Wyjaśnienie akumulatorów EV: Jak działają akumulatory samochodów elektrycznych, ładują się i jak długo trwają

Od prędkości ładowania po żywotność, oto co naprawdę odróżnia akumulatory EV od akumulatorów w Twoim telefonie.

Jak zapewne już wiesz, pojazd elektryczny (EV) czerpie potrzebną moc z dużego akumulatora pokładowego, który zasila silnik elektryczny lub silniki oraz inne komponenty. Zamiast zatrzymywać się na stacji benzynowej, aby napełnić bak, właściciele EV muszą podłączyć się do gniazdka, aby naładować akumulatory samochodowe.

Możesz również wiedzieć, że podobny typ akumulatora zasila urządzenia elektroniczne, z których korzystamy na co dzień, w tym smartfony, laptopy i inne przenośne urządzenia. Ale jak bardzo są one podobne? Jak szybko się ładują? Z czego są zrobione? I jak długo trwają? Jeśli kiedykolwiek zastanawiałeś się, jak działa akumulator EV i co sprawia, że różni się od akumulatora w telefonie, nie będziesz się już dłużej zastanawiać po przeczytaniu tego, co musisz wiedzieć o akumulatorach EV.

Te same akumulatory, wielkie różnice

Na podstawowym poziomie akumulator EV, podobnie jak akumulatory używane w różnych urządzeniach elektronicznych, służy do zasilania urządzenia (w tym przypadku samochodu) przez określony czas, w zależności od tego, ile energii akumulator może przechować oraz wielu innych czynników, które omówimy. Ogólnie rzecz biorąc, oba typy akumulatorów wykorzystują pewną formę chemii litowo-jonowej (li-ion).

Oba akumulatory regularnie muszą być podłączane, zanim całkowicie się rozładują. Chociaż jest to irytujące, gdy Twój smartfon gaśnie z powodu wyczerpanego akumulatora, to znacznie gorsze — i może być bardzo kosztowne oraz czasochłonne — gdy akumulator EV całkowicie się rozładowuje.

Tak więc, tak, są podobne w pewnych aspektach, ale w innych są bardzo różne. Na przykład akumulator EV jest znacznie większy i bardziej skomplikowany, a jego ładowanie zajmuje więcej czasu. Dodatkowo akumulatory w dzisiejszych przenośnych urządzeniach zazwyczaj składają się tylko z jednego ogniwa, aby były małe i lekkie. Zazwyczaj działają przy zaledwie 4 woltach, a jeśli są często rozładowywane i ładowane, przeciętnie wytrzymują tylko kilka lat, zanim zaczynają poważnie degradować.

Z drugiej strony akumulatory EV mogą składać się z setek, a zazwyczaj tysięcy połączonych ogniw, a ich napięcie wynosi od 400 do 800 woltów. Inną dużą różnicą jest to, że rząd federalny nakazuje, aby gwarancje na akumulatory EV obejmowały co najmniej osiem lat lub 160 000 km, chociaż większość nowych EV sprzedawanych w USA przekracza te wymagania, a niektórzy producenci oferują gwarancje do 10 lat lub 280 000 km. Producenci samochodów muszą również gwarantować, że akumulator zachowa co najmniej 70 procent swojej pierwotnej pojemności w okresie gwarancyjnym, podczas gdy wiele firm produkujących przenośne urządzenia oferuje tylko 12-miesięczną gwarancję na akumulatory, która zazwyczaj chroni przed wadami produkcyjnymi, a nie degradacją, która jest uważana za normalne zużycie.

Technologie akumulatorów EV: kompromisy

Większość akumulatorów EV wykorzystuje tę samą podstawową technologię li-ion co przenośne urządzenia, a najczęściej spotykanym typem w pojazdach sprzedawanych w USA jest mieszanka niklu, manganu i kobaltu (NMC), chociaż inny typ akumulatora li-ion znany jako fosforan żelaza litowego (LFP) zyskuje na popularności. Jak wszystkie akumulatory, technologie NMC i LFP mają swoje mocne i słabe strony. Akumulatory NMC mają wyższą gęstość energetyczną i lepiej ładują się w niskich temperaturach, ale są droższe, ponieważ wykorzystują droższe materiały (tj. kobalt, nikiel i mangan) i nie trwają tak długo. Akumulatory LFP mają niższą gęstość energetyczną, ale wytrzymują dłużej, lepiej tolerują wysokie temperatury i są tańsze, ponieważ zawierają żelazo, które jest bardziej dostępne niż inne pierwiastki.

Kilka innych technologii akumulatorów EV jest na horyzoncie. Jedną z nich, która od lat unosi się jak miraż, są akumulatory stałoprądowe, które zastępują łatwopalne cieczy elektrolityczne materiałami stałymi, oferując wyższą gęstość energii w mniejszej i lżejszej formie, ładują się znacznie szybciej (potencjalnie mniej niż 10 minut, aby naładować akumulator do co najmniej 80 procent) i zapewniają dłuższy zasięg.

W zeszłym roku Mercedes-Benz rozpoczął testowanie prototypu elektrycznego sedana EQS z półstałym pakietem akumulatorów, współtworzonym z jego spółką zależną od napędu Formuły 1, podczas gdy grupa Volkswagen niedawno umieściła akumulator stałoprądowy na motocyklu Ducati V21L MotoE jako „demonstrator technologii”. Inne przyszłe potencjalne chemie akumulatorów, które są testowane, to litowo-siarkowe i sodowo-jonowe, podczas gdy badacze również modyfikują materiały elektrodowe, aby poprawić wydajność istniejących akumulatorów.

Opcje ładowania akumulatorów EV

Ale dość lekcji chemii. Większość kupujących pojazdy po prostu chce wiedzieć, jak szybko naładuje się akumulator EV i jak długo będzie on działał przez cały okres użytkowania samochodu. Okazuje się, że te dwie kwestie są ze sobą powiązane, ale z akumulatorami EV sprawa jest skomplikowana.

Masz dwie ogólne opcje ładowania większości przenośnych urządzeń elektronicznych: szybkie ładowanie za pomocą kabla zasilającego AC 120-woltowego i gniazdka lub wolniejsze ładowanie za pomocą kabli zasilających USB i gniazdek. Akumulatory EV mają trzy opcje ładowania. Poziom 1 jest najwolniejszy, korzystając z regularnego gniazdka AC 120-woltowego, i dostarcza tylko kilka mil zasięgu na godzinę. Ładowanie poziomu 2 jest szybsze i zazwyczaj odbywa się podczas parkowania w domu, pracy lub hotelu, korzystając z gniazdka 240-woltowego, jak te używane do dużych urządzeń domowych, takich jak suszarki elektryczne, lub bardziej typowo z domowej ładowarki montowanej na ścianie. Ładowanie poziomu 2 jest również dostępne na publicznych stacjach ładowania działających przy 208 woltach. Poziom 3 DC szybkie ładowanie jest dostępne tylko na publicznych stacjach ładowania, a prędkość ładowania zależy od takich czynników, jak moc wyjściowa ładowarki, mierzona w kilowatach (kW), a nawet liczba pojazdów EV ładujących się jednocześnie.

Podczas gdy szybkie ładowarki DC zapewniają najszybsze czasy ładowania akumulatorów EV, są również dotknięte zmiennymi, które zazwyczaj nie stanowią problemu w przypadku ładowania poziomu 1 i poziomu 2 AC. Chociaż wszystkie poziomy są wpływane przez temperaturę akumulatora i stan naładowania akumulatora (SOC), poziom 3 jest bardziej dotknięty maksymalną akceptacją akumulatora, całkowitą mocą wyjściową stacji (ponieważ wiele publicznych stacji ładowania korzysta z zarządzania obciążeniem, aby podzielić dostępną moc między pojazdy) i innymi czynnikami. Krótko mówiąc, czasy ładowania w rzeczywistych warunkach dla poziomu 3 mogą i będą się wahać, czasami znacznie, w zależności od sytuacji. A podczas gdy większe pakiety akumulatorów zazwyczaj akceptują wyższą moc (mierzona w kW) przez dłuższe okresy niż mniejsze, ze względu na ich rozmiar mogą również ładować się dłużej. Jednak większy akumulator w pojeździe z architekturą 800-woltową może ładować się szybciej niż mniejszy akumulator w pojeździe z architekturą 400-woltową, przy założeniu, że wszystkie inne czynniki są względnie równe.

Żywotność baterii

Prawdopodobnie zauważyłeś, że gdy kupujesz nowy smartfon, trzyma on ładunek znacznie dłużej niż twój stary telefon. Bateria w smartfonie, podobnie jak akumulator EV, ma żywotność cyklu: liczbę razy, które może przejść od 100 do 0 procent naładowania. Baterie litowo-jonowe używane w przenośnych urządzeniach elektronicznych zazwyczaj mogą obsługiwać od 300 do 500 pełnych cykli ładowania/rozładowania i średnio są dobre przez około 1 do 1,5 roku codziennego użytkowania, zanim całkowita pojemność akumulatora spadnie do około 80 procent. Ważne jest, aby zauważyć, że dotyczy to cykli ładowania od 0 do 100 procent, a „płytkie” rozładowanie/ładowanie w węższym zakresie niż 0 do 100 procent nie jest tak wymagające dla akumulatora.

Oczywiście, akumulatory samochodów elektrycznych muszą wytrzymywać znacznie dłużej, a większość właścicieli nie używa ich na stałe jak smartfony. Dlatego samochody elektryczne mogą przechodzić znacznie mniej cykli rozładowania/ładowania. Akumulator EV jest również narażony na większy stres i ciepło, gdy jest w pełni naładowany, co przyspiesza degradację. Dlatego wielu producentów samochodów zaleca lub ustawia domyślnie ładowanie akumulatorów elektrycznych na poziomie 80 procent, aby chronić baterię i maksymalizować jej żywotność — oraz zniechęca do częstego ładowania na poziomie 3, które może znacznie szybciej degradować akumulator. Ponadto ładowanie akumulatora EV od 80 do 100 procent może zająć więcej czasu niż ładowanie od 20 do 80 procent, ponieważ prędkość ładowania jest zmniejszana, aby chronić baterię przed uszkodzeniem, a także zajmuje więcej czasu ogólnie, gdy akumulator staje się coraz bardziej naładowany elektronami.

Droga Część Samochodowa

Zestaw akumulatorów zazwyczaj stanowi około 30 do 40 procent całkowitego kosztu samochodu elektrycznego, co czyni go najdroższym elementem pojazdu. Jest to również najbardziej skomplikowany komponent w EV i zawiera zaawansowany system zarządzania baterią (BMS), który monitoruje napięcia ogniw, temperatury i prąd. Wymaga również zaawansowanych systemów chłodzenia i ogrzewania, aby zapewnić optymalną wydajność w różnych temperaturach oraz pomóc w zapobieganiu przegrzaniu termicznemu i potencjalnemu pożarowi.

Prawdopodobnie, jeśli ta droga część samochodowa EV ulegnie awarii i będzie wymagała wymiany, będzie objęta gwarancją. Rozumiejąc nieco więcej o akumulatorach EV — i jak są one podobne, ale różne od akumulatorów zasilających Twoje przenośne urządzenia elektroniczne — można mieć nadzieję na lepszą decyzję zakupową i cieszyć się latami bezpaliwowej i bezstresowej jazdy elektrycznej.