Cargue los vehículos eléctricos en 10 minutos. y mayor duración de la batería gracias a ... calefacción. Tesla lo tuvo durante dos años, ahora los científicos lo han inventado

Se cree que las celdas modernas de iones de litio funcionan mejor a temperatura ambiente, ya que proporcionan un compromiso razonable entre la velocidad de carga y la degradación de la celda. Sin embargo, resulta que calentarlos antes de cargarlos le permite aumentar la potencia de carga y no afecta significativamente el consumo de batería.

tabla de contenidos

• Mecanismo de Tesla con investigación científica
  • El mayor problema con las celdas de iones de litio es el litio atrapado. Ya sea en SEI o grafito. Y aún menos litio = menos capacidad
  • Temperatura más alta por poco tiempo = carga segura con mucha más potencia
  • Resultados? Al alcance de su mano: carga de 200-500 kW y 20-50 años de duración de la batería

Tesla agregó un mecanismo de precalentamiento de batería a sus vehículos en 2017. a bajas temperaturas. Se asumió que esto aumentaría el rango de vuelo en invierno y aceleraría la carga durante las heladas. Sin embargo, el calentamiento y enfriamiento en sí mismos no fue un descubrimiento especial, muchos fabricantes usan celdas activamente enfriadas / calentadas o paquetes de baterías completos.

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La llave resultó Calentamiento de forma que se acelere el proceso de carga sin dañar las celdas.... Parece que después de la actualización quedó claro cuál debería ser la temperatura para reducir el tiempo de inactividad del cargador. La función de precalentamiento de la batería antes de conectarse al Supercharger (precalentamiento eventualmente en 2019: calentando la batería en el camino) se ha incluido permanentemente en el software desde que se estrenó el Supercharger v3 en marzo de 2019:

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Los científicos del Centro de Motores Electroquímicos de la Universidad de Penn State acaban de demostrar que Tesla tenía razón. Y eso significa los coches eléctricos se cargan en 10 minutos z con una capacidad de varios cientos de kilovatios i no se preocupe por la degradación de la capacidad de la batería durante décadas, hasta que se elige con precisión la temperatura a la que se calientan las células.

Pero comencemos desde el principio:

El mayor problema con las celdas de iones de litio es el litio atrapado. Ya sea en SEI o grafito. Y aún menos litio = menos capacidad

Se cree que la temperatura de funcionamiento óptima para las celdas de iones de litio es la temperatura ambiente... Por lo tanto, los mecanismos de enfriamiento activo de la batería aseguran que las celdas no se sobrecalienten demasiado (después de todo, no siempre es posible mantener los 20 grados Celsius nominales).

La temperatura ambiente le permite restringir el crecimiento de la capa de pasivación: la fracción solidificada del electrolito, que se acumula en el electrodo y une los iones de litio; SEI - y encarcelamiento de iones de litio en un electrodo de grafito. Un aumento de la temperatura significa que ambos procesos se aceleran. Puede ver esto después de las pruebas iniciales.

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Los científicos del Centro de Motores Electroquímicos han verificado que Las celdas de iones de litio utilizadas en vehículos eléctricos solo tienen unas 50 cargas a 6 ° C. (es decir, 6 veces más que la capacidad de la celda, por ejemplo, una celda de 0,2 kWh se carga con una fuente de 1,2 kW, etc.).

A modo de comparación, los mismos enlaces:

• llegaron fácilmente 2 cargas a 500C (para un coche con batería de 40 kWh son 40 kW, para un coche con batería de 80 kWh son 80 kW, etc.),
• ya duraron solo 200 cargas a 4C.

Al mismo tiempo, por "resistir" nos referimos a una pérdida del 20 por ciento de la potencia original, porque así es como se entiende el término en la industria automotriz.

Los investigadores de las celdas de iones de litio han intentado durante muchos años resolver este problema cambiando la composición de los electrolitos o recubriendo los electrodos con diferentes materiales para evitar que los iones de litio queden atrapados. Porque son los iones de litio que se mueven en la batería los responsables de su capacidad.

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De manera inesperada, resultó que el problema se puede resolver mucho más fácilmente. Es suficiente calentar la celda para reducir significativamente el problema de atrapar iones de litio. Desafortunadamente, la temperatura más alta provocó una disminución en la capacidad de la celda de todos modos: cuando la encapsulación de litio en el electrodo fue limitada, el problema del crecimiento de la capa de pasivación (SEI) no se resolvió.

No con un palo, sino con un palo.

Temperatura más alta para un tiempo corto = carga segura con mucha más potencia

Sin embargo, los científicos de dicho centro de investigación lograron encontrar un término medio. Ellos lo llamaron Método de modulación de temperatura asimétrica... Calientan la celda durante 30 segundos a 48 grados Celsius y luego la cargan durante 10 minutos para que el sistema finalmente funcione y la temperatura baje.

¿Por qué solo tarda 10 minutos en cargarse? Bueno, a 6 C, es tiempo suficiente para cargar la batería al 80 por ciento de su capacidad. 6 C significa fuente de alimentación:

• 240 kW para Nissan Leaf II
• 400 kW para Hyundai Kona Electric 64 kWh,
• 480 kW para Tesla Model 3.

Con una carga del 0 al 80 por ciento, esta alta potencia requiere 10 minutos de tiempo de inactividad del cargador. Sin embargo, si la tasa de descarga de la batería es menor (10 por ciento, 15 por ciento, ...), el proceso de reposición de energía lleva incluso menos de 10 minutos!

El mecanismo de enfriamiento de la batería solo tiene que garantizar que la temperatura de la batería no supere los 50 grados (los investigadores dicen que 53 grados Celsius) para limitar la velocidad a la que se crea la capa de pasivación. Al mismo tiempo, el corto tiempo de carga permite acortar el período de crecimiento.

Resultados? Al alcance de su mano: carga de 200-500 kW y 20-50 años de duración de la batería

Los científicos pudieron demostrar que las células NMC622 tratadas de esta manera son capaces de soportar 1 carga con una potencia de 700 C y una pérdida de hasta el 6 por ciento de su capacidad. 20 cargas no es muy impresionante, pero si manejamos 1 km al año y la batería tiene una capacidad de 700 kWh, esto es El resultado se transforma en 23 años de funcionamiento.

Agregamos que las baterías y la autonomía de los vehículos eléctricos están creciendo, y los polacos suelen recorrer menos de 20 80 kilómetros al año, lo que significa que la capacidad de la batería debería caer al 30 por ciento en unos 50 a XNUMX años.

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Warto poczytać: modulación de temperatura asimétrica para la carga ultrarrápida de baterías de iones de litio

Foto de apertura: galvanoplastia (recubrimiento de litio) del electrodo en función de la temperatura de la celda (c) Centro del motor electroquímico

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