Hurtig opladning beskadiger elbils batterier

Kommercielle hurtigladestationer udsætter elbilbatterier for høje temperaturer og høj modstand, der kan få dem til at revne, lække, og mister deres lagerkapacitet, skrive ingeniører ved University of California, Riverside i en ny undersøgelse offentliggjort i Energilagring . For at afhjælpe dette, forskerne har udviklet en metode til opladning ved lavere temperaturer med mindre risiko for katastrofale skader og tab af lagerkapacitet.

Mihri Ozkan, en professor i elektro- og computerteknik og Cengiz Ozkan, en professor i maskinteknik ved Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering, ledet en gruppe, der opladede et sæt afladede Panasonic NCR 18650B cylindriske lithium-ion-batterier, fundet i Tesla-biler, bruger den samme hurtigopladningsmetode i industrien som hurtigopladere, der findes langs motorveje.

De opladede også et sæt ved hjælp af en ny hurtigopladningsalgoritme baseret på batteriets interne modstand, som forstyrrer strømmen af ​​elektroner. Batteriets indre modstand svinger i forhold til temperaturen, ladetilstand, batteri alder, og andre faktorer. Høj intern modstand kan give problemer under opladning.

UC Riverside Battery Team opladningsmetoden er et adaptivt system, der lærer af batteriet ved at kontrollere batteriets indre modstand under opladning. Den hviler, når intern modstand sætter ind for at eliminere tab af ladekapacitet.

For de første 13 opladningscyklusser, batterilagringskapaciteten for begge opladningsteknikker forblev ens. Efter det, imidlertid, industriens hurtigopladningsteknik fik kapaciteten til at falme meget hurtigere – efter 40 opladningscyklusser beholdt batterierne kun 60 % af deres lagerkapacitet. Batterier opladet ved hjælp af den interne modstandsopladningsmetode beholdt mere end 80 % kapacitet efter den 40. cyklus.

Ved 80% kapacitet, genopladelige lithium-ion-batterier har nået slutningen af ​​deres levetid til de fleste formål. Batterier opladet ved hjælp af industriens hurtigopladningsmetode nåede dette punkt efter 25 opladningscyklusser, mens interne modstandsmetode-batterier var gode til 36 cyklusser.

"Industriel hurtigopladning påvirker levetiden af ​​lithium-ion-batterier negativt på grund af stigningen i batteriernes indre modstand, hvilket igen resulterer i varmeudvikling, " sagde doktorand og medforfatter Tanner Zerrin.

Værre, efter 60 opladningscyklusser, industriens metode batterietuier revnet, at udsætte elektroderne og elektrolytten for luft og øge risikoen for brand eller eksplosion. Høje temperaturer på 60 grader Celsius/140 grader Fahrenheit accelererede både skaden og risikoen.

"Kapacitetstab, indre kemiske og mekaniske skader, og den høje varme for hvert batteri er store sikkerhedsproblemer, især i betragtning af at der er 7, 104 lithium-ion-batterier i en Tesla Model S og 4, 416 i en Tesla Model 3, " sagde Mihri Ozkan.

Intern modstandsopladning resulterede i meget lavere temperaturer og ingen skader.

"Vores alternative adaptive hurtigopladningsalgoritme reducerede kapacitetsfade og eliminerede brud og ændringer i sammensætningen i de kommercielle battericeller, " sagde Cengiz Ozkan.

"Den foreslåede adaptive hurtigopladning giver et nyt perspektiv for design af hurtigopladningsteknologi til elektriske køretøjer med bedre sikkerhedsydelse og længere batterilevetid, "Bo Dong, sagde en doktorand og papirmedforfatter.

Forskerne har ansøgt om et patent på den adaptive interne modstands hurtigopladningsalgoritme, der kunne licenseres af batteri- og bilproducenter. I mellemtiden, UCR Battery Team anbefaler at minimere brugen af ​​kommercielle hurtigopladere, genoplades, før batteriet er helt afladet, og forhindrer overopladning.