Hvorfor lader elbiler sakte? Litiumbatterigrenser forklart

En av de største barrierene for kjøpere av elbiler er ladehastighet. Ingen vil henge rundt en veistasjon i 40 minutter. La oss se nærmere på hvorfor elbiler tar så lang tid å fylle på, og hva som gjøres for å overvinne denne store hindringen for bruk av elbiler.

Hvor lang tid tar det før en elbil lades?

Den nøyaktige tiden det tar å lade et EV-batteri vil avhenge av ladepunktet, ladningen som gjenstår å fylle på EV-en, og en myriade av miljøfaktorer. For eksempel en helt utarmet Tesla Model 3 med størst kapasitet vil ta åtte til 12 timer å lade hjemme med en kraftig kontakt. I mellomtiden kan en Supercharger-stasjon gjøre den samme jobben på 25 til 30 minutter.

Må elbiler være fulladet?

En av vanene som er forankret i sjåførene når det kommer til drivstoff, er å fylle opp til 100 %. Med bensin er dette fornuftig, men batterier kan ta betydelig skade når de presses til ekstreme kapasiteter.

Du har kanskje sett funksjoner på bærbare datamaskiner som prioriterer batterihelse ved å begrense maksimal lading til 80 %. Det er vanlig praksis nå at telefoner planlegger ladehastigheter slik at de bare når 100 % når du er omtrent å våkne om morgenen – på den måten bruker ikke batteriet mye tid på å sprekke i sømmene makt.

Disse forholdsreglene har med batterikjemi å gjøre. Som vi forklarer i vår guide til batterier, fungerer de ved å flytte litiumatomer fra den ene siden av et batteri til en annen. Elektronene kan ikke komme med på turen på grunn av en barriere mellom de to batterihalvdelene. Så elektronene tar den naturskjønne ruten gjennom en elektrisk krets som driver enhetene våre. Etter hvert gjenforenes elektronene med sine for lengst tapte litiumkompiser på den andre siden av batteriet.

På hver side av batteriet er det et medium der litiumionene kan henge ut i mellomtiden. Disse litiumatomene er avgjørende for den strukturelle stabiliteten til mediene de oppholder seg i. Når det ikke er litium i det hele tatt i noen ende, får disse strukturene et stort slag, noe som reduserer deres evne til å romme litiumioner i fremtiden og til slutt skader ladekapasiteten. En dyp utladning skader batterilevetiden akkurat som en overlading av samme grunn: Du fratar den ene siden av batteri av litiumatomer mediene trenger for å støtte opp strukturen og romme mer litium i fremtiden.

På grunn av effekten disse ekstreme batteriladingene har på den totale levetiden, vil styringssystemer innebygd i elbiler underrapportere faktisk ladning i den lave enden og overrapportere ladning i den høye enden. Dette beskytter brukere fra å skade den langsiktige helsen til batteriene deres for å få litt mer kraft i øyeblikket. Så selv om en elbil sier at den er på 100 %, har batteriet sannsynligvis fortsatt en tom buffer som sikrer at du ikke skader den langsiktige batterilevetiden.

Hvorfor lader elbiler sakte?

Hvis du lader et stort sett utladet batteri, går de første 80 % på omtrent en halv time, mens de siste 20 % tar like lang tid. Som vi diskuterte ovenfor, er den totale batterilevetiden redusert på grunn av overlading, så ladepunktene vil begynne å redusere ytelsen når de oppdager at batteriet nesten er fullt.

I tillegg til å sikre at EV-batteriet fortsetter i lang tid, er denne nedbremsingen også et sikkerhetstiltak. Når batteriene blir varmere, blir de mer eksploderende. Ja, batteripakker har kjølelag vevd gjennom dem, men de vil bare gå så langt for å motvirke varmen som genereres ved lading.

Hvordan kan en elbil lades raskere?

Akkurat nå er den raskeste måten å lade elbiler på ved nivå 3 likestrøms ladestasjoner. Tesla Superchargers er det store navnet i den kategorien, men det finnes andre høyhastighetsalternativer.

Ettersom batteriteknologien forbedres, vil vi sannsynligvis se at ladetiden også blir bedre. Superkondensatorer er et lovende fremskritt, som lar kjøretøy motta en stor ladning raskt mens de stopper. Det avhenger selvfølgelig av at dedikerte ladestasjoner installeres langs ruter. Kondensatorer har også en mye mindre energikapasitet enn et skikkelig batteri, så på det meste vil vi se på hybridsystemer.

Grafen er et lovende materiale vi er begynner å se i forbrukerelektronikk som spesialiserer seg på hurtiglading. Skalering opp til EV-batterier vil gi en sømløs forbedring av ladetiden uten å måtte oppgradere infrastrukturen. Selv om det vil avhenge av batteribytte, vil den grunnleggende batteriteknologien ikke endre seg mye utover å bytte inn grafen som en av hovedkomponentene.

Solid-state-batterier er et mye mer dramatisk skifte i batteriteknologi. Disse har vært et mål for forskning i årevis, og selv om de ennå ikke virkelig har slått gjennom på markedet, er løftet stort. Solid-state batterier er lette og stabile, noe som betyr at de vil kunne akseptere en raskere lading uten farene for overoppheting, slik vi ser blant tradisjonelle batterier med flytende elektrolytter.

Forhåpentligvis forklarer det noen av utfordringene rundt ladetider for elbiler. Ventetiden er upraktisk, men den holder batteriene i drift lenger og gir et sikkerhetsnett. I nær fremtid vil batteriforbedringer sannsynligvis redusere ladetiden for elbiler.

Redaktørenes anbefalinger

• De beste EV-ladere for hjemmet nivå 2
• EV vs. PHEV vs. hybrid: Hva er forskjellen?
• Mercedes EV-ladehuber kommer til Nord-Amerika ved slutten av tiåret
• De beste EV-ladeappene hjelper deg med å finne den rette stasjonen for enhver elbil
• Er elbiler dyrere enn bensinbiler? Det er komplisert

Oppgrader livsstilen dinDigitale trender hjelper leserne å følge med på den fartsfylte teknologiverdenen med alle de siste nyhetene, morsomme produktanmeldelser, innsiktsfulle redaksjoner og unike sniktitter.