O carregamento rápido DC realmente reduz a capacidade da bateria do seu EV?

Carregar rapidamente seu EV parece ótimo, pois um carregador rápido de 350 quilowatts pode levar um EV de bateria grande como um Lucid Air Pure a um estado de carga de 80% em 15 minutos. Embora não seja tão rápido quanto abastecer um veículo a gasolina tradicional, o carregamento rápido DC reduz o tempo necessário para abastecer um veículo elétrico.

Mas a conveniência de carregar um veículo elétrico tem o custo da degradação da bateria? Bem, vamos descobrir.

O que é carregamento rápido DC e como ele funciona?

Para entender melhor a longevidade da bateria EV, é importante saber o que é carregamento rápido e como ele funciona. De um modo geral, a bateria de um veículo elétrico pode ser recarregada usando três metodologias diferentes chamadas Carregamento de nível 1, nível 2 e nível 3. Os dois primeiros tipos dependem de corrente alternada (CA), enquanto o carregamento de nível 3, também conhecido como carregamento rápido de CC, requer corrente contínua.

A distinção importante aqui é que os carregadores de Nível 1 e Nível 2 usam o carregador de bordo do veículo para converta a corrente de CA para CC, pois a bateria de íons de lítio do seu veículo não suporta corrente alternada diretamente.

No entanto, quando se trata de carregadores rápidos de nível 3, eles podem apenas bombear suco diretamente para a bateria sem a necessidade do carregador integrado. Isso permite que o carregamento DC empurre grandes quantidades de corrente e tensão para a bateria sem ser limitado pelas capacidades do carregador de bordo do veículo.

Por que as baterias de íon-lítio perdem capacidade com o tempo?

As baterias de íons de lítio convertem energia química em energia elétrica e, hipoteticamente, essa reação deve durar para sempre. No entanto, todos sabemos que as baterias de íon-lítio não duram para sempre. Mas qual é a razão exata para essa degradação?

Bem, várias reações químicas ocorrem dentro de uma célula de íon-lítio quando ela é carregada ou descarregada. Algumas reações funcionam para gerar eletricidade, enquanto outras consomem íons de lítio que reduzem a capacidade da bateria. Em outras palavras, a cada ciclo de carga e descarga, a bateria de íon-lítio de um EV perde parte de sua capacidade; isso realmente acontece e não se enquadra na categoria de mitos de carregamento de VE.

Dito isso, é importante entender que essas reações ocorrem em taxas diferentes com base em várias condições ambientais, e há etapas que você pode seguir para fazer com que a bateria dure mais.

Portanto, a maioria dos fabricantes de baterias fornece uma faixa de temperaturas nas quais as baterias funcionam melhor. Esse intervalo muda com base na química da bateria, mas, na maioria dos casos, fica entre -4 e 140 graus Fahrenheit para descarregar e entre 0 e 45 graus Fahrenheit para carregar.

Esta faixa operacional mostra que as baterias podem ser carregadas em uma faixa de temperatura mais baixa, e carregá-las em condições extremas, tanto frias e quente, podem causar problemas, pois essas condições aumentam a taxa de ocorrência de reações indesejadas, consumindo íons de lítio e reduzindo capacidade.

O que acontece quando as baterias de íon de lítio são carregadas rapidamente?

Agora que sabemos por que a capacidade de uma bateria de íons de lítio diminui, podemos tentar entender o que acontece dentro da bateria quando ela é carregada rapidamente.

1. Danos aos eletrodos da bateria devido à alta corrente e tensão

O carregamento rápido usa uma corrente de alta tensão para carregar a bateria. Os íons de lítio são puxados do cátodo com maior força e são movidos para o ânodo quando carregados. Isso causa rachaduras no cátodo e também gera dendritos nos eletrodos. Devido a essas rachaduras e ao acúmulo de dendritos, a capacidade das células de íons de lítio diminui e também aumenta a resistência da bateria.

2. Degradação de alta temperatura

A resistência interna de uma bateria aumenta quando ela é carregada rapidamente. Devido a este aumento da resistência e à alta entrada de corrente durante o carregamento rápido, é gerado calor excessivo no interior das baterias. Esta alta temperatura reduz a capacidade das baterias de íons de lítio.

3. Revestimento de lítio de baixa temperatura

Quando uma bateria de íons de lítio é carregada rapidamente usando altas correntes em baixas temperaturas, ocorre um fenômeno conhecido como revestimento de lítio no ânodo. Devido a isso, os átomos de lítio não se intercalam dentro do ânodo. Isso resulta em metal de lítio inerte (que não pode gerar eletricidade) na superfície dos eletrodos.

Compreendendo as baterias EV

Olhando para a lista de mecanismos de degradação fornecida acima, é evidente que o carregamento rápido reduz a vida útil de um veículo elétrico. Dito isto, as baterias EV são projetadas para evitar danos à bateria. Portanto, antes de concluirmos que o carregamento rápido é ruim para veículos elétricos, vamos entender como suas baterias são projetadas para combater a degradação.

As baterias EV consistem em várias células de íons de lítio conectadas para criar módulos. Vários módulos são conectados para criar o pacote, e sua a integridade da bateria é gerenciada pelo Sistema de Gerenciamento de Bateria, também conhecido como BMS.

O BMS é basicamente um computador conectado a vários sensores que monitoram a tensão, a corrente e a temperatura de cada célula. Em seguida, analisa esses dados para garantir que cada célula esteja operando de maneira ideal.

Se as células dentro da bateria estiverem muito quentes, o BMS aumentará o resfriamento para reduzir a temperatura geral da bateria. Se detectar uma alta tensão ou corrente de célula durante o carregamento rápido DC, ele regulará ambos os parâmetros para evitar danos à bateria.

O BMS é, portanto, a parte EV que tem o maior papel na redução da degradação da bateria.

Quanto dano o carregamento rápido causa à bateria do seu EV?

Vejamos alguns estudos que mostram quantos danos os veículos sofrem devido ao carregamento rápido. Quatro veículos elétricos Nissan Leaf 2012 foram conduzidos em Phoenix, Arizona, pelo Laboratório Nacional de Idaho. Dois veículos foram carregados usando carregamento rápido DC, enquanto os outros dois foram carregados usando carregamento AC nível 2, com os seguintes resultados:

1. Testes de capacidade para ambos os conjuntos de veículos foram feitos após percorrer 50.000 milhas, e a diferença de capacidade a perda entre veículos carregados usando carregamento rápido e carregamento AC nível 2 foi encontrada na faixa de 3 a 9 por cento.

2. Os veículos carregados com carregamento rápido quando conduzidos a uma velocidade constante de 45 mph podem oferecer um alcance de 70 milhas, enquanto aqueles carregados com AC Nível 2 forneciam 82 milhas.

3. No início do teste, os veículos carregados com carregamento rápido DC podiam oferecer um alcance de 102 milhas quando dirigidos a uma velocidade constante de 45 mph. Depois de completar 63.000 milhas de testes, o mesmo veículo ofereceu um alcance de 58 milhas. Mostrando uma redução de 43% no alcance. O veículo carregado com carregamento rápido AC oferecia um alcance de 104 milhas, que foi reduzido para 64 milhas após a conclusão dos testes. Passando por uma degradação de alcance de 38 por cento.

A degradação da bateria ocorre independentemente do método de carregamento, mas é maior em veículos que são carregados rapidamente; a diferença é de cerca de 5 por cento.

As implicações do carregamento rápido em baterias de íon-lítio

Em um experimento separado do anterior, duas baterias do Nissan Leaf foram testadas em condições de laboratório pelo Laboratório Nacional de Idaho. Um deles foi carregado rapidamente em CC, enquanto o outro só recebeu carregamento em CA. O objetivo deste teste era ver o que acontecia com o pacote inteiro em oposição a cada célula, como no experimento anterior.

1. O pacote carregado usando o carregamento CA teve um desbotamento de capacidade de 23,1% após completar 780 ciclos de carga e descarga. O pacote que foi apenas carregado rapidamente teve uma queda de capacidade de 28,1 por cento.

2. Uma forte correlação entre capacidade e temperatura foi encontrada quando a capacidade da embalagem foi comparada à capacidade da célula em diferentes temperaturas: capacidade O desbotamento foi maior nas células testadas em temperaturas mais altas e foi menor quando as células estavam em uma temperatura ambiente de 68 graus Fahrenheit (20 graus Celsius).

Isso mostra uma forte correlação entre a degradação da bateria e a temperatura, sugerindo que o carregamento rápido não é um fator tão significativo para a degradação da bateria.

O que 6.000 baterias EV nos dizem sobre a saúde da bateria EV

Em outro estudo, a Geotab, uma empresa de gerenciamento de frotas, coletou dados de saúde da bateria de 6.000 VEs e concluiu que o carregamento rápido aumentou a taxa de degradação da bateria. Este estudo, assim como muitos outros, mostrou que o carregamento rápido aumentou a taxa na qual o íon de lítio a bateria do seu veículo se degrada e destacou o papel vital do BMS em manter a degradação tão baixa quanto possível.

O carregamento rápido DC é ruim para o seu veículo elétrico?

A bateria do seu EV está fadada a perder capacidade com o passar do tempo. Dito isto, a taxa em que essa degradação ocorre depende de vários fatores, e o carregamento rápido é certamente um fator que pode acelerar isso.

Outra coisa a observar é que usar o carregamento rápido com moderação não reduzirá o alcance do seu bateria extensivamente, e você pode usá-lo em viagens longas para reduzir o tempo que leva para carregar seu veículo.