Электромобиль предъявляет новые требования к батарее и этот современный источник энергии удивительно хорошо справляется с этой новой обязанностью. Но мы спрашиваем: «Почему аккумуляторная батарея в наших мобильных телефонах работает только три года, а аккумуляторная батарея в электромобиле работает более 10 лет?» Не все ответы известны, и индустрия аккумуляторов изобилует невыполненными обещаниями. Достигнут прогресс, но экономное хранение электроэнергии остается одной из наших пока еще нерешенных проблем в современном обществе.
Секрет долговечности аккумуляторной батареи электроавтомобиля заключается в превышении габаритов и работе только в среднем диапазоне с достаточным запасом мощности в качестве запасного в верхней и нижней полосах. Частичное использование снижает нагрузку на батарею, но приводит к недостаточному использованию накопления ценной энергии. Чрезмерное увеличение также добавляет стоимость и вес, но эта запасная емкость в конечном итоге будет использоваться, когда емкость исчезнет.
Зарядка аккумулятора только до 80 % и разрядка до 20 %, как это обычно делается для новой аккумуляторной батареи электроавтомобиля, использует только 60 % емкости. Поскольку прием заряда снижается с использованием и временем, встроенный контроллер заряда аккумулятора требует более высокого заряда и меньшего разряда для соответствия дальности движения. Эта регулировка остается незамеченной водителем, пока не будет замечено уменьшение дальности движения. Это происходит, когда используется «льготная емкость».
Теоретически, истощение требует полной зарядки и полной разрядки для удовлетворения энергетических потребностей. В этот момент увеличивается нагрузка на аккумулятор и ускоряется исчезновение емкости, что приводит к уменьшению дальности движения. Это изменение является предсказуемым и развивается в течение нескольких лет вождения. После того, как емкость аккумулятора упадет до 70 %, электромобиль по-прежнему можно использовать для коротких поездок и выполнения поручений. В большинстве случаев снижение емкости только уменьшает дальность движения, в то время как мощность остается сильной.
Мобильный телефон не использует льготную емкость для продления срока службы батареи. В интересах небольшого размера и продолжительного времени работы, аккумулятор полностью используется с самого начала. С точки зрения пользователя, лучше не разряжать мобильный телефон слишком глубоко, а заряжать его чаще. Срок службы батареи также может быть увеличен частичным зарядом, но большинство зарядных устройств не имеют возможности устанавливать предел заряда. Конец зарядки нужно будет контролировать вручную.
Большинство электромобилей имеют 8-летнюю гарантию или ограничение в 160 000 км (100 000 миль). Автопроизводители в Калифорнии обязаны продлить гарантию до 10 лет или 240 000 км (150 000 миль). Целью USABC (United Battery Advanced Consortium) является 15-летний срок службы батарей и 1000 циклов к 2020 году. Исследовательские лаборатории уже сообщают о 2000 EFC (эквивалентных полных циклах). С 2000 циклов на 250 км (156 миль) каждый, батарея электроавтомобиля была бы хороша для 500 000 км (312 000 миль). Но тесты, проводимые в лаборатории, показывают лучшие результаты, чем в реальной жизни.
Рисунок 1 показывает ограничение дальности движения новой батареи, добавляя льготную емкость, показанную зеленым цветом. Приблизительно после 900 циклов расходуется максимальная вместимость. Настройка программного обеспечения может продлить срок службы батареи, добавив большую емкость, как показано на графике, но это уменьшает дальность движения.
Рис. 1: Энергетическая зона старения батареи электроавтомобиля
Новая батарея обладает достаточной емкостью, которая постепенно истощается. Более высокие уровни заряда и более глубокий разряд поддерживают дальность движения, но напряжения возрастают.
Для этого исследования изначально падение пропускной способности в диапазоне отсрочки составляет 5 % на 75 000 км. Это увеличивается по мере расходования льготного периода.
Историческая справка от компании «Tesla» показывают снижение производительности примерно на 5 % после 80 000 км (50 000 миль). Производители электромобилей внимательно следят за эксплуатационными характеристиками батареи и при необходимости вносят коррективы, чтобы продлить срок службы батареи. В некоторых случаях это включает в себя увеличение вместимости, но это уменьшает дальность движения. Настройка выполняется путем обновления программного обеспечения в сервисном центре или в режиме онлайн с использованием современных моделей «Tesla». Некоторые обновления являются обязательными для сохранения гарантии и продления срока службы батареи.
На рис. 2 показана дальность движения модели Tesla с аккумулятором 85 кВт / ч, опубликованной в социальных сетях. Раздел 1 показывает одометр на устойчивом расстоянии до 95 000 миль. Раздел 2 демонстрирует уменьшение дальности действия на 5 %, а Раздел 3 обозначает обновление программного обеспечения на 130 000 миль. Это уменьшает дальность движения примерно на 10 %, добавляя льготную емкость.
Рис. 2: Дальность движения электроавтомобиля разделенная на три части
Показания одометра 38 800 миль, когда были впервые сделаны записи, дали диапазон 247 миль. После обновления программного обеспечения на 132 000 миль дальность вождения уменьшается до 218 миль. Обновление программного обеспечения иногда необходимо для продления срока службы батареи.
Заключение
Старение батареи сложное и не всегда предсказуемое. Использование является продуктом возраста, подсчета циклов, скорость заряда, уровень нагрузки и температуры. Университет Мюнхена (TUM) провел обширные испытания, имитирующие батареи в электромобиле. Тестовая батарея представляет собой литий-ионный аккумулятор NCA такой же элемент, как и у «Tesla». Материал катода этой ячейки — никель, кобальт и алюминий, анод — графит.
Характеристики старения литий-ионной батареи сложны и включают уровни заряда, скорость зарядки, глубину разряда и температуру. Как и в случае с живым организмом, долговечность основывается на комбинации событий, в которых учитывается использование и условия окружающей среды.
Состояние емкости выше 80 % способствует снижению мощности, а глубокий разряд увеличивает внутреннее сопротивление. Li-ion батарея должна быть отправлен при 30 % состоянии емкости; рекомендуемое длительное хранение составляет от 40 до 50 %. Поддержание Li-ion батареи в высоком состоянии емкости влияет на срок службы батареи больше, чем езда на велосипеде в среднем диапазоне мощностей.
Будущие электромобили могут приспособить зарядку батареи к рутине пользователя. Как и в будильнике, с понедельника по пятницу EV устанавливается в коммутируемый режим, заряжая только батарею, чтобы обеспечить движение на работу и обратно. Выходные следуют за программой движения, введенной приложением на смартфоне владельца EV.
Срок службы литий-ионной батареи увеличивается при работе при умеренной температуре. Аккумулятор электроавтомобиля должен быть нагрет до комфортной температуры около 25° C для зарядки и вождения. Это в отличие от хранения или парковки, которая должна быть при 10 ° C. Зарядка и работа Li-ion батареи при низкой температуре вызывает напряжение, явление, которое не распространяется в равной степени на другие химические вещества.
Сочетание малой глубины цикла и низкого уровня емкости приводит к увеличению срока службы батареи, но при этом не используется большая, тяжелая и дорогая батарея. Чтобы избежать увеличения сопротивления при глубоком разряде, бортовой контроллер заряда аккумулятора всегда сохраняет некоторую резервную емкость, одновременно указывая на «пустой». Резервная емкость также защищает аккумулятор при зарядке с высоким током, поскольку полностью разряженный литий-ионный аккумулятор не может выдержать сверхбыстрого заряда. Для достижения наилучших результатов заряжайте чаще без полной зарядки.
Литература:
- International Energy Agency. Energy efficiency indicators of public electricity production from fossil fuels. 2008.
- Swedish Energy Agency. Energilliaget 2008, 2008.
- Hybrid Electric Vehicle Implementing Agreement. Outlook for hybrid and electric vehicles, June 2008.
- M. Ahman. Primary energy efficiency of alternative powertrains in vehicles. Energy.
