Laddningsmetoder för elbilar
Det finns olika metoder för att ladda batterierna i elbilar . För närvarande är det största problemet med elbilstransporter den totala räckvidden som är tillgänglig innan det behövs laddas. Den längsta räckvidden som registrerats hittills var 606,2 miles, uppnådd av en Tesla Model 3. Detta utfördes dock under mycket kontrollerade förhållanden där bilen höll en konstant hastighet utan extra dränering av luftkonditioneringskompressorn. Normalt skulle batteriet räcka i cirka 300 miles - motsvarande tre dagars stadspendling i varmare väder, eller en dag i kallare väder. Med dessa begränsningar är långfärdsresor för närvarande olämpliga för en elbil om det inte finns snabbladdningsstationer på resans rutt.
Principer för snabbladdning
Urladdningsprocessen innebär att litiumjoner från en positiv elektrod passerar genom en separator/ elektrolyt . Jonerna överförs sedan via ett fast elektrolytgränssnitt (SEI) och interkaleras in i den negativa elektroden. Den potentiella negativa effekten för snabbladdning är att batteriets åldrande kan påskyndas av den instabila SEI, som produceras genom laddning och urladdning flera gånger.
Ny pulsladdning har avsevärt förbättrat stabiliteten hos SEI eftersom den onödiga kemiska reaktionen har reducerats genom nya laddningsmetoder och SEI odlas via en reduktionsreaktion. Således har ett batteris livscykel och effektivitet också förbättrats i jämförelse med den traditionella laddningsmetoden. Vid traditionell laddningsmetod kan eten också produceras under laddningen på grund av elektrolytreduktion (EC, mestadels) med litiumjoner. Eftersom batteriet är stängt begränsas det interna trycket. Den producerade etenen kommer att leda till övertryck inuti batteriet. Övertryck av batteriet kan också göra att batteriet expanderar på grund av en intern temperaturhöjning, vilket potentiellt kan orsaka att batteriet exploderar. Genom att använda dessa nya kompositvågformsladdningsmetoder kan den emellertid minska den producerade etylenen genom att undertrycka elektrolytreduktionsreaktionen. Att därför ge en måttlig energi för litiumjoner att överföra under laddning och en snabb negativ puls för att minska oönskade kemiska reaktioner, verkar det vara en teoretisk laddningsmetod i framtiden.
Laddningsalgoritmer
De olika algoritmerna varierar i laddningseffektivitet, laddningstid, batterilivscykler och kostnader. Men forskare kan fortfarande inte definiera vilken som är den mest lämpliga för applikationen, eftersom många algoritmer har utvecklats; var och en har fördelar och nackdelar. Till exempel har laddningsmetoden för konstant ström-konstant spänning en längre laddningstid jämfört med flerstegs strömladdningsalgoritmen, medan kostnaden för forskning om den senare är högre än den förra. Med tanke på för- och nackdelarna med varje algoritm är målet att matcha var och en med dess lämpliga tillämpning.
Konstant ström
Laddningsmetoden med konstant ström justerar utspänningen från laddningsenheter eller motståndet i serie med batteriet för att hålla strömmen konstant. Den använder ett konstant strömvärde från början till slutet av laddningen. Eftersom nickel-kadmium-batterier är lätta att polarisera under konventionell laddning, producerar elektrolyten kontinuerligt väte-syregas i både konventionella konstantspännings- och konstantströmladdningsalgoritmer. Under verkan av inre högtryck tränger syret in i den negativa elektroden och interagerar med kadmiumplattan för att generera CdO, vilket resulterar i en minskning av elektrodplattans effektiva kapacitet. Eftersom den acceptabla strömkapaciteten för batteriet minskar gradvis med laddningsprocessens fortskridande, ledde detta till överladdning av batteriet under den senare laddningsperioden. Så småningom kommer det också att leda till en kraftig minskning av batterikapaciteten.
Konstant spänning
Konstant spänningsladdning är en allmänt använd laddningsmetod som involverar konstant spänning mellan batteripolerna. Startbatteriet använder konstant spänningsladdning när fordonet är igång. Om det angivna spänningskonstantvärdet är lämpligt kan det säkerställa att batteriet är fulladdat, samtidigt som gas- och vattenförlusten minimeras.
Variation av konstant ström/konstant spänning laddningsalgoritmer
boostladdaren CC/CV är en vidareutveckling av algoritmerna för konstant ström/konstant spänning. Istället för att använda konstant spänning och ström under hela laddningsperioden, ökar den laddningseffektiviteten genom att maximera spänningen under den första perioden, där batteriet når cirka 30 % av sin nominella laddningskapacitet. Efter denna period växlas laddningsalgoritmen till standard CC/CV. På grund av den initiala högre laddningsspänningen kan BC-CC/CV ladda batteriet snabbare än CC/CV, men det krävs att batteriet laddas ur helt innan laddning. Eftersom laddaren måste ge variabel spänning måste alla komponenter acceptera den högsta spänningen som genereras av boostladdaren. Att ladda ur batteriet före laddning är viktigt eftersom detta kommer att påverka effektivitetsladdningsalgoritmen och batteriernas livscykel.
Flerstegs strömladdningsalgoritm
Flerstegs strömladdning delar upp hela laddningsperioden i flera laddningssteg som försöker använda den optimala laddningsströmmen över varje steg för att maximera laddningseffektiviteten. Genom att bestämma den optimala laddningsströmmen för varje steg, används fuzzy-regulatorn för att bestämma laddningsströmmen genom temperaturförändringen. Sammanfattningsvis är denna algoritm baserad på en mikrokontroller eller en dator. Laddningshastigheten är snabbare och laddningseffektiviteten är högre än för CC/CV.
Beröringsfri laddningsmetod
Beröringsfri laddning använder magnetisk resonans för att överföra energi i luften mellan laddaren och batteriet. Detta uppnår en mycket effektiv energiomvandling. Eftersom den beröringsfria laddaren kan fortsätta att ladda fordonet, tillåter den att elbilar har ett mindre batteri. I sig är det mer ekonomiskt, säkrare och mer hållbart utvecklat. Eftersom batteriet är den största bidragsgivaren till kostnaden för en elbil, sänks MSRP för en elbil som ett resultat av användningen av beröringsfri laddning. Att utveckla ett beröringsfritt debiteringssystem innebär dock enormt ekonomiskt stöd. Till exempel, för att realisera realtidsladdning på vägen, kräver det installation av mottagarspole under bilen och rekonstruera vägen och sätta sändarspole under strömförsörjningsspåret. På detta sätt gör det att bilen kan laddas automatiskt när den körs på vägen. På grund av detta använder många elbilstillverkare traditionella laddningsmetoder för att hålla kostnaderna låga. Eftersom beröringsfria laddningssystem förlitar sig på det elektromagnetiska fältet som sin verkningsmekanism, kan elektroniska enheter i närheten av laddaren påverkas negativt under laddning. Det finns också möjlighet att djur kan påverkas. Effektivitet är en annan fråga för forskare.
Batteribyte
Batteribyte innebär att man använder ett automatiskt eller halvautomatiskt system för att byta ut ett urladdat batteri mot ett fulladdat. Denna process kan endast utföras av teknisk personal. Processen är avsedd att uppnå en tankningstid som är jämförbar med ett traditionellt bensinfordon, med byten som vanligtvis genomförs på ungefär 3 minuter. I Kina har företag som NIO byggt mer än 1151 batteribytesstationer för att hjälpa till att popularisera denna teknik.