Деградация батареи и ее влияние на работу автомобиля

Деградация батареи

Деградация батареи — это понятие также влечет за собой (Время автономной работы) и это показатель эффективности работы аккумулятора и долговечности, который можно количественно определить несколькими способами: как время работы при полной зарядке, как оценивается изготовителем в миллиамперных часах, или как количество циклов зарядки до конца срока службы. С момента выпуска первого коммерчески успешного недорогого полностью электрического автомобиля (EV) в этом веке Nissan Leaf от Nissan в 2010 году, а также коммерческого успеха более дорогой модели Tesla Model S, которая была впервые выпущена в 2012 году, чьи представления доказали, что электромобили могут работать, а также их бензиновые и дизельные эквиваленты и иметь приличный диапазон батарей, произошло значительное увеличение числа производителей автомобилей (OEM), которые начали предлагать свои собственные полностью электрические модели автомобилей. Первоначальный всплеск продаж EV был частично обусловлен государственными скидками, связанными с выбросами, в разных странах, поскольку высокая стоимость литиево-ионных аккумуляторных батарей сделала цены на эти автомобили неконкурентоспособными по сравнению с традиционными бензиновыми и дизельными транспортными средствами.

Однако в последние годы цены на литий-ионные батареи и аккумуляторные батареи неуклонно снижались, что привело к снижению стоимости автомобиля с конкурентоспособностью традиционного автомобиля. При расчете предложения стоимости EV, возможно, самым критическим фактором и точкой обсуждения являются времена жизни батареи EV, которые влияют на пригодный для использования срок службы транспортного средства и цель этой статьи — изучить существующие технологии батарей, деградацию батареи и то, как она влияет на цену эксплуатации и наконец, прийти к выводу о текущем и будущем прогнозе стоимости EV против своих традиционных дизельных и бензиновых аналогов.

Деградация батареи

Эффект и измерение деградации. Существуют различные параметры производительности батареи, на которые влияет деградация. Типичные параметры, показанные ниже, могут использоваться для определения состояния деградации или, наоборот, состояния здоровья (SOH), а также могут использоваться системами мониторинга батареи для этой цели:

  • Внутреннее сопротивление. Когда внутреннее сопротивление батареи увеличивается из-за ухудшения, выходной ток ограничен, батарея нагревается больше из-за потери мощности и понижается выходное напряжение.
  • Вместимость. Емкость батарей или возможность хранения заряда снижаются из-за старения.
  • Скорость саморазряда. Частота саморазряда батарей увеличивается из-за ухудшения и теряет способность удерживать заряд.

Механизмы деградации

В то время как различные компоненты батареи подвергаются различным механизмам старения, анод подвергается множественному старению механизмов, которые ухудшают электрохимические характеристики литий-ионной батареи. Некоторые из этих механизмов деградации для Li-Ion аккумуляторов описаны ниже:

  • Сопротивление анода. Слой SEI является ключевым элементом традиционных литий-ионных батарей и действует как функция безопасности, поддерживая защитный барьер между отрицательным электродом и электролитом. Рост пассивного поверхностного слоя поверх слоя SEI обусловлен побочными продуктами, которые накладывают слой SEI во время нежелательных условий, таких как перезарядка, короткое замыкание и температура. Этот пассивный поверхностный слой создает сопротивление литий-ионному потоку, что приводит к повышению сопротивления переносу заряда и импедансу анода.
  • Деградация анода из-за структурных изменений. Велосипедная литий-ионная батарея с высокой скоростью разряда и высоким уровнем заряда (SOC) индуцирует механическую деформацию на графитовой решетке анодного электрода. Характер и ориентация частиц графита влияет на обратимую емкость анода.

Предотвращение деградации батареи

Деградация батареи

Уменьшая, насколько это возможно, механизмы деградации, можно продлить срок службы батареи и жизненный цикл. Это можно сделать путем правильного управления батареей во время хранения и использования во время зарядки и разрядки. Это такие функции, как:

  • Управление зарядом. Предотвращение перегрузки по току и перенапряжения во время зарядки. Это можно сделать, придерживаясь рекомендованного профиля заряда, чтобы не превышать максимально рекомендуемый зарядный ток.
  • Контроль разряда. Предотвращение перегрузки по току и под напряжением во время разрядки. Это можно сделать, установив порог отсечки для напряжения и максимального тока.
  • Контроль температуры. Поддержание окружающей среды при рабочей температуре, если это возможно, или прекращение использования батареи за пределами диапазона эксплуатационных условий.
  • Батарейный баланс. Балансировка батареи гарантирует, что пакет может быть правильно использован, так как нам придется прекратить зарядку, когда какая-либо из ячеек достигнет максимального напряжения или прекратит разрядку, когда какая-либо из ячеек достигнет минимального напряжения. Цель уравновешивания заключается в том, чтобы попытаться поддерживать ячейки на более или менее одинаковом напряжении, чтобы гарантировать, что эта точка отсечения не будет достигнута преждевременно из-за несбалансированного пакета. Балансировка батареи также может рассматриваться как форма предотвращения деградации, поскольку она может, например, предотвращать чрезмерную ситуацию в ячейке с другим напряжением до среднего значения ячейки пакета, когда отдельные токи ячеек не контролируются.

Очень важными факторами для сохранения долговечности вашей батареи является и предотвращения деградации батареи:

Изучение срока службы батареи, ее деградации и развития

Изучение срока службы батареи, ее деградации и развития

Батарейный блок электромобиля (EV) является важнейшей задачей для потребителей. Каков фактический диапазон EV? Сколько времени мне потребуется для зарядки? И типичное поведение потребителей должно измениться, чтобы принять EV? Ниже мы концентрируемся на проблемах, связанных с временем автономной работы и деградации, а также упоминанием о текущих событиях на рынке.

Автомобильные исследования: срок службы батареи

В настоящее время существует напряженная дискуссия в области автономной работы. EV не были в обращении достаточно долго, чтобы собрать исчерпывающие данные о жизни. Тем не менее, существенное указание может соответствовать гарантиям, доступным в настоящее время у производителей. Например, Tesla предлагает 8-летнюю гарантию, самый продаваемый Nissan Leaf с 30-ваттной батареей также обеспечивает восьмилетний гарантийный срок.

Возможно, слишком рано оценивать фактический жизненный цикл литиево-ионной батареи, поскольку данные просто недоступны. Однако исследователи из Электрохимического общества обнаружили, что частичный разряд может существенно увеличить срок службы батареи. Например, 100% разрядный цикл (наиболее агрессивный), батареи обычно могут выдерживать от 300 до 500 циклов. Тем не менее, скорость разряда последовательно составляет 50%, а продолжительность жизни может значительно улучшиться в 3-4 раза.

Значительные для потребителей, привычки зарядки, вероятно, будут определять стоимость вашего EV за всю его жизнь.

Чтобы экстраполировать время автономной работы на срок службы EV, ключевым соображением, которое следует учитывать в отношении конкурента двигателя внутреннего сгорания (ICE), является количество движущихся частей. Трансформатор Tesla имеет 18 движущихся частей, в то время как автомобиль ICE имеет сотни.

Следствием этого являются затраты на техническое обслуживание, в то время как исследования опять менее полные, можно сделать логический подход. Единственным существенным значением EV является замена батареи, что важно для того, чтобы отметить, что стоимость на кВтч снижается все время. Согласно заявлению Американского химического общества, вполне разумно оценить срок службы батарейного блока EV до 20 лет. И цитата:

«Это хорошая новость, когда вы считаете, что некоторые оценки показывают среднюю продолжительность жизни нового автомобиля примерно через восемь лет. Транспортные средства ICE имеют сотни «слабых» баллов. Сменные ремни рекомендуется заменять между 60 и 100 тис. пробега; другие возможные расходы включают конвертер и отказ передачи».

Деградация батареи

Деградация батареи в электрических транспортных средствах приводит к затуханию мощности, сокращая тем самым возможный диапазон автомобиля.

Отсутствие данных об ухудшении качества батареи для анализа заставило Маартена Штайнбуха и Мериджа Куманса создавать и проводить исследования в этой области. Итак, то, что они достигли, было первым в своем роде. Maarten Steinbuch и Merijn Coumans в сотрудничестве с голландско-бельгийским форумом Tesla создали публичную электронную таблицу под названием «MaxRange Tesla Battery Survey», которая позволяет водителям Tesla публиковать информацию об их оставшейся емкости аккумулятора. Вы так же можете участвовать в данном исследовании или изучить данные «MaxRange Tesla Battery Survey».

Проект начался в 2015 году, по состоянию на лето 2018 года в проекте приняло участие более 500 пользователей.

Данные в фокусе

В первом графике рассматривается влияние пройденного километража и его уменьшение емкости аккумулятора. Мы видим, что большинство водителейTesla достигли 100 000 км и имели максимальную потерю 10% емкости/диапазона батареи. Однако несколько человек превысили 200 000 км и до сих пор у них остается до 90% емкости аккумулятора.

Telsa Model S/X Пройденное расстояние vs Оставшаяся емкость батареи

Telsa Model S/X Пройденное расстояние vs Оставшаяся емкость батареи
Источник: Steinbuch и Coumans, Максимальный диапазон аккумуляторных батарей Tesla.

Во втором графике рассматривается влияние возраста батареи и ее уменьшение емкости аккумулятора. У большинства пользователей есть аккумулятор на 1-3 года, у которого есть что-либо от 91% до 98% емкости аккумулятора/диапазона. Мы можем снова увидеть несколько пользователей, имеющих до 5-летней батареи с мощностью около 95%.

Tesla Model S/X Возраст батареи и оставшаяся емкость аккумулятора

Tesla Model S/X Возраст батареи и оставшаяся емкость аккумулятора
Источник: Steinbuch и Coumans, Максимальный диапазон аккумуляторных батарей Tesla.

Имеющиеся здесь данные далеко не полны. Тем не менее, модели начинают появляться и дают ценную информацию о емкости и продолжительности жизни батареи EV.

Plug In America имеет аналогичный обзор, и он нашел примерно одинаковые результаты, несмотря на то, что набор данных менее всеобъемлющий. Большинство водителей сохраняют более 90% первоначальной емкости. Выбросы получают еще более впечатляющие результаты — в сентябре компания Tesloop сообщила, что один из автомобилей модели S прошел отметку 320 000 км и потерял всего 6% от своего первоначального запаса.

Разработка

Средний водитель в США путешествует 50 км в день в соответствии с Бюро статистики транспорта, однако беспокойство по диапазону остается препятствием для потребителей.

Тревога диапазона. 2012 Nissan Leaf имел диапазон 170 км, что эквивалентно чуть более трех разовому среднесуточному движению в США. Nissan Leaf 2018 года имеет диапазон до 380 км, что на 220% больше по сравнению с моделью 2012 года, и поэтому ассортимент постоянно улучшается для решения проблем потребителей.

Однако потребители могут больше заботиться о смене поведения. Зарядка EV требует времени и если у вас нет быстрой инфраструктуры зарядки внутри дома или инфраструктуры общедоступной зарядки, она будет оставаться барьером. Несомненно, это точка важна для ускорения внедрения EV.

Являются ли литий-ионные батареи предпочтительным выбором?

Большинство EV сегодня работают на литиево-ионных батареях, та же технология, что и смартфоны и ноутбуки. По данным McKinsey & Company, литий-ионные аккумуляторы подешевели на 80% за последние шесть лет. Тем не менее, аккумуляторная батарея EV по-прежнему относительно дорогая, аккумуляторная батарея Chevy Bolt стоит более 15 500 долларов США, что составляет более 40% от цены EV.

Увеличение масштабов производства поможет снизить затраты. По словам Tesla, когда Gigafactory заработает на полную мощность, это снизит затраты на аккумулятор еще на 35% до $125 за кВтч. Другие производители следуют примеру своей фабрики аккумуляторов, этот рост в производстве станет катализатором приведения EV на рынок по конкурентоспособным ценам.

Топливные элементы аналогичны батареям, поскольку они производят электричество без сгорания или выбросов. Однако, как и бензиновые автомобили, они могут проехать более 480 км на одном баке и заправляться топливом в течение нескольких минут. На автосалоне в Лос-Анджелесе Toyota объявила, что они строят возобновляемую водородную электростанцию ​​в порту Лонг-Бич, которая будет производить 1,2 тонны топлива в день и 2,35 мегаватт электроэнергии. В то время как водородный топливный элемент в настоящее время работает на малую долю рынка, а литий-ионные батареи являются предпочтительным выбором, однако существует желание изучить возможности этой технологии.

Не исключено, что через несколько лет мы говорим о новом аккумуляторе, учитывая темп технологий.

Есть проблемы, с которыми сталкиваются EV, прежде всего это трудности выхода на массовый рынок из-за стоимости. Развитие батареи, диапазон, удобная зарядка и конкурентоспособные цены станут катализатором продвижения EVs на первый план.

Видео: Понимание деградации литий-ионных батарей — Оксфордский университет

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Adblock
detector