиях.

Мы проанализировали состояние аккумуляторов 6300 автопарков и потребительских электромобилей, что составляет 1,8 миллиона дней данных. На основе обработанных телематических данных мы получили представление о том, как реальные условия влияют на состояние аккумуляторной батареи электромобилей, предоставив агрегированные средние данные о деградации для 21 отдельной модели транспортного средства, представляющих 64 марки, модели и годы.

Примечания к инструменту:

• Кривые деградации, показанные ниже, представляют собой среднюю линию тренда на основе проанализированных данных.
• Эти графики могут дать представление о среднем состоянии аккумулятора с течением времени, но их не следует интерпретировать как точный прогноз для какого-либо конкретного автомобиля.
• Подмножество марок, моделей и лет автомобилей недоступно в инструменте визуализации — мы исключили автомобили с недостаточными данными, поэтому не беспокойтесь, если выбранный вами автомобиль отсутствует.

Начало работы с инструментом

Для получения дополнительной информации и использования инструмента см. Страницу «Инструмент для разрушения аккумуляторной батареи электромобиля».Чтобы проверить это, используйте встроенную версию ниже:

Основные выводы

Наблюдается высокий уровень стабильного состояния аккумулятора

В первую очередь, на основе данных более 6000 электромобилей, охватывающих все основные марки и модели, демонстрируемые аккумуляторными батареями. высокий уровень устойчивого здоровья. Если наблюдаемые темпы деградации сохранятся, подавляющее большинство аккумуляторов прослужат дольше всего срока службы транспортного средства.

Как и мы, здоровье ухудшается с возрастом

Как и следовало ожидать, чем старше автомобиль, тем больше вероятность того, что его аккумулятор разряжен.Однако, если посмотреть на среднее снижение по всем автомобилям, потери, возможно, незначительны — 2,3% в год. Это означает, что если вы покупаете электромобиль сегодня с запасом хода 150 миль, потеря около 17 миль доступного диапазона через пять лет вряд ли повлияет на ваши повседневные потребности.

Является ли деградация батареи электромобиля линейной?

Хотя этот инструмент показывает более или менее линейную деградацию, как правило, ожидается, что батареи электромобилей будут снижаться нелинейно: начальное падение, которое затем продолжает снижаться, но гораздо более умеренными темпами.Ближе к концу срока службы батарея подвергнется окончательному значительному падению, как показано ниже.

Рисунок 1: Ожидается, что нормальная кривая деградации будет выглядеть примерно так.

К счастью для водителей, слишком мало батарей, которые мы наблюдали, подошли к концу срока службы, и мы не можем предсказать, в какой момент это может произойти. Мы продолжим следить за тем, чтобы увидеть, когда начинается нелинейная деградация (также известная как «пятка»).

Существует измеримая разница между марками, моделями и годами выпуска.

Судя по нашим данным, автомобильные аккумуляторные батареи по-разному реагируют на проверку временем, в зависимости от их марки и года выпуска.Почему в среднем одни модели автомобилей деградируют быстрее, чем другие? Двумя потенциальными факторами являются химический состав аккумуляторной батареи и терморегулирование аккумуляторной батареи.

Хотя в электромобилях используются литий-ионные батареи, существует множество различных вариантов химического состава литий-ионных аккумуляторов (наиболее заметное различие заключается в материалах, из которых изготовлены электроды). Химический состав батареи влияет на ее реакцию на стресс. Помимо химического состава клеток, методы контроля температуры различаются в зависимости от модели автомобиля.Основное различие заключается в том, охлаждается и / или нагревается ли аккумуляторная батарея воздухом или жидкостью.

Давайте сравним автомобиль с системой жидкостного охлаждения с автомобилем с пассивной системой воздушного охлаждения: Tesla Model S 2015 года и Nissan Leaf 2015 года соответственно. Leaf имеет средний уровень деградации 4,2%, а Model S — 2,3%. Хорошее управление температурой означает лучшую защиту от деградации.

Рисунок 2: Сравнение износа аккумулятора Tesla Model S 2015 г. (жидкостное охлаждение) иNissan Leaf 2015 года (пассивное воздушное охлаждение).

Состояние заряда (SOC) и буферный эффект

Другая предполагаемая причина различий в состоянии батарей между производителями — это способ управления SOC. Работа почти полностью разряженной или почти полностью разряженной батареи влияет на ее работоспособность. Чтобы ограничить этот эффект, многие производители добавляют буфер, эффективно предотвращающий доступ к крайним концам окна SOC (показано на изображении ниже).

В дополнение к защитным буферам на верхнем и нижнем конце диапазона аккумуляторов, многие автомобили предоставляют владельцу электромобиля возможность остановить обычную ежедневную зарядку на уровне ниже 100%.

Рис. 3. Буферы защиты аккумулятора управляют окном пригодного состояния заряда для электромобиля.

Знаете ли вы?

Устранение крайностей делается не только для здоровья аккумулятора, но и для безопасной эксплуатации автомобиля. В крайнем случае аккумулятор не сможет принять или выдать полную мощность, что повлияет на качество вождения. По сути, аккумулятор на 100% заряжен не полностью с чисто химической точки зрения.

Точно так же 0% не является полностью пустым.Поскольку владелец транспортного средства не может получить доступ к этим частям диапазона аккумуляторов из соображений безопасности и срока службы аккумулятора, вероятно, многие не знают об этом. Благодаря беспроводным обновлениям программного обеспечения размер буфера может меняться со временем, что было обнаружено некоторыми владельцами Tesla в 2019 году, когда они заметили уменьшение своего верхнего диапазона. Tesla подтвердила, что обновление было сделано «для защиты аккумулятора и увеличения срока службы».

Кроме того, у некоторых автопроизводителей есть регулируемые потолки заряда, где пользователь может предварительно установить, в какой момент батарея перестает заряжаться (например,g., они могут сказать автомобилю, чтобы он прекратил зарядку на 75% вместо 100%). Эта дискреционная область владельца (B на рисунке выше) работает в сочетании с недискреционным буфером (A), чтобы ограничить работу батареи в областях с более высокой степенью деградации. В более поздних обновлениях инструмента деградации мы намерены включить влияние операций владельца в пределах этой дискреционной (B) области и результирующее влияние на скорость деградации.

Рассмотрим пример:

Chevrolet Volt, особенно ранних моделей, имеет сравнительно большие верхний и нижний защитные буферы (области A и D), которые динамически меняются с возрастом батареи.Хотя большие буферы означают меньше энергии для вождения, это должно привести к увеличению срока службы аккумуляторной батареи. Учитывая большие буферы SOC, регулирование температуры жидкости и динамический (уменьшающийся) размер буфера, на Volt следует ожидать более медленную, чем среднюю скорость деградации.

Рис. 4. Износ аккумуляторной батареи Chevrolet Volt с течением времени по сравнению со всеми автомобилями.

Какие дополнительные факторы влияют на работоспособность аккумулятора?

Основываясь на доступных телематических данных, мы смогли оценить деградацию аккумулятора в зависимости от различных факторов, которым подвергались автомобили, и посмотреть, есть ли какая-либо корреляция с ухудшением состояния здоровья.Эти факторы включали:

• Использование
• Экстремальные климатические условия
• Тип зарядки

Со временем мы надеемся превратить эти идеи в инструмент деградации, который может лучше прогнозировать состояние здоровья электромобиля.

Высокий уровень использования транспортного средства не означает более высокий уровень износа аккумулятора.

Одна интересная информация, которую мы смогли почерпнуть из данных, заключалась в том, что автомобили с интенсивным использованием не демонстрировали значительно более высокий уровень износа аккумулятора. Это должно стать долгожданной новостью, поскольку вы не получите преимуществ от электромобиля, если он просто стоит во дворе автопарка.

На вынос? Не бойтесь загружать свои электромобили в интенсивные рабочие циклы. Пока они находятся в пределах своего дневного запаса хода, время их работы от батареи не пострадает. Одно предостережение: если интенсивное использование требует обычной быстрой зарядки постоянным током, обязательно прочтите раздел о влиянии типа зарядки.

Рис. 5. Объем использования не оказывает большого влияния на скорость деградации.

Транспортные средства, эксплуатируемые при высоких температурах, быстрее разряжаются в аккумуляторе SOH

Аккумулятор, подвергающийся воздействию очень высоких температур, будет подвержен большему повреждению, но насколько? Будет ли у электромобиля в Аризоне срок службы батареи отличаться от того же автомобиля, который ездит в Норвегии? Чтобы выяснить это, мы сгруппировали автомобили по следующим климатическим условиям:

• Умеренный: Менее 5 дней в году при температуре выше 80 F (27 C) или ниже 23 F (-5 C).
• Горячий: Более 5 дней в году при температуре выше 80 F (27 C).

Как показано ниже, автомобили, эксплуатируемые в жарком климате, демонстрировали заметно более быстрые темпы спада, чем автомобили, эксплуатируемые в умеренном климате. Это не лучшая новость, если вы и ваш флот трудитесь под палящим солнцем.

Жара и холод также влияют на ваш повседневный диапазон. Чтобы понять, как это сделать, взгляните на наш инструмент измерения температуры для диапазона EV .

Рис. 6. Батареи, подвергающиеся воздействию жарких дней, разлагаются быстрее, чем батареи в умеренном климате.

Взглянем на тип заряда

Мы смогли посмотреть на преобладающий уровень зарядки, используемый для электромобилей в нашей системе. Североамериканские зарядные станции для электромобилей делятся на три основных типа:

1. Уровень 1: 120 вольт — обычная домашняя розетка в Северной Америке.
2. Уровень 2: 240 В — типично для зарядки дома или автопарка.
3. Зарядное устройство постоянного тока: DCFC — для более быстрого пополнения.

Чтобы получить обзор зарядки и связанных с ней затрат, прочитайте наше простое руководство по зарядке электромобилей .

Зарядка в большей части Европы называется зарядкой переменным током (что обычно эквивалентно Уровню 2 в Северной Америке) и зарядкой постоянным током (DCFC, как описано выше).

Хотя уровень 2 часто называют оптимальным способом зарядки электромобиля, разница в состоянии батареи между автомобилями, которые обычно заряжаются на уровне 2, по сравнению с теми, которые использовали уровень 1, по-видимому, наблюдалась, но не превышала этот уровень. статистической значимости.

Рисунок 7: Ухудшение заряда аккумулятора для транспортных средств, которые в основном заряжаются на Уровне 1 по сравнению с Уровнем 2.

Однако использование DCFC влияет на скорость разряда батарей. Быстрая зарядка аккумулятора означает высокие токи, приводящие к высоким температурам, которые, как известно, вызывают напряжение аккумуляторов. Фактически, многие автопроизводители предлагают ограничить использование DCFC, чтобы продлить срок службы батарей своих автомобилей.

Здесь мы смотрим на все аккумуляторные электромобили в одной и той же климатической группе (мы выбрали наиболее уязвимую группу — тех, которые работают в экстремальных климатических условиях), и классифицировали их в зависимости от того, как часто они использовали DCFC: Никогда, изредка (1–3 раза в месяц) и часто (более 3 раз в месяц).

Рис. 8: Ухудшение заряда батареи, по-видимому, сильно коррелирует с использованием DCFC в транспортных средствах в сезонных или жарких климатических условиях.

Заметна разница между теми автомобилями, которые никогда не использовали DCFC, и теми, которые использовали его даже изредка в сезонных или жарких климатических условиях. Хотя могут быть задействованы и другие факторы (мы хотим подчеркнуть, что это не был контролируемый эксперимент), зарядка с использованием более низкой мощности зарядки уровня 2 должна иметь приоритет.

Советы по продлению срока службы аккумулятора электромобиля

Несмотря на то, что износ аккумулятора зависит от модели и внешних условий, таких как климат и тип зарядки, для большинства транспортных средств на дорогах сегодня не наблюдается значительного ухудшения.Фактически, общая деградация была очень скромной, со средней потерей мощности всего 2,3% в год. В идеальных климатических условиях и условиях зарядки потери составляют 1,6%.

Хотя некоторые вещи находятся вне контроля оператора, есть способы продлить срок службы аккумулятора электромобиля.

Несколько советов по эксплуатации электромобилей:

• Не оставляйте автомобиль в полностью заряженном или разряженном состоянии. В идеале держите SOC на уровне 20–80%, особенно когда оставляете его на более длительные периоды, и полностью заряжайте его только для дальних поездок.
• Минимизируйте быструю зарядку (DCFC). Для некоторых часто используемых циклов потребуется более быстрая зарядка, но если ваш автомобиль стоит на ночь, уровня 2 должно хватить для большинства ваших потребностей в зарядке.
• Климат не зависит от оператора, но делайте все возможное, чтобы избежать экстремально высоких температур, например выбирайте тень при парковке в жаркие дни.
• Интенсивное использование не вызывает беспокойства, поэтому автопарки должны без колебаний пускать их в работу. Электромобиль бесполезен, если он простаивает во дворе автопарка, и увеличение количества миль на каждое транспортное средство в целом является лучшей практикой управления автопарком.

Заключительная мысль

Не переживайте по мелочам. Поскольку автомобили выпускаются с более крупными аккумуляторными батареями, потеря емкости может не повлиять на ваши повседневные потребности в вождении и не должна затмевать многие преимущества электромобилей.

Планируете электрифицировать свой автопарк? Клиенты Geotab могут получить бесплатную оценку пригодности электромобилей , чтобы не догадываться о закупках электромобилей. Узнайте, какие электромобили будут работать и сэкономить деньги. Узнайте больше, посетив страницу Operate Electric: MyGeotab EV support .

Первоначально опубликовано 13 декабря 2019 г. Обновлено 7 июля 2020 г.

Аккумуляторы для гибридных и подключаемых к электросети электромобилей

В большинстве подключаемых к электросети гибридов и полностью электрических транспортных средств используются подобные литий-ионные батареи.

Системы накопления энергии, обычно аккумуляторы, необходимы для гибридных электромобилей (HEV), гибридных электромобилей (PHEV) и полностью электрических транспортных средств (EV).

Типы систем хранения энергии

В HEV, PHEV и электромобилях используются следующие системы хранения энергии.

Литий-ионные батареи

Литий-ионные батареи в настоящее время используются в большинстве портативных бытовых электронных устройств, таких как сотовые телефоны и ноутбуки, из-за их высокой энергии на единицу массы по сравнению с другими системами хранения электроэнергии. Они также обладают высоким удельным весом, высокой энергоэффективностью, хорошими высокотемпературными характеристиками и низким саморазрядом. Большинство компонентов литий-ионных аккумуляторов можно переработать, но стоимость рекуперации материалов остается проблемой для отрасли.Министерство энергетики США также поддерживает Премию за переработку литий-ионных аккумуляторов, чтобы найти решения для сбора, сортировки, хранения и транспортировки использованных и выброшенных литий-ионных аккумуляторов для последующей переработки и восстановления материалов. В большинстве современных PHEV и электромобилей используются литий-ионные батареи, хотя точный химический состав часто отличается от химического состава батарей для бытовой электроники. Продолжаются исследования и разработки для снижения их относительно высокой стоимости, увеличения срока их полезного использования и решения проблем безопасности в отношении перегрева.

Никель-металлогидридные батареи

Никель-металлогидридные батареи, обычно используемые в компьютерном и медицинском оборудовании, предлагают разумную удельную энергию и удельные мощности. Никель-металлогидридные батареи имеют гораздо более длительный срок службы, чем свинцово-кислотные, и безопасны и устойчивы к неправильному обращению. Эти батареи широко используются в HEV. Основными проблемами никель-металлгидридных батарей являются их высокая стоимость, высокий саморазряд и тепловыделение при высоких температурах, а также необходимость контролировать потери водорода.

Свинцово-кислотные батареи

могут быть разработаны с учетом высокой мощности, а также недорогими, безопасными и надежными. Однако низкая удельная энергия, плохие характеристики при низких температурах, а также короткий календарный и циклический срок службы препятствуют их использованию. В настоящее время разрабатываются современные высокомощные свинцово-кислотные батареи, но эти батареи используются только в коммерчески доступных транспортных средствах с электрическим приводом для вспомогательных нагрузок.

ионисторы

Ультраконденсаторы хранят энергию в поляризованной жидкости между электродом и электролитом.Емкость накопления энергии увеличивается с увеличением площади поверхности жидкости. Ультраконденсаторы могут обеспечить транспортным средствам дополнительную мощность во время разгона и подъема на холм, а также помочь восстановить энергию торможения. Они также могут быть полезны в качестве вторичных накопителей энергии в транспортных средствах с электрическим приводом, поскольку помогают электрохимическим аккумуляторам выравнивать мощность нагрузки.

Утилизация аккумуляторов

Транспортные средства с электрическим приводом являются относительно новыми для автомобильного рынка США, поэтому лишь небольшое количество из них подошло к концу своего срока службы.В результате доступно небольшое количество бывших в употреблении аккумуляторов для электромобилей, что ограничивает масштабы инфраструктуры по переработке аккумуляторов. Поскольку электромобили становятся все более распространенными, рынок утилизации аккумуляторов может расшириться.

Широко распространенная переработка аккумуляторов предотвратит попадание опасных материалов в поток отходов как в конце срока службы аккумулятора, так и во время его производства. В настоящее время ведется работа по разработке процессов утилизации аккумуляторов, которые минимизируют воздействие на жизненный цикл литий-ионных и других типов аккумуляторов в транспортных средствах.Но не все процессы переработки одинаковы:

• Плавка : В процессе плавки восстанавливаются основные элементы или соли. Эти процессы в настоящее время используются в больших масштабах и могут работать с различными типами батарей, включая литий-ионные и никель-металлгидридные. Плавка происходит при высоких температурах, и органические материалы, включая электролит и угольные аноды, сжигаются в качестве топлива или восстановителя. Ценные металлы извлекаются и отправляются на аффинаж, чтобы продукт был пригоден для любого использования.Остальные материалы, в том числе литий, содержатся в шлаке, который теперь используется в качестве добавки в бетон.
• Прямое восстановление : С другой стороны, некоторые процессы рециркуляции напрямую восстанавливают материалы, пригодные для аккумуляторных батарей. Компоненты разделяются различными физическими и химическими процессами, и все активные материалы и металлы могут быть восстановлены. Прямое восстановление — это низкотемпературный процесс с минимальными энергозатратами.
• Промежуточные процессы : Третий тип процесса находится между двумя крайностями.В таких процессах можно использовать несколько видов аккумуляторов, в отличие от прямого восстановления, но извлекать материалы дальше по производственной цепочке, чем при плавке.

Разделение различных материалов аккумуляторных батарей часто является камнем преткновения при извлечении ценных материалов. Таким образом, конструкция аккумуляторной батареи, учитывающая разборку и переработку, важна для успеха электромобилей с точки зрения устойчивости. Стандартизация батарей, материалов и конструкции элементов также упростит переработку и сделает ее более рентабельной.

См. Отчет: «Технико-экономическая целесообразность использования отработанных аккумуляторов электромобилей в стационарных установках».

Дополнительная информация

Узнайте больше о исследованиях и разработках аккумуляторов на страницах Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, посвященных хранению энергии, и на странице Управления автомобильных технологий Министерства энергетики США.

Как продлить срок службы батареи электромобиля?

Календарное старение — не единственная причина старения батареи.Вероятно, это ключевой механизм деградации аккумуляторов электромобилей, но состояние заряда аккумулятора и воздействие экстремальных температур также существенно влияют на срок службы аккумулятора.

1. Сведите к минимуму воздействие экстремально высоких температур на стоянке

Воздействие сильной жары при парковке без розетки — это частая опасность. Автоматическая система контроля температуры, установленная в вашем электромобиле, без нужды разряжает ваши батареи, чтобы поддерживать низкие температуры для оптимальной эффективности.Хотя эта производительность должна работать только тогда, когда ваш электромобиль находится в дороге с использованием аккумулятора, припаркуйте свой электромобиль в тени или подключите к сети, чтобы его система терморегулирования функционировала только с использованием электроэнергии от сети, и убедитесь, что стабильный диапазон температур во время операции тоже нет.

2. Свести к минимуму батареи при 100% заряде

электромобилях уже установлена ​​система управления батареями, которая предотвращает их зарядку и разрядку при экстремальном уровне заряда.Поддержание уровня заряда аккумулятора от 0 до 100 процентов также увеличивает срок службы аккумулятора вашего автомобиля. Несмотря на то, что полная зарядка обеспечит максимальное время работы, это никогда не будет хорошей идеей для общего срока службы вашей батареи.

3. Не используйте быструю зарядку

Если ваши батареи скоро разрядятся, использование быстрой зарядки станет большим удобством. Тем не менее, он подает в аккумуляторы так много тока за короткий период времени, что напрягает аккумулятор электромобиля и разряжает их быстрее.Несмотря на то, что его ухудшение трудно заметить, восемь лет стандартной зарядки продлевают срок службы аккумулятора на 10% по сравнению с 8 годами использования быстрой зарядки.

4. Контроль оптимального уровня заряда аккумулятора при длительном хранении

электромобилей, которые припаркованы или хранятся с разряженной или полностью заряженной батареей, также ухудшают ее качество. Если вы не пользуетесь электромобилем часто или планируете длительную поездку, возьмите зарядное устройство с таймером и подключите его к электросети. Оставляя свой автомобиль на 100 процентов, пока вы припаркованы в определенном месте в течение длительного периода, аккумулятор будет бороться с сохранением своего заряда. состояние заряда, пока вас нет.Одна из стратегий — настроить зарядное устройство на поддержание заряда чуть выше нижней отметки, не заполняя его до максимальной емкости, при среднем уровне заряда от 25 до 75 процентов.

: как долго могут работать батареи электромобиля?

стал обычным явлением на улицах сегодня, и многие люди начали наслаждаться тихим комфортом, привыкли к зарядке ночью и бесшумно выполняя поручения.

Фотография BMW i3 на зарядной станции для электромобилей в Калифорнии, сделанная Кайлом Филдом для CleanTechnica .

Электромобили достаточно новы, чтобы задаться вопросом, как долго они прослужат? Это непростой вопрос, потому что он зависит от химического состава, размеров, условий эксплуатации и конфигурации упаковки.

Большинство аккумуляторов электромобилей имеют литиевую основу. Когда литиевая батарея заряжается и разряжается один раз, это называется циклом. Емкость литиевой батареи снижается по мере увеличения числа циклов. Срок службы батареи измеряется в циклах, при этом в качестве эталона часто используется отраслевой стандарт циклов до 80% емкости.Что позволяет литиевым батареям работать долго? Давайте перевернем это с ног на голову. Что сокращает срок службы литиевой батареи?

1. Высокие температуры.
2. Перезарядка или высокое напряжение.
3. Глубокие разряды или низкое напряжение.
4. Высокий ток разряда или заряда.

Перезарядка при высоких температурах — что это значит? Когда литиевая батарея заряжается, ее напряжение медленно растет. Когда он достигает полной зарядки, напряжение аккумулятора становится самым высоким и повышаться не будет.Максимальное напряжение (В) зависит от химического состава литиевого элемента. В различных областях химии, от аккумуляторов для ноутбуков до электроинструментов, в которых используются смеси лития и кобальта, а также смеси, содержащие марганец, никель и алюминий, напряжение на клеммах составляет от 3,9 до 4,2 В. Литий-титанатные батареи заряжаются до 2,85 В. Литий-железо-фосфатные батареи заряжаются примерно до 3,65 В.

над этим напряжением, потому что это не только сокращает срок службы батареи; это может привести к разрушению или перегреву батареи, а также к возгоранию некоторых литиевых батарей. Системы управления батареями (BMS) используются для управления зарядным напряжением, так что максимальное зарядное напряжение и температура никогда не превышаются.

Высокое напряжение также приводит к другому пределу, называемому календарным сроком службы. Скопление посторонних предметов препятствует прохождению ионов к электродам. Литий-ионные батареи содержат электроды, проводники, по которым ток входит в элемент или выходит из него. Между электродами находится электролит, раствор, используемый для проведения тока между ячейками.Электропроводность достигается за счет обмена ионами между электродами и через электролит. Химическое взаимодействие внутри батареи называется окислительно-восстановительной реакцией.

Когда литийсодержащий электролит контактирует с электродом, он образует слой. Интерфейс, на котором происходит обмен ионами между электродом и электролитом, называется интерфейсом твердого электролита (SEI) , и он образует слой SEI.

Накопление материала блокирует поток ионов в слое SEI в конце календарного срока службы.

Слой SEI способствует внутреннему сопротивлению. По мере старения батареи слой увеличивается и внутреннее сопротивление увеличивается. В какой-то момент слой становится достаточно большим, чтобы ионы не могли проходить, и срок службы батареи заканчивается. Такой предел срока службы батареи тем больше, чем дольше батарея находится при максимальном напряжении и высокой температуре. Идея состоит в том, чтобы избежать максимального напряжения и высоких температур в течение продолжительных периодов времени. Производители аккумуляторов знают об этом и держат свои аккумуляторы на уровне заряда до 40%, чтобы поддерживать емкость аккумуляторов во время хранения и транспортировки.

Для увеличения календарного срока службы элемента следует избегать перенапряжения и высоких температур.

На другом конце напряжения и заряда элемента для максимального срока службы следует избегать глубокого разряда.

Уровень заряда аккумуляторов описывается двояко. Одно описание называется состояние заряда (SoC) . Если элемент полностью заряжен, считается, что он на 100% SoC. Другое описание — глубина разряда (DoD) . Если ячейка полностью разряжена, считается, что она на 100% DoD.Это означает, что 100% ячейка SoC совпадает с 0% DoD. SoC работает как датчик уровня топлива.

Для максимального срока службы батареи необходимо избегать 100% DoD. Исследователи обнаружили, что увеличение продолжительности цикла увеличивается нелинейно по мере уменьшения глубины разряда.

«Данные предполагают обратную степенную зависимость продолжительности цикла от DoD, так что четырехкратный прирост срока службы составляет
, достигаемый при переходе от 100% до 50% DoD», — пишут ДеВриз, Нгуен и Оп Хет Вельд.

Вот график зависимости срока службы от глубины разряда:

Срок службы увеличивается быстрее, чем сокращается DoD, поэтому общий переносимый заряд больше при меньшей глубине разряда.

Это важно, потому что это означает, что батарея большей емкости, используемая при неполной разрядке, может быть более экономичной и прослужить дольше, чем батарея меньшей емкости, используемая при полной глубине разряда.

Если аккумуляторная батарея спроектирована с учетом емкости, обеспечивающей большой радиус действия, вполне вероятно, что ежедневная зарядка будет происходить при низкой глубине разряда. Влияние этого на конструкцию электромобилей очень важно. Это означает, что путь к большому радиусу действия и высокой емкости может также привести к меньшей глубине разряда и увеличению срока службы батареи с заданным химическим составом.Кроме того, если максимальная зарядка намеренно ограничена во время большей части работы, календарный срок службы батареи может быть увеличен.

Наконец, батареи характеризуются показателем C. Проще говоря, батарея будет указана в ампер-часах. Ампер-час — это количество тока, которое батарея может потреблять за один час.

Скорость C определяется в единицах C, где 1C означает, что аккумулятор можно зарядить за один час. Если аккумулятор заряжен при 2С, значит, аккумулятор можно зарядить за полчаса. Батареи с высокой скоростью заряда могут заряжаться или разряжаться очень быстро и вырабатывать много энергии.Батареи с низким уровнем заряда имеют меньшую мощность.

Для литиевых батарей определенного химического типа могут быть сделаны модификации для повышения или понижения C. Компромисс — более высокая энергоемкость в кВтч для более низкого C или мощности. В аккумуляторной батарее большее количество ячеек, подключенных параллельно, снижает пиковый ток в каждой ячейке и позволяет каждой ячейке работать с более низкой скоростью C. В применении к электромобилю желаемый пиковый ток аккумуляторной батареи может быть достигнут либо с помощью блока с большим количеством параллельных ячеек (таким образом, с большей энергоемкостью), либо с меньшим количеством параллельных ячеек и более высоким коэффициентом C.При использовании параллельных ячеек батарея с низким C может оставаться в пределах своего предела C.

Влияние этого на электромобили состоит в том, что аккумуляторная батарея, рассчитанная на большие расстояния, может иметь более низкий коэффициент C и более высокую энергоемкость.

Превышение нормы C приводит к замене анода, ухудшающей характеристики. Правильная работа электрода зависит от структуры поверхности электрода. Эта структура изменяется при превышении скорости C.

Когда аккумулятор электромобиля рассчитан на большие расстояния, появляется ряд преимуществ.Аккумулятор большей емкости приводит к меньшей средней глубине разряда и, как следствие, увеличению срока службы и более низкой пиковой скорости заряда / разряда. Если максимальный заряд ограничен 80% в повседневных условиях вождения, максимальное напряжение отсутствует. Если аккумуляторная батарея также имеет терморегулятор, можно избежать как максимального напряжения, так и высоких температур. Таким образом, контролируемые условия могут существенно увеличить срок службы батареи.

Правильно спроектированный электромобиль с аккумулятором большой емкости может быть спроектирован таким образом, чтобы контролировать условия, влияющие на срок службы аккумулятора, и в результате получить транспортное средство дальнего действия с длительным сроком службы аккумулятора.

Теперь у нас есть реальные доказательства того, что такое управление условиями может продлить срок службы батареи. Tesla Roadster обеспечивает длительный срок службы литий-кобальтовых батарей, контролируя все четыре перечисленных фактора: температуру, максимальное напряжение или полный заряд, минимальное напряжение или глубину разряда и коэффициент C. Беглый анализ пробега электромобиля на основе 100% циклов разряда дает ошибочный результат, поскольку не учитывает эффект уменьшения глубины разряда.При пробеге более 200 миль и среднем дневном пробеге около 30 миль срок службы и пробег увеличиваются. По умолчанию ежедневная зарядка составляет 80%, что ограничивает максимальное напряжение и продлевает календарный срок службы. Календарный срок службы увеличивается за счет контроля температуры батареи и ограничения максимальной зарядки коротким периодом времени, поскольку поездки совершаются вскоре после полной зарядки. Скорости C уменьшаются и контролируются, потому что ток заряда батареи велик по сравнению со скоростью заряда и разряда. Все эти контролируемые условия способствуют увеличению срока службы аккумулятора и увеличения пробега.

Tesla Roadster от Tesla Motors.

Из статьи по ссылке выше:

«Очевидно, никто точно не знает, как долго прослужат аккумуляторы Tesla. Однако математика довольно проста. Полная емкость литий-ионного аккумулятора должна выдерживать от 300 до 500 циклов. Таким образом, если вы проедете на Roadster 300 циклов в стандартном режиме длиной 194 мили, это составит 58 200 миль. Если это 500 циклов, как звучит 97 000 миль на одном комплекте батарей?

«Конечно, как объясняет Battery University, все не так просто.После 300-500 циклов при 100-процентной глубине разряда емкость литий-ионного элемента упадет до 70 процентов. Но частичный разряд «снижает стресс и продлевает срок службы батареи». Постоянно разряжайте батареи только до 50 процентов, как это часто бывает с электромобилями, которые часто подключаются к сети, а ожидаемый срок службы исправной батареи увеличивается до 1200–1500 циклов. Это, конечно, означает 366 000 миль, но не ожидайте таких цифр на одометре. Другие дикие символы, такие как частота быстрой перезарядки, также могут повлиять на срок службы батареи.”

С лучшими характеристиками элементов NCA, используемых в Model S, возможно еще большее время автономной работы.

CleanTechnica Обозреватель Tesla Model S Кайл Филд сделал эту фотографию Model S P90DL в Санта-Барбаре с Model S Кайла и новой синей Model S на заднем плане. Как далеко проедет каждый из этих Tesla?

Другие производители продолжают увеличивать запас хода электромобилей, а также увеличивать производительность и срок службы аккумуляторов. Chevy анонсировала Bolt с запасом хода в 200 миль, в то время как Nissan и BMW дали понять, что также намерены увеличить запас хода.

2017 BMW i3 от BMW

Nissan IDS Concept от Nissan

Условия эксплуатации могут существенно повлиять на производительность и срок службы батареи. Срок службы батареи необходимо оценивать как по условиям эксплуатации, так и по характеристикам батареи, чтобы точно определить результаты. Если вы видите заявления сторонних лиц о сроке службы аккумуляторов компании, обязательно выясните, верны ли у них предположения относительно температуры, максимального напряжения или полного заряда, минимального напряжения или глубины разряда, а также коэффициента C.

Тайная жизнь аккумулятора электромобиля

Вы, вероятно, знакомы с литиевыми батареями в своем смартфоне, планшете или ноутбуке.Вы, наверное, знаете, что они длятся недолго. Количество циклов зарядки и разрядки составляет всего около 600, прежде чем батарея серьезно разряжается. Итак, если вы заряжаете каждый день, 365 дней в году, батареи хватит даже на два года. Я читал комментарии недоброжелателей электромобилей, радостно заявляющих, что любой, кто покупает электромобиль (EV), обнаружит, что его батарея EV разряжена в течение пары лет, потому что, как только что было отмечено, литиевая батарея работает только на 600 циклов.

Конечно, мы с вами знаем, что батарея электромобиля прослужит не менее 8 лет, возможно, 10 лет или больше, в зависимости от того, как с ней обращаться. Мой электромобиль был у меня 3 года, а кто-то владел им за пару лет до этого, и аккумулятор все еще работает. Итак, очевидно, что противники электромобилей несут много чепухи о своих 600 циклах.

Головоломка

Тем не менее, долгий срок службы аккумуляторов электромобилей, похоже, противоречит нашему собственному опыту использования аккумуляторов для смартфонов и тому подобного, которые, как мы знаем, не работают очень долго.Мне не понравилась эта головоломка, потому что она заставила меня понять, что я действительно не знал, как это возможно. Может быть, что-то в химическом составе батареи или в архитектуре батареи отличалось от батарей электромобиля? Я уверен, что многие исследовательские отделы университетов работают над химией аккумуляторов, чтобы попытаться достичь большей эффективности и долговечности литиевых аккумуляторов или даже аккумуляторов другого типа в целом. Читатели CleanTechnica.com видели много статей о таких разработках, но они всегда находятся на ранней стадии — многообещающие, но несколько небольших проблем, которые еще предстоит решить, еще не запущены в коммерческое производство и т. Д.Есть ли что-то особенное в химическом составе существующих аккумуляторов электромобилей, благодаря чему они служат дольше, чем аккумуляторы для смартфонов и компьютеров?

Я также читал, что когда Tesla изначально выбирала элементы для аккумуляторных батарей в своих автомобилях, компания выбрала элемент 18650, который уже очень широко использовался — и поэтому очень дешевый для покупки, легко доступный, и надежный. Этот элемент использовался для портативной электроники и вообще не был предназначен для использования в тяговых аккумуляторах. Итак, если Tesla использовала обычные, обычные батареи с обычным жизненным циклом в 600 циклов зарядки / разрядки, как можно было заставить ее работать так долго в аккумуляторной батарее Tesla?

Посещение «Библиотеки»

«Удивительнее и любопытнее», — сказала Алиса, но нет маленькой бутылочки с надписью «выпей меня», чтобы ее батарея прослужила в 5 раз дольше.Есть только один способ решить такие проблемы, один с меньшей вероятностью будет взят Алисой (удар по бутылке) и с большей вероятностью будет использован Гермионой Грейнджер (посещение библиотеки). Ну, не библиотека как таковая, а современная версия с погружением в «закрытую секцию» самой большой библиотеки на Земле — Интернета.

Больше — меньше

Итак, что мне удалось выяснить? Во-первых, все циклы не одинаковы. Один из способов увеличения количества циклов зарядки — зарядка от менее полного до более чем пустого.Наименьшее количество циклов и кратчайший срок службы батареи будут иметь место при повторяющихся циклах зарядки до 100% и разрядки до почти нуля%. (Литиевые батареи никогда не должны разряжаться полностью, так как это резко сокращает их срок службы.) Существует ряд возможностей, таких как зарядка от 100% до 50%, от 85% до 25% или от 50% до 25%. Казалось бы, зарядка от 85% до 25% дает хороший баланс между временем автономной работы и работоспособной емкостью

Вся правда?

Когда ваши приборы говорят, что аккумулятор электромобиля заряжен на 100%, так ли это на самом деле? Когда ваши приборы говорят, что аккумулятор электромобиля разряжен до нуля%, это определенно не так.Система управления батареями сохранит для вас резерв на случай непредвиденных обстоятельств, а после того, как он будет израсходован, защитит последние драгоценные 5% или около того, чтобы предотвратить повреждение вашей батареи. Ваш электромобиль будет вести себя так, как если бы аккумулятор был полностью разряжен, когда это не так, и может сказать вам, что он опустился до 0 миль, когда у вас действительно около 10 миль в резерве.

Я испытал часть этого на себе, когда я несколько просчитался и закончил поездку домой с одной мигающей полосой на индикаторе батареи, которая затем исчезла, не оставив полос вообще.После этого я проехал около 3 миль по сказочной пыли, при этом машина вела себя совершенно нормально. Я без проблем доехал до своей дороги. Итак, очевидно, что моя аппаратура рассказывала небольшую невиновную ложь, просто чтобы напугать меня.

Черный ящик

Во избежание путаницы, я должен сказать здесь, что, когда я говорю о «Системе управления батареями», я имею в виду более широкую концепцию, чем это. В электромобиле есть много систем, которые можно идентифицировать по отдельности, но для большинства читателей все это становится слишком техническим.

Давайте воспользуемся понятием «черный ящик». Нам не нужно знать все тонкости того, что находится в коробке, но мы можем знать о входах и выходах. Подумайте о коробке ПК или планшете: вы знаете, как им пользоваться, не зная всех тонкостей того, что происходит внутри коробки.

Когда я говорю «Система управления батареями», я включаю все сложные системы между батареей и двигателем, батареей и портами зарядки, а также вывод информации о водителе на приборную панель или сенсорный экран.Я говорю о том, что есть не просто аккумулятор, кусок провода, идущий к двигателю, и педаль, как на швейной машине, для управления скоростью — есть гораздо более сложная система, чем эта, но я не собираюсь во всех технических деталях.

Ваша виртуальная батарея

Что, если бы система управления батареями заряжалась только до, скажем, 80% и держала 30% в резерве, но отображала это как 100% с нуля. Скажем, это обеспечило дальность действия 100 миль (160 км). Но потом, когда батарея потеряла емкость, скажем, система зарядила ее до 90% и оставила 20% в резерве? Вы бы не знали, что ваша батарея вообще потеряла емкость, потому что ваши инструменты все равно будут отображать виртуальную батарею как 100% от нуля с тем же диапазоном, что и раньше.Это секретный способ, с помощью которого производители электромобилей могут создать впечатление, что аккумулятор вашего электромобиля полностью разряжен, хотя на самом деле это так.

Это убаюкивает владельца электромобиля ложным чувством безопасности, потому что он будет думать, что их батарея совсем не испортилась, сколько бы лет они ее ни использовали, но как только она достигнет стадии, указанной в таблице 3, виртуальная батарея разрядилась. нет места для расширения, и диапазон действительно начнет уменьшаться.

Стареющая батарея электромобиля также будет более восприимчива к повреждению в результате быстрой зарядки, поэтому износ может стать довольно быстрым. Я не говорю, что это делает какой-либо конкретный производитель, потому что я не нашел никакой информации от них, заявляющих об этом, но я читал об этой идее в целом, как если бы это была обычная практика.

Однако даже если это не то, что сделано, довольно большие буферы на верхнем и нижнем конце емкости аккумулятора, безусловно, помогают продлить срок службы аккумулятора дольше, чем если бы не было буферов гораздо меньшего размера, как, по-видимому, в случае со смартфонами и ноутбуки.

Уровень контролируемого напряжения

Во избежание путаницы уровень напряжения в значительной степени синонимичен проценту заряда, который я только что упомянул, поэтому, когда мы говорим о «100%» заряде, мы говорим о полностью заряженной батарее, которая затем будет иметь напряжение в каждой ячейке около 4,2 В. В разряженной батарее напряжение в каждой ячейке не превышает 3 В. Итак, в некотором смысле следующая таблица — это просто другой способ выразить то же самое, но более точный.Процент заряда не следует путать с процентом емкости. Емкость новой батареи 40 кВтч должна обеспечивать 40 кВт в течение целого часа. Если мощность снизится до 75%, она сможет обеспечить только 40 кВт в течение 45 минут, например, или 30 кВт в час, как другой пример.

Если литиевая батарея имеет номинальное напряжение 4,2 В, ее можно заряжать до чуть более 4,2 В или чуть менее 4,2 В. Разница между зарядкой до 3,9 В и 4,2 В может в четыре раза превышать количество циклов и срок службы батареи.Это увеличение долговечности необходимо уравновесить с потерей части полной емкости аккумулятора. Это один из секретов, который производители используют в своих системах управления батареями. Поскольку это снижает эффективную емкость батареи, она должна быть намного больше физически, чтобы обеспечить такой же уровень емкости. Это одна из причин того, почему батареи электромобилей такие большие и тяжелые, с относительно низкой эффективностью. Производители могли бы предоставить такую ​​же емкость с батареей меньшего размера, в которой все элементы заряжены до полного напряжения, но этого не хватило бы на такой срок.

Контролируемая скорость разгрузки

Еще надо посмотреть разрядку. Если литиевый элемент имеет номинальную емкость, скажем, 1500 мАч, эту емкость можно обеспечить, подавая 1500 мА в течение часа, 750 мА в течение двух часов или 375 мА в течение четырех часов.Если мы назовем 1500 мА за один час «1С», тогда 750 мА будет «0,5 ° С», а 375 мА будет «0,25 ° С». Если батареи никогда не разряжаются со скоростью более 0,25 ° C, они прослужат намного дольше, чем если бы они были разряжены на полную мощность.

Это секрет аккумуляторных блоков электромобилей, то, как система управления гарантирует, что скорость разряда никогда не будет чрезмерной. Это еще одна причина того, что аккумуляторные блоки для электромобилей такие большие и тяжелые, не только ради радиуса действия, но и ради минимизации скорости разряда и, следовательно, дальнейшего продления срока службы батареи.

Сказка о двух батареях

Итак, это как если бы у вас в машине две батареи: одна — физическая, а другая — виртуальная, представленная вам приборами и созданная системой управления батареями.

Ваша физическая батарея, если бы все это было доступно вам, была бы намного больше и мощнее, чем кажется на самом деле.

Виртуальная батарея, созданная для использования системой управления батареями и которую вы видите на дисплеях панели управления, меньше по размеру и менее мощная, но более долговечная.Все эти секретные техники, которые незаметно используются на заднем плане и, вероятно, вам неизвестны, составляют тайную жизнь аккумулятора вашего электромобиля.

Не оставляйте аккумулятор в запертой машине

Этот подзаголовок обычно относится к собакам и является загадочным ключом к разгадке еще одного секрета. Хотя это не имеет ничего общего с зарядкой, разрядкой или даже запуском электромобиля, следует также знать следующее.

Когда литиевая батарея заряжена на 100%, а затем оставлена ​​на хранении, неиспользованной, но при температуре выше 25 ° C, то ухудшение характеристик произойдет без использования батареи.Итак, если вы живете в жарком месте, где в вашем гараже наблюдается высокая температура, или даже если на подъездной дорожке наблюдаются высокие температуры, не рекомендуется оставлять электромобиль полностью заряженным на длительное время без использования. Возможно, стоит даже установить специальную солнечную панель на крыше гаража для питания кондиционера в вашем гараже в жаркий день, чтобы ваша батарея оставалась прохладной, когда она не используется.

Ограничения на быструю зарядку

Несмотря на нетерпеливое ожидание зарядки, существуют ограничения на безопасные токи зарядки и правильные методы зарядки, которым необходимо следовать, если вы не хотите повредить аккумулятор.

Уровень мощности всего 3 кВт может произвести достаточно тепла, чтобы нагреть всю комнату. Итак, как вы понимаете, 50 кВт — это огромная мощность, которую нужно вложить в любую электрическую систему. Нетерпеливые или нет, независимо от того, чего «хотят» люди, существуют ограничения на количество энергии, которое вы можете безопасно вложить в аккумулятор электромобиля. В идеале, самая быстрая скорость зарядки аккумулятора 50 кВт · ч составляет 50 кВт за 1 час, потому что это в точности соответствует характеристикам аккумулятора. Однако при зарядке от 30% до 80% (50% заряда) тариф может составлять 50 кВт в течение получаса.Чтобы сократить время зарядки до 15 минут, потребуется 100 кВт, что вдвое больше идеального. Комбинация неверных значений емкости и более низких зарядных напряжений, плюс увеличенный размер батареи и тщательно продуманный состав батареи — все это помогает сделать возможной более быструю зарядку, но есть ограничения.

Люди не должны ожидать, что время зарядки упадет намного ниже 20 минут или когда-либо будет эквивалентно заправке топливного бака. Пятьдесят литров топлива представляют собой 600 кВтч энергии. Батарея на 600 кВт-ч сегодня весила бы 6 тонн.Батарея мощностью 50 кВт · ч весит полтонны — вы действительно хотите носить с собой более полутонны во всех коротких поездках, которые вы совершаете каждый день, просто чтобы сэкономить несколько остановок подзарядки при случайной длительной пробеге? Людям просто нужно научиться быть более терпеливыми, если человечество хочет выжить намного дольше.

Дополнительная информация

Одна вещь, которую я не включил в эту статью, — это какие-либо конкретные ссылки на какого-либо конкретного производителя или автомобиля. Я отправил электронное письмо Nissan и Tesla об их системах управления батареями, но на момент публикации не получил ответа.

Я нашел следующее заявление о батареях на сайте Tesla:

Факторы, влияющие на жизненный цикл, связаны с тем, как используется элемент. В частности:

1. Избегайте очень высокого и очень низкого уровня заряда. Напряжения выше 4,15 В / элемент (около 95% состояния заряда [SOC]) и напряжения ниже 3,00 В / элемент (около 2% SOC) вызывают большую нагрузку на внутреннюю часть элемента (как физическую, так и электрическую). Избегайте очень высоких ставок. Зарядка быстрее, чем примерно C / 2 (двухчасовая зарядка), может сократить срок службы элемента.
2. Избегайте зарядки при температурах ниже 0 ° C. (Наша конструкция нагревает аккумулятор перед зарядкой при низких температурах.)
3. Предотвращение очень высокой скорости разряда. (Наша батарея разработана таким образом, что даже при максимальной скорости разряда ток, требуемый от каждой ячейки, не является чрезмерным.)

Существует огромная разница в сроке службы между зарядом 4,2 В на элемент (который производитель определяет как «полностью заряженный») и зарядом 4,15 В на элемент. 4,15 вольт представляют собой заряд около 95 процентов.При таком уменьшении начальной емкости (5 процентов) батареи служат намного дольше. К сожалению, дальнейшее снижение заряда имеет гораздо меньшее влияние на срок службы. Понимая этот компромисс, Tesla Motors решила ограничить максимальный заряд своих ячеек до 4,15 вольт, взяв начальное значение диапазона в 5 процентов, чтобы максимально продлить срок службы батареи. Мы также ограничиваем разряд аккумулятора до 3,0 В на элемент и выключаем автомобиль, когда уровень заряда аккумуляторов достигает этого уровня.

Информация о батареях была получена от BatteryUniversity.com, который является очень полезным сайтом для получения технической информации по всем типам аккумуляторов.

Объяснение электрических и гибридных электромобилей

Электромобили (EV) имеют аккумулятор вместо бензобака и электродвигатель вместо двигателя внутреннего сгорания. Подключаемые гибридные электромобили (PHEV) представляют собой комбинацию бензиновых и электромобилей, поэтому они имеют аккумулятор, электродвигатель, бензобак и двигатель внутреннего сгорания.В качестве источников топлива PHEV используют как бензин, так и электричество. Подробнее о PHEV.

Посмотрите видео, чтобы узнать, как работают электромобили и различные типы подключаемых гибридных электромобилей.

Наличие

электромобилей и PHEV теперь доступны в нескольких классах автомобилей. В настоящее время на рынке представлено более 50 моделей EV и PHEV, и в ближайшие годы ожидается выпуск новых моделей. Посетите fueleconomy.gov для получения полного списка вариантов. Не все модели доступны во всех 50 штатах.

Выбросы

ЭМ не производят выхлопных газов. Хотя зарядка аккумулятора может увеличить загрязнение на электростанции, общие выбросы, связанные с вождением электромобилей, по-прежнему обычно меньше, чем у бензиновых автомобилей, особенно если электричество вырабатывается из возобновляемых источников энергии, таких как ветер.

PHEV производят выбросы из выхлопной трубы, когда бензин используется в качестве источника топлива.

Чтобы оценить выбросы парниковых газов, связанные с зарядкой и вождением электрического или гибридного электромобиля, где вы живете, посетите наш Калькулятор выбросов парниковых газов для электромобилей и PHEV.

Запас хода

Количество миль, которое преодолеет электромобиль, прежде чем потребуется подзарядка аккумулятора, часто меньше, чем расстояние, которое ваш бензиновый автомобиль может проехать до заправки, но обычно все же достаточно для удовлетворения повседневных потребностей среднего человека за рулем. Экономия топлива электромобиля указывается в милях на галлон бензинового эквивалента (MPGe). Думайте об этом как о MPG, но вместо того, чтобы представлять мили на галлон топлива транспортного средства, он представляет количество миль, которое транспортное средство может проехать, используя количество электроэнергии с таким же энергосодержанием, как галлон бензина.Это позволяет сравнивать электромобиль с бензиновым автомобилем, даже если электричество не расходуется и не сжигается в галлонах.

PHEV обычно имеют запас хода, сопоставимый с бензиновыми автомобилями. PHEV имеют два значения экономии топлива: одно для случая, когда транспортное средство работает в основном на электричестве (указано в MPGe), и одно для того, когда транспортное средство работает только на бензине (указано как MPG).

Найдите запас хода и время зарядки для электромобилей и PHEV на этикетке «Экономия топлива и экология» или «fueleconomy».gov

Примечание: оценки EPA, включая диапазон электромобилей, предназначены для использования в качестве общего ориентира для потребителей при сравнении транспортных средств. Точно так же, как «ваш пробег может отличаться» для бензиновых автомобилей, ваш запас хода будет отличаться для электромобилей. В частности, такие факторы, как холодная погода, использование аксессуаров (таких как кондиционер) и высокая скорость вождения, могут значительно снизить запас хода вашего автомобиля.

Посетите сайт www.energy.gov, чтобы получить советы по увеличению запаса хода вашего электромобиля при экстремальных температурах.

Подробнее о этикетке экономии топлива

Зарядка

В зависимости от того, как далеко вы едете каждый день, вы сможете удовлетворить все свои потребности в вождении, подключившись к сети дома.Большинство электромобилей можно заряжать от стандартной розетки на 120 В. Чтобы зарядить автомобиль быстрее, вы можете установить специальную розетку на 240 В или систему зарядки. Вы также можете подключиться к сети на своем рабочем месте или на одной из постоянно растущих общественных зарядных станций.

Еще немного о PHEV.

No related posts.