Elektrofahrzeuge in 10 Minuten aufladen. und längere Akkulaufzeit dank… Heizung. Tesla hatte es zwei Jahre lang, jetzt haben Wissenschaftler es erfunden

Es wird davon ausgegangen, dass moderne Lithium-Ionen-Zellen bei Raumtemperatur die beste Leistung erbringen, da sie einen vernünftigen Kompromiss zwischen Ladegeschwindigkeit und Zelldegradation ermöglichen. Es stellt sich jedoch heraus, dass Sie durch Erhitzen vor dem Laden die Ladeleistung erhöhen können und den Batterieverbrauch nicht wesentlich beeinflussen.

Inhaltsverzeichnis

• Ausrüstung von Tesla mit wissenschaftlicher Forschung
  • Das größte Problem bei Lithium-Ionen-Zellen ist das eingeschlossene Lithium. Entweder in SEI oder Graphit. Und noch weniger Lithium = weniger Kapazität
  • Kurzzeitig höhere Temperatur = sicheres Laden mit viel mehr Leistung
  • Ergebnisse? Auf Knopfdruck: 200–500 kW Laden und 20–50 Jahre Batterielebensdauer

Im Jahr 2017 hat Tesla seinen Fahrzeugen einen Batterievorheizmechanismus hinzugefügt. bei niedrigen Temperaturen. Man ging davon aus, dass dadurch die Flugreichweite im Winter erhöht und das Aufladen bei Frost beschleunigt werden würde. Allerdings sind Heizen und Kühlen an sich keine große Sache, da viele Hersteller aktiv gekühlte/beheizte Zellen oder gebündelte Batteriepakete verwenden.

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Der Schlüssel stellte sich heraus Erhitzen, um den Ladevorgang zu beschleunigen, ohne die Zellen zu beschädigen.. Es scheint, dass nach dem Update herausgefunden wurde, wie hoch die Temperatur sein sollte, um die Ausfallzeit des Ladegeräts zu reduzieren. Die Funktion zum Aufwärmen des Akkus vor dem Anschließen an den Supercharger (Vorheizen, 2019 schließlich: Aufwärmen des Akkus unterwegs) ist seit der Premiere von Supercharger v3 im März 2019 fest in der Software enthalten:

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Wissenschaftler am Center for Electrochemical Motors der Pennsylvania State University haben Tesla gerade Recht gegeben. Und das bedeutet Elektroautos werden in 10 Minuten aufgeladen z mehrere hundert Kilowatt i Machen Sie sich keine Sorgen über eine Verschlechterung der Akkukapazität Jahrzehnte, bis die Temperatur, auf die die Zellen erhitzt werden, genau gewählt ist.

Aber fangen wir von vorne an:

Das größte Problem bei Lithium-Ionen-Zellen ist das eingeschlossene Lithium. Entweder in SEI oder Graphit. Und noch weniger Lithium = weniger Kapazität

Es ist allgemein akzeptiert, dass Die optimale Betriebstemperatur für Lithium-Ionen-Zellen ist Raumtemperatur. Daher sorgen aktive Batteriekühlmechanismen dafür, dass die Zellen nicht zu sehr überhitzen (schließlich können die nominellen 20 Grad Celsius nicht immer eingehalten werden).

Bei Raumtemperatur können Sie das Wachstum der Passivierungsschicht einschränken - der verfestigten Fraktion des Elektrolyten, die sich auf der Elektrode ansammelt und Lithiumionen bindet; SEI - und Einschluss von Lithiumionen in einer Graphitelektrode. Eine Erhöhung der Temperatur bedeutet, dass beide Prozesse beschleunigt werden. Das sieht man nach ersten Tests.

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Wissenschaftler des Zentrums für Elektrochemische Motoren haben das bestätigt Lithium-Ionen-Zellen, die in Elektrofahrzeugen verwendet werden, halten bei 50 °C nur etwa 6 Ladungen. (d. h. 6-fache Kapazität der Zelle, z. B. eine 0,2-kWh-Zelle wird von einer 1,2-kW-Quelle geladen usw.).

Zum Vergleich die gleichen Links:

• sie konnten leicht erreicht werden 2 Ladungen bei 500 °C (bei einem Auto mit 40-kWh-Batterie sind es 40 kW, bei einem Auto mit 80-kWh-Batterie sind es 80 kW usw.),
• sie haben schon durchgehalten nur 200 Ladungen bei 4C.

Unter „aushalten“ verstehen wir dabei den Verlust von 20 Prozent der ursprünglichen Leistung, denn so wird der Begriff in der Automobilindustrie verstanden.

Forscher an Lithium-Ionen-Zellen versuchen seit Jahren, dieses Problem zu lösen, indem sie die Zusammensetzung der Elektrolyte ändern oder die Elektroden mit unterschiedlichen Materialien beschichten, um das Einfangen von Lithium-Ionen zu verhindern. Denn für die Kapazität des Akkus sind die sich im Akku bewegenden Lithium-Ionen verantwortlich.

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Ganz unerwartet stellte sich heraus, dass das Problem viel einfacher gelöst werden kann. Es reicht aus, die Zelle zu erwärmen, um das Problem des Einfangens von Lithiumionen deutlich zu reduzieren. Leider führte die höhere Temperatur dazu, dass die Zellkapazität ohnehin abnahm: Als die Lithiumeinkapselung in der Elektrode begrenzt war, wurde das Problem des Wachstums der Passivierungsschicht (SEI) nicht gelöst.

Nicht mit einem Stock, sondern mit einem Stock.

Höhere Temperatur für eine kurze Zeit = sicheres Laden mit viel mehr Leistung

Wissenschaftlern des genannten Forschungszentrums gelang es jedoch, einen Mittelweg zu finden. Sie riefen ihn an Asymmetrische Temperaturmodulationsmethode. Sie erhitzen die Zelle 30 Sekunden lang auf 48 Grad Celsius und laden sie dann 10 Minuten lang auf, um das System schließlich zum Laufen zu bringen und die Temperatur zu senken.

Warum dauert das Aufladen nur 10 Minuten? Nun, bei 6 °C ist das ausreichend Zeit, um den Akku auf bis zu 80 Prozent seiner Kapazität aufzuladen. 6 C bedeutet Stromversorgung:

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

Beim Laden von 0 auf 80 Prozent erfordert diese hohe Leistung 10 Minuten Leerlaufzeit des Ladegeräts. Wenn die Batterieentladungsrate jedoch geringer ist (10 Prozent, 15 Prozent, ...), Der Energieauffüllungsprozess dauert sogar weniger als 10 Minuten!

Der Batteriekühlmechanismus muss lediglich sicherstellen, dass die Temperatur der Batterie nicht über 50 Grad (die Forscher sagen 53 Grad Celsius) steigt, um den Aufbau der Passivierungsschicht zu begrenzen. Gleichzeitig verkürzt die kurze Ladezeit die Wachstumsphase.

Ergebnisse? Auf Knopfdruck: 200–500 kW Laden und 20–50 Jahre Batterielebensdauer

Die Wissenschaftler konnten nachweisen, dass die so behandelten NMC622-Zellen 1 Ladung mit einer Leistung von 700 C und einem Kapazitätsverlust von bis zu 6 Prozent überstehen. 20 Ladungen sind nicht sehr beeindruckend, aber wenn wir 1 km im Jahr fahren und die Batterie eine Kapazität von 700 kWh hat, ist das schon Das Ergebnis wird in 23 Betriebsjahre umgewandelt.

Hinzu kommt, dass die Batterien und die Reichweite von Elektrofahrzeugen wachsen und die Polen in der Regel weniger als 20 bis 80 Kilometer pro Jahr fahren, was bedeutet, dass die Batteriekapazität in etwa 30 bis 50 Jahren auf XNUMX Prozent sinken dürfte.

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Warto poczytać: asymmetrische Temperaturmodulation für ultraschnelles Laden von Lithium-Ionen-Batterien

Eröffnungsfoto: Galvanisierung (Lithiumbeschichtung) der Elektrode in Abhängigkeit von der Temperatur der Zelle (c) Zentrum des elektrochemischen Motors

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