Hvorfor oplades elbiler langsomt? Lithium batterigrænser forklaret

En af de største barrierer for købere af elbiler er opladningshastigheden. Ingen ønsker at hænge ved en vejsidestation i 40 minutter. Lad os se nærmere på, hvorfor elbiler tager så lang tid at fylde op, og hvad der bliver gjort for at overvinde denne store hindring for vedtagelse af elbiler.

Hvor lang tid tager det for en elbil at oplade?

Den nøjagtige tid, det tager at oplade et EV-batteri, vil afhænge af opladningspunktet, den ladning, der er tilbage at fylde på EV'en, og et utal af miljøfaktorer. For eksempel en fuldt udtømt Tesla Model 3 med den største kapacitet ville tage otte til 12 timer til at oplade derhjemme med et kraftigt stik. I mellemtiden kunne en Supercharger-station udføre det samme arbejde på 25 til 30 minutter.

Skal elbiler være fuldt opladet?

En af de vaner, der er indgroet hos chauffører, når det kommer til brændstof, er at fylde op til 100 %. Med benzin giver dette mening, men batterier kan tage betydelig skade, når de presses til disse ekstremer i kapacitet.

Du har muligvis set funktioner på bærbare computere der prioriterer batteriets sundhed ved at begrænse maksimal opladning til 80 %. Det er almindelig praksis nu, at telefoner planlægger opladningshastigheder, så de kun når 100 %, når du er lige ved at vågne om morgenen - på den måde bruger batteriet ikke meget tid på at sprænge i sømmene med strøm.

Disse forholdsregler har at gøre med batterikemi. Som vi forklarer i vores guide til batterier, virker de ved at flytte lithiumatomer fra den ene side af et batteri til en anden. Elektronerne kan ikke komme med på turen på grund af en barriere mellem de to batterihalvdele. Så elektronerne tager den naturskønne rute gennem et elektrisk kredsløb, der driver vores enheder. Til sidst genforenes elektronerne med deres for længst mistede lithiumkammerater på den anden side af batteriet.

På hver side af batteriet er der et medium, hvor de lithium-ioner kan hænge ud imens. Disse lithium-atomer er afgørende for den strukturelle stabilitet af de medier, de opholder sig i. Når der slet ikke er lithium i begge ender, får disse strukturer et stort slag, hvilket reducerer deres evne til at rumme lithiumioner i fremtiden og i sidste ende skader opladningskapaciteten. En dyb afladning skader batteriets levetid ligesom en overopladning af samme grund: Du fratager den ene side af batteri af lithium atomer, medierne har brug for for at støtte strukturen og rumme mere lithium i fremtiden.

På grund af den effekt, disse ekstreme batteriopladninger har på den samlede levetid, vil styringssystemer indbygget i elbiler underrapportere faktisk opladning i den lave ende og overrapportere opladning i den høje ende. Dette beskytter brugerne mod at skade deres batteriers langsigtede sundhed af hensyn til lidt mere strøm i øjeblikket. Så selvom en EV siger, at den er på 100 %, har batteriet sandsynligvis stadig en tom buffer, der sikrer, at du ikke skader den langsigtede batterilevetid.

Hvorfor oplades elbiler langsomt?

Hvis du oplader et stort set opbrugt batteri, går de første 80 % på cirka en halv time, mens de sidste 20 % tager lige så lang tid. Som vi diskuterede ovenfor, er den samlede batterilevetid hæmmet på grund af overopladning, så opladningspunkter vil begynde at reducere output, når de registrerer, at batteriet er næsten fuldt.

Udover at sikre, at dit EV-batteri fortsætter i lang tid, er denne sænkning også en sikkerhedsforanstaltning. Når batterier bliver varmere, bliver de mere eksploderende. Ja, batteripakker har kølelag vævet igennem dem, men de vil kun gå så langt for at modvirke den varme, der genereres ved opladning.

Hvordan kan en elbil oplades hurtigere?

Lige nu er den hurtigste måde at lade elbiler på ved niveau 3 jævnstrøms ladestationer. Tesla Superchargers er det store navn i den kategori, men der er andre højhastighedsalternativer.

Efterhånden som batteriteknologien forbedres, vil vi sandsynligvis også se opladningstiderne blive bedre. Superkondensatorer er et lovende fremskridt, der gør det muligt for køretøjer at modtage en stor opladning hurtigt, mens de stopper. Det afhænger selvfølgelig af, at dedikerede ladestationer installeres langs ruterne. Kondensatorer har også en meget mindre energikapacitet end et ordentligt batteri, så vi ville højst kigge på hybridsystemer.

Grafen er et lovende materiale, vi er begynder at se i forbrugerelektronik der har specialiseret sig i hurtig opladning. At skalere det op til EV-batterier vil give en problemfri forbedring af opladningstider uden at skulle opgradere infrastrukturen. Selvom det vil afhænge af batteriudskiftninger, ville den grundlæggende batteriteknologi ikke ændre sig meget ud over at bytte i grafen som en af ​​hovedkomponenterne.

Solid-state batterier er et meget mere dramatisk skift i batteriteknologi. Disse har været et mål for forskning i årevis, og selvom de endnu ikke rigtig har slået igennem på markedet, er løftet stort. Solid-state batterier er lette og stabile, hvilket betyder, at de ville være i stand til at acceptere en hurtigere opladning uden farerne for overophedning, som vi ser blandt traditionelle batterier med flydende elektrolytter.

Forhåbentlig forklarer det nogle af udfordringerne omkring ladetider for elbiler. Ventetiden er ubelejlig, men det holder batterierne i gang i længere tid og giver et sikkerhedsnet. I den nærmeste fremtid vil batteriforbedringer sandsynligvis reducere EV-opladningstiden.

Redaktørens anbefalinger

• De bedste niveau 2 elbilopladere til hjemmet
• EV vs. PHEV vs. hybrid: Hvad er forskellen?
• Mercedes EV-ladehubs kommer til Nordamerika i slutningen af ​​årtiet
• De bedste EV-opladningsapps hjælper dig med at finde den rigtige station til enhver elbil
• Er elbiler dyrere end gasbiler? Det er kompliceret

Opgrader din livsstilDigital Trends hjælper læserne med at holde styr på den hurtige teknologiske verden med alle de seneste nyheder, sjove produktanmeldelser, indsigtsfulde redaktionelle artikler og enestående smugkig.