Az e-autó akkumulátorának kapacitásának fenntartása - Energiedienst-Blog
Az áramot tároló akkumulátor kritikus elem az elektromos autókban, és drága is. A lítium-ion akkumulátor kilowattórás kapacitása jelenleg körülbelül 150-200 euróba kerül. A 30–100 kWh kapacitással, amelyet a közös autókba építenek be, csak az akkumulátorért 5000–20 000 eurót kell fizetnie. Bár ez összességében lényegesen kevesebb, mint öt évvel ezelőtt, amikor az ár kétszer olyan magas volt, az akkumulátor továbbra is meghatározó költségmeghajtó az elektromos autók árképzésében.
Ezért nem meglepő, hogy különösen ez az alkatrész határozza meg a jövőben egy használt elektromos autó értékét. A jelenleg használt lítium-ion rendszerek egy tulajdonsággal rendelkeznek, amely nem feltétlenül járul hozzá értékük megőrzéséhez: elveszítik a rendelkezésre álló kapacitást. Pontosabban, ez azt jelenti, hogy egy olyan akkumulátorrendszer kapacitásvesztését veszi figyelembe, amely általában sok egyedi elemből áll és rendelkezik elektronikus felügyelettel (ún. Akkumulátor-kezelő rendszer, BMS): Idővel egyre kevesebb töltés tárolható vele.
Az akkumulátorrendszer "egészségét" nagyon különböző tényezők befolyásolják. Ezek a tényezők külön-külön vagy együttesen hatnak az akkumulátor fizikájára, és különböző mértékben meghatározzák annak kapacitásának fokozatos csökkenését. Mindezek helyes kiszámítása nem kis kérdés a bonyolultság miatt, ezért szakértői tanácsot kértünk Stephan Rohrtól, aki a müncheni műszaki egyetemen tudósként dolgozik. Ott Rohr egy 10 fős munkatársat vezet a Járműtechnikai Tanszéknél (FTM), hogy az akkumulátorok élettartama végére érjen, és hogyan befolyásolják őket az elkerülhetetlen fizikai folyamatok vagy az elkerülhető hibák a használat során.
A lítium-ion akkumulátor fizikája
Egy jelenlegi kivitelű lítium-ion akkumulátorban a lítium-ionok a katódból az anódba vándorolnak, és természetesen fordítva, attól függően, hogy az akkumulátort töltik vagy lemerítik. A két feszültség pólust elválasztó membrán választja el, amelyen keresztül az ionoknak át kell menniük. Kobalt, grafit, nikkel, szilícium - a lítium mellett számos fémet használnak tiszta formában vagy fémoxidként. Az akkumulátorban lejátszódó elektrokémiai folyamat nem állandó, de az anyagok és azok összetétele megváltozik, reagál egymással és természetesen a külső hatásokra.
1. stressztényező: A naptári idő
A lítium-ion akkumulátorokban tárolt villamos energia mennyisége idővel romlik, még használat nélkül is. Úgynevezett parazita, irreverzibilis kémiai reakciók lépnek fel, amelyek az első generációs akkumulátorok esetében akár teljes veszteséghez is vezetnek. Most sokkal jobb ellenőrzés alatt állunk. A tiszta idő ezért most kisebb szerepet játszik a kapacitás romlásában. Ennek ellenére azt lehet mondani: minél régebbi az akkumulátor, annál alacsonyabb a kapacitása.
2. stressztényező: a hőmérséklet
"Az akkumulátor hőmérséklete a tárolás, a töltés és a lemerülés során döntő fontosságú az egészsége szempontjából" - mondja Stephan Rohr. A -10 és +40 fok közötti hőmérséklet általában az abszolút minimum és maximális határérték, amelynek az akkumulátornak működés közben ki kell lennie. A lenti vagy a feletti értékek súlyosan károsíthatják. Ezért van az elektromos autók akkumulátorrendszereinek megfelelő hőmérséklet-szabályozása. Ez biztosítja, hogy az akkumulátor mindig megfelelően felmelegedjen vagy lehűljön. De mi az optimális hőmérséklet? Stephan Rohr: „Az akkumulátor optimális üzemi hőmérséklete az, amellyel az emberek a legkényelmesebbnek érzik magukat - 20 fok körül. A 10 fok azonban még jobb is csak tárolásra, ha éppen nem használja. "
3. stressztényező: a töltési ciklusok
Minél gyakrabban töltik fel, majd kisütik az akkumulátort, annál inkább negatívan hat a kapacitására. Az e-car vezetői jelenetben 1000–2000 úgynevezett töltési ciklus kering, hogy az akkumulátor sértetlenül is életben marad. Ezt követően az akkumulátor állapota romlani kezd. Stephan Rohr nem tudja megerősíteni az ilyen általános információkat: „A töltési ciklus kifejezés nemcsak rendkívül pontatlan, hanem erősen félrevezető is. Senki sem tudja pontosan, hogy ez valójában mit jelent. ”A probléma az: Elméletileg a töltési ciklus azt jelenti, hogy egy üres akkumulátort 0 és 100% között töltenek fel. Ilyen 0-100 viselkedés általában csak ritkán fordul elő, mert az akkumulátorok soha nem merülnek le teljesen, és általában nem töltődnek fel 100% -ban, legalábbis az elektromos autók esetében. Önmagában a töltési folyamatok száma nem sokat mond azok negatív potenciáljáról az akkumulátorok állapotában. Ez jobban függ a be- és kirakodás tervezésétől.
4. stressztényező: a terhelés
"Az akkumulátor méretének és a töltési feszültségnek az ideális esetben nem haladhatja meg az 1 C-ot" - magyarázza Stephan Rohr. „Minél alacsonyabb a C-érték töltéskor, annál jobb az akkumulátor számára.” Ez a következőket jelenti: Ha a töltés közbeni áram túl nagy az akkumulátor számára, akkor tartósan megsérül. Ezért ügyeljen arra, hogy lassabban töltse fel, lehetőleg a lehető legkisebb árammal.
Példák:
- Az új Nissan Leaf 30 kWh-s akkumulátorral rendelkezik. Ha 50 kW teljesítményű gyorstöltő állomáson tölt, akkor a C értéke 1,66. A töltési viselkedés hangsúlyozza az akkumulátort, de természetesen nem akar sokáig várni egy ilyen állomáson. Tehát kompromisszumokat köt.
- A 100 kWh akkumulátorral rendelkező Tesla Model X néha 120 kW töltőteljesítményt ér el a vállalat saját kompresszorán. C-érték: 1.2. Az akkumulátor is feszültség alatt áll.
Nagy árammal történő töltéskor elsősorban hőmérsékleti problémák merülnek fel. A sejtek túlmelegednek, és hűteni kell őket.
5. stressztényező: kisütés
A kisülés alatti áram mennyisége szintén negatívan befolyásolhatja az akkumulátor egészségét. A töltéshez hasonlóan a túlmelegedés a döntő stressztényező az akkumulátorcellák számára. Az elektromos autókban nagy áramerősségű kisülések fordulnak elő, például gyorsuláskor. Ha folyamatosan nyomja a gázpedált, az akkumulátor vezérlése szabályozza a teljes teljesítményt. Ennek oka az a tény, hogy a hűtőrendszer nem tud olyan gyorsan reagálni, amint a sejtek felmelegednek.
Sürgősen kerülni kell az úgynevezett mélykisülést, vagyis az akkumulátor 0-ig történő lemerítését.
Tippek az elektromos autó akkumulátorának élettartamának növelésére
- Az akkumulátort mindig tartsa töltöttségi szintjén, a kapacitás 40–80% -a között.
- Minél lassabban töltődik be, annál jobb. Az e-autó rajongóknak most már erőseknek kell lenniük: A horkoláskor felhúzott szemöldök (azaz egy 3,5 kW-os háztartási aljzatnál) előny az akkumulátor számára. A faldoboz felhasználói számára egyértelmű: "Mivel az akkumulátorok kapacitása legalább 20-30 kWh, a háromfázisú töltés a 11 kW-os váltakozó áramú wallboxon nem jelent problémát az e-autók számára" - mondta Stephan Rohr.
- A borotvaelemek élettartama rövidebb. Ha gyakran gyorsul teljes sebességre, akkor az akkumulátora megsérül.
- Soha nem ürült mélyen!
Használt elektromos autó vásárlásakor erre ügyelnie kell
Mivel az akkumulátor a meghatározó alkatrész egy elektromos autóban, amelynek "kopása" valóban számít a hatótávolság csökkenése miatt, a vevő természetesen szeretné tudni, hogy milyen az akkumulátor állapota. Mivel, amint az látható, az a tény, hogy a felhasználó hogyan kezeli az akkumulátort, döntő az állapota szempontjából, de ez nem nyilvánvaló a járművön, ezért az egyik jelenleg disznót vásárol piszkálva. Bizony, az olyan információk, mint a jármű kora és a megtett kilométerek, információt nyújtanak a naptári korról és a várható töltési ciklusokról. De a felhasználó többször mélyen lemerítette az akkumulátort? Sokat gyorsult? Gyakran töltött 1 C érték felett? Nem tudsz erről semmit, és függsz az eladó nyilatkozatától. Ezért tanácsos lenne minél többet megtudni az akkumulátor jelenlegi kapacitásáról a vadonatúj státuszhoz képest. A 10% -os kapacitásveszteséget meghaladó értékek további veszteségeket valószínűsítenek, és jelentősen csökkenteniük kell a jármű értékét.
Mennyit veszít kapacitásból?
Mivel, mint láttuk, sok tényező befolyásolja az akkumulátor állapotát, a kapacitásveszteségről nem lehet általános megállapításokat tenni. Csak attól függ. A jelenlegi tudományos tanulmányok arra a következtetésre jutottak, hogy az összes vizsgált jármű és használati forgatókönyv 100% megtett kilométer után 10% -os kapacitásvesztést mutat. „Ez most nem tűnik annyira soknak - mondja Rohr -, de a probléma az, hogy a veszteségek egy bizonyos ponttól kezdve exponenciálisan fordulhatnak elő.” Tehát, ha az akkumulátor megsérült, még gyorsabban lemerül. Michael Baumann kollégájával együtt Rohr ezért létrehozott egy startupot, amely képes kiszámítani és igazolni az akkumulátorok egészségi állapotát a levegőben, és megjósolni a hátralévő élettartamot. Egy ilyen módszer másodlagos újrahasznosítás esetén tudományos alapokra helyezné a használt elemek értékelését.