Способы зарядки электромобилей - Electric car charging methods

Эта статья про зарядку аккумулятора. Для автомобиля см. электромобиль.
Зарядка электромобиля в Национальном музее авиации и космонавтики, 12 декабря 2016 года.

Существуют различные способы подзарядки батарей электромобили. В настоящее время наибольшее беспокойство, связанное с транспортировкой электромобилей, вызывает общий запас хода до необходимости подзарядки. Наибольшая дальность полета, зарегистрированная на сегодняшний день, составила 606,2 мили, что было достигнуто на Tesla Model 3. Однако это было проведено в очень контролируемых условиях, когда автомобиль поддерживал постоянную скорость без дополнительной утечки компрессора кондиционера.[1] Обычно заряда аккумулятора хватает примерно на 300 миль - это эквивалентно трем дням поездок по городу в теплую погоду или одному дню в более холодную погоду. С этими ограничениями дальние поездки в настоящее время не подходят для электромобиль если в пути следования нет станций быстрой зарядки.

Принципы быстрой зарядки

Шасси Тесла Модель S, обнажая область аккумуляторного блока

Процесс зарядки и разрядки аккумулятора включает ионы лития из положительного электрод проходящий через сепаратор /электролит. В ионы затем перенос через твердый электролитный интерфейс (SEI) и вставлять, в отрицательный электрод. Потенциальное негативное влияние быстрой зарядки заключается в том, что старение батареи может быть ускорено нестабильным SEI, возникающим при многократной зарядке и разрядке.

Новая импульсная зарядка значительно улучшила стабильность SEI, поскольку ненужные химические реакции были уменьшены за счет новых методов зарядки, а SEI вырос за счет реакции восстановления. Таким образом, срок службы и эффективность батареи также улучшились по сравнению с традиционным методом зарядки.[2] Кроме того, при традиционном методе зарядки этилен может образовываться во время зарядки из-за восстановления электролита (в основном ЕС) ионами лития. Поскольку аккумулятор закрыт, внутреннее давление сдерживается. Произведенный этилен приведет к избыточному давлению внутри батареи. Избыточное давление в батарее также может вызвать расширение батареи из-за повышения внутренней температуры, что потенциально может привести к взрыву батареи. Однако, используя этот новый метод зарядки с композитной формой волны, он может снизить количество производимого этилена за счет подавления реакции восстановления электролита. Таким образом, предоставление умеренной энергии для передачи ионам лития во время зарядки и быстрого отрицательного импульса для уменьшения нежелательных химических реакций представляется теоретическим методом зарядки в будущем.[3]

Алгоритмы зарядки

Различные алгоритмы различаются по эффективности зарядки, времени зарядки, срокам службы батареи и стоимости. Однако исследователи до сих пор не могут определить, какой из них наиболее подходит для приложения, так как было разработано множество алгоритмов; у каждого есть свои преимущества и недостатки. Например, метод зарядки с постоянным током и постоянным напряжением имеет более длительное время зарядки по сравнению с алгоритмом многоступенчатой ​​зарядки током, в то время как стоимость исследования последнего выше, чем первого. Принимая во внимание плюсы и минусы каждого алгоритма, цель состоит в том, чтобы сопоставить каждый из них с соответствующим приложением.

Постоянный ток

В постоянный ток Метод зарядки регулирует выходное напряжение зарядных устройств или сопротивление последовательно с аккумулятором, чтобы поддерживать постоянный ток. Он использует постоянное значение тока от начала до конца зарядки. В качестве никель-кадмиевые батареи легко поляризуются во время обычной зарядки, электролит непрерывно производит водород-кислородный газ как в обычных алгоритмах зарядки с постоянным напряжением, так и с постоянным током. Под действием высокого внутреннего давления кислород проникает к отрицательному электроду и взаимодействует с кадмиевой пластиной с образованием CdO, что приводит к снижению эффективной емкости электродной пластины. Поскольку допустимая текущая емкость аккумулятора постепенно уменьшается по мере продвижения процесса зарядки, это привело к перезарядке аккумулятора в более поздний период зарядки. В конце концов, это также приведет к резкому падению емкости аккумулятора.[4]

Постоянное напряжение

Зарядка при постоянном напряжении - широко используемый метод зарядки, предполагающий постоянное напряжение между полюсами батареи. Стартерная аккумуляторная батарея заряжается постоянным напряжением во время движения автомобиля. Если указанное постоянное значение напряжения является подходящим, это может гарантировать, что аккумулятор полностью заряжен, а также минимизирует потери газа и воды.

Изменение алгоритмов зарядки постоянным током / постоянным напряжением

В повышающее зарядное устройство CC / CV Алгоритм зарядки является дальнейшим развитием алгоритмов постоянного тока / постоянного напряжения. Вместо того, чтобы использовать постоянное напряжение и ток в течение всего периода зарядки, он повышает эффективность зарядки за счет максимального увеличения напряжения в первый период, при этом аккумулятор достигает примерно 30% от своей номинальной зарядной емкости. По истечении этого периода алгоритм тарификации переключается на стандартный CC / CV.[5] Из-за начального более высокого зарядного напряжения BC-CC / CV может заряжать аккумулятор быстрее, чем CC / CV, но перед зарядкой необходимо полностью разрядить аккумулятор. Поскольку зарядное устройство должно обеспечивать переменное напряжение, все компоненты должны принимать максимальное напряжение, генерируемое повышающим зарядным устройством. Разрядка аккумулятора перед подзарядкой важна, так как это повлияет на эффективность зарядки. алгоритм и жизненный цикл батарей.

Алгоритм многоступенчатой ​​токовой зарядки

Многоступенчатая зарядка током делит весь период зарядки на несколько этапов зарядки, которые пытаются использовать оптимальный ток зарядки на каждой ступени, чтобы максимизировать эффективность зарядки. Путем определения оптимального зарядного тока для каждой ступени нечеткий контроллер используется для определения зарядного тока по изменению температуры. Подводя итог, этот алгоритм основан на микроконтроллер или компьютер.[6] Скорость зарядки выше, а эффективность зарядки выше, чем у CC / CV.

Бесконтактный метод зарядки

Беспроводная зарядка
Дальнейшая информация: Индуктивная зарядка

Бесконтактная зарядка использует магнитный резонанс для передачи энергии в воздухе между зарядным устройством и аккумулятором. Таким образом достигается высокоэффективное преобразование энергии.[7] Поскольку бесконтактное зарядное устройство может поддерживать зарядку автомобиля, оно позволяет электромобилям иметь меньшую батарею. Сам по себе он экономичнее, безопаснее и устойчивее. Поскольку аккумулятор является основным источником стоимости электромобиля, рекомендованная производителем розничная цена электромобиля снижается в результате использования бесконтактной зарядки. Однако разработка системы бесконтактной зарядки требует огромной финансовой поддержки. В связи с этим многие производители электромобилей используют традиционные методы зарядки, чтобы снизить затраты. Поскольку бесконтактные системы зарядки полагаются на электромагнитное поле как на механизм действия, электронные устройства, находящиеся в непосредственной близости от зарядного устройства, могут подвергаться отрицательному воздействию во время зарядки. Также существует вероятность того, что на животных могут повлиять. Еще одна проблема для исследователей - эффективность.

Замена батареи

Дальнейшая информация: Станция замены батарей

Замена батареи предполагает использование автоматической или полуавтоматической системы для замены разряженной батареи на полностью заряженную.[8] Этот процесс может выполнить только технический персонал. Этот процесс предназначен для достижения времени дозаправки, сопоставимого с традиционным бензиновым автомобилем, при этом замена топлива обычно выполняется примерно за 3 минуты.

Бортовая солнечная зарядка

Основная статья: Солнечная машина

Рекомендации

  1. ^ Ламберт, Фред (27 мая 2018 г.). «Tesla Model 3 преодолевает 606 миль на одной зарядке - новый рекорд гипермилинга».
  2. ^ Чен, по-туань. «Вход в электронные ресурсы, Библиотека Сиднейского университета». Дои:10.1002 / batt.201800052. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  3. ^ Чен, По-Туан; Ян, Фанг-Хаур; Сангита, Тангавел; Гао Хун-Минь; Хуанг, К. Дэвид (2018-09-04). «Умеренная энергия для зарядки литий-ионных аккумуляторов, определяемая расчетами из первых принципов». Аккумуляторы и колпачки. 1 (6): 209–214. Дои:10.1002 / batt.201800052.
  4. ^ "Роман - просмотрщик kHTML". app.knovel.com. Получено 2019-05-11.
  5. ^ Вэйсян Шэнь; Тхань Ту Во; Капур, А. (июль 2012 г.). «Алгоритмы зарядки литий-ионных аккумуляторов: обзор». 2012 7-я конференция IEEE по промышленной электронике и приложениям (ICIEA): 1567–1572. Дои:10.1109 / ICIEA.2012.6360973. ISBN  978-1-4577-2119-9.
  6. ^ Хан, Абдул Басит; Ван-Лонг Фам; Тхань-Тунг Нгуен; Уджин Чой (2016). «Многоступенчатый метод зарядки литий-ионных аккумуляторов постоянным током». Конференция и выставка IEEE по электрификации транспорта, Азиатско-Тихоокеанский регион (ITEC Asia-Pacific), 2016 г.. С. 381–385. Дои:10.1109 / ITEC-AP.2016.7512982. ISBN  978-1-5090-1272-5.
  7. ^ «Вход в электронные ресурсы библиотеки Сиднейского университета». login.ezproxy1.library.usyd.edu.au. Получено 2019-05-12.
  8. ^ [1], «Шасси электромобиля со съемным аккумуляторным модулем и способ замены аккумуляторного модуля», выдано 21 августа 2003 г.