Чому електромобілі заряджаються повільно? Пояснення обмежень щодо літієвих батарей

Однією з найбільших перешкод для покупців електромобілів (EV) є швидкість зарядки. Ніхто не хоче тинятися біля придорожньої станції 40 хвилин. Давайте детальніше розглянемо, чому електромобілі так довго заправляються, і що робиться, щоб подолати цю серйозну перешкоду на шляху впровадження електромобілів.

Скільки часу потрібно для зарядки електромобіля?

Точний час, необхідний для заряджання акумулятора електромобіля, залежатиме від зарядної точки, заряду електромобіля, який залишився до заряду, і безлічі факторів навколишнього середовища. Наприклад, повністю розряджена Tesla Model 3 з найбільшою місткістю займе вісім-12 годин для зарядки вдома за допомогою роз’єму високої потужності. Тим часом станція Supercharger могла б виконати ту ж роботу за 25-30 хвилин.

Чи потрібно повністю заряджати електромобілі?

Однією зі звичок водіїв, що стосуються пального, є доливання до 100%. З бензином це має сенс, але батареї можуть серйозно пошкодитися, коли їх ємність досягає крайніх значень.

Можливо, ви бачили функції на ноутбуки які надають пріоритет здоров’ю батареї, обмежуючи максимальну зарядку на 80%. Тепер для телефонів стало звичайною практикою планувати швидкість заряджання, щоб вона досягала 100% лише тоді, коли ви збираєтеся щоб прокинутися вранці — таким чином батарея не витрачає багато часу, тріщачи по швах потужність.

Ці запобіжні заходи пов’язані з хімічним складом батареї. Як ми пояснюємо в наш посібник з акумуляторів, вони працюють, переміщуючи атоми літію з одного боку батареї на інший. Електрони не можуть підійти для поїздки через бар’єр між двома половинками батареї. Отже, електрони проходять мальовничий маршрут через електричне коло, яке живить наші пристрої. Згодом електрони возз’єднуються зі своїми давно втраченими літієвими друзями по інший бік батареї.

З обох боків батареї знаходиться середовище, де тим часом можуть висіти ці іони літію. Ці атоми літію є життєво важливими для структурної стабільності середовищ, у яких вони перебувають. Коли на обох кінцях взагалі немає літію, ці структури отримують великий удар, що зменшує їхню здатність розміщувати іони літію в майбутньому та, зрештою, шкодить зарядній ємності. Глибокий розряд шкодить терміну служби акумулятора так само, як і перезаряд, з тієї ж причини: ви позбавляєте одну сторону батарея атомів літію, яку середовища потребують, щоб підтримувати структуру та вміщувати більше літію в майбутньому.

Через вплив цих екстремальних зарядів акумулятора на загальний термін служби системи керування, вбудовані в електромобілі, занижуватимуть фактичний заряд на нижньому рівні та завищуватимуть заряд на високому. Це захищає користувачів від пошкодження довгострокової працездатності їхніх акумуляторів заради трохи більшої потужності в даний момент. Отже, навіть якщо електромобіль каже, що він заряджений на 100%, батарея, швидше за все, має деякий порожній буфер, який гарантує, що ви не пошкодите довготривалий термін служби батареї.

Чому електромобілі заряджаються повільно?

Якщо ви заряджаєте повністю розряджений акумулятор, перші 80% заряджаються приблизно за півгодини, тоді як останні 20% займають стільки ж. Як ми обговорювали вище, загальний термін служби батареї сповільнюється через надмірне заряджання, тому зарядні точки почнуть зменшувати потужність, коли виявлять, що батарея майже повна.

Окрім того, що батарея електромобіля забезпечує роботу протягом тривалого часу, це уповільнення також є заходом безпеки. Коли батареї нагріваються, вони стають сильнішими. Так, акумуляторні батареї мають охолоджуючі шари, що вплетені в них, але вони йдуть лише так далеко, щоб протидіяти теплу, що виділяється під час заряджання.

Як швидше зарядити електромобіль?

Зараз найшвидший спосіб зарядки електромобілів — зарядні станції постійного струму рівня 3. Tesla Superchargers є гучним ім’ям у цій категорії, але є й інші високошвидкісні альтернативи.

З удосконаленням технології акумуляторів ми, ймовірно, побачимо, що час заряджання також покращиться. Суперконденсатори є багатообіцяючим прогресом, що дозволяє автомобілям швидко заряджатися під час зупинок. Звичайно, це залежить від спеціальних зарядних станцій, встановлених уздовж маршрутів. Конденсатори також мають набагато меншу енергетичну ємність, ніж звичайна батарея, тому щонайбільше ми б розглядали гібридні системи.

Графен є багатообіцяючим матеріалом для нас починаючи бачити в побутовій електроніці який спеціалізується на швидкій зарядці. Масштабування до акумуляторів електромобілів забезпечить плавне покращення часу заряджання без необхідності оновлення інфраструктури. Хоча це залежатиме від заміни батареї, фундаментальна технологія батареї не зміниться, окрім заміни графену як одного з основних компонентів.

Твердотільні батареї є набагато більш драматичною зміною в акумуляторній технології. Вони були об’єктом досліджень протягом багатьох років, і, хоча вони ще не пробилися на ринок, вони обіцяють велике. Твердотільні батареї легкі та стабільні, а це означає, що вони зможуть швидше заряджатися без небезпеки перегріву, як ми бачимо серед традиційних батарей з рідкими електролітами.

Сподіваємось, це пояснює деякі проблеми, пов’язані із часом заряджання електромобілів. Чекати незручно, але це дозволяє довше працювати батареям і забезпечує безпеку. Найближчим часом удосконалення батареї, ймовірно, скоротить час зарядки електромобіля.

Рекомендації редакції

• Найкращі домашні зарядні пристрої 2 рівня
• EV проти PHEV проти гібрид: яка різниця?
• Зарядні центри Mercedes EV з’являться в Північній Америці до кінця десятиліття
• Найкращі додатки для зарядки електромобілів допоможуть вам знайти правильну станцію для будь-якого електромобіля
• Чи електромобілі дорожчі за бензинові? Це складно

Оновіть свій спосіб життяDigital Trends допомагає читачам стежити за динамічним світом технологій завдяки всім останнім новинам, цікавим оглядам продуктів, проникливим редакційним статтям і унікальним у своєму роді коротким оглядам.