¿La carga rápida de CC realmente reduce la capacidad de la batería de su EV?

La carga rápida de su EV suena genial, ya que un cargador rápido de 350 kilovatios puede llevar un EV de batería grande como un Lucid Air Pure a un estado de carga del 80 por ciento en 15 minutos. Aunque no es tan rápido como repostar un vehículo de gasolina tradicional, la carga rápida de CC reduce el tiempo que se tarda en repostar un vehículo eléctrico.

Pero, ¿la conveniencia de cargar un vehículo eléctrico tiene el costo de la degradación de la batería? Bueno, averigüémoslo.

¿Qué es la carga rápida de CC y cómo funciona?

Para comprender mejor la longevidad de la batería EV, es importante saber qué es la carga rápida y cómo funciona. En términos generales, la batería de un vehículo eléctrico se puede recargar utilizando tres metodologías diferentes llamadas Carga de nivel 1, nivel 2 y nivel 3. Los dos primeros tipos se basan en corriente alterna (CA), mientras que la carga de nivel 3, también conocida como carga rápida de CC, requiere corriente continua.

La distinción importante aquí es que los cargadores de Nivel 1 y Nivel 2 usan el cargador a bordo del vehículo para convertir la corriente de CA a CC, ya que la batería de iones de litio de su vehículo no puede tomar corriente alterna directamente.

Sin embargo, cuando se trata de cargadores rápidos de nivel 3, pueden simplemente bombear jugo directamente a la batería sin la necesidad del cargador integrado. Esto permite que la carga de CC envíe grandes cantidades de corriente y voltaje al paquete de baterías sin estar limitado por las capacidades del cargador a bordo del vehículo.

¿Por qué las baterías de iones de litio pierden capacidad con el tiempo?

Las baterías de iones de litio convierten la energía química en energía eléctrica e, hipotéticamente, esta reacción debería durar para siempre. Sin embargo, todos sabemos que las baterías de iones de litio no duran para siempre. Pero, ¿cuál es la razón exacta de esta degradación?

Bueno, varias reacciones químicas ocurren dentro de una celda de iones de litio cuando se carga o se descarga. Algunas reacciones funcionan para generar electricidad, mientras que otras consumen iones de litio que reducen la capacidad de la batería. En otras palabras, con cada ciclo de carga y descarga, la batería de iones de litio de un EV perderá algo de capacidad; esto realmente sucede y no entra en la categoría de Mitos sobre la carga de vehículos eléctricos.

Dicho esto, es importante comprender que estas reacciones ocurren a diferentes velocidades según varias condiciones ambientales, y hay pasos que puede seguir para que la batería dure más.

Por lo tanto, la mayoría de los fabricantes de baterías ofrecen una gama de temperaturas en las que las baterías funcionan mejor. Este rango cambia según la química de la batería, pero en la mayoría de los casos, se encuentra entre -4 y 140 grados Fahrenheit para la descarga y entre 0 y 45 grados Fahrenheit para la carga.

Este rango operativo muestra que las baterías se pueden cargar en un rango de temperaturas más bajo y cargarlas en condiciones extremas, tanto en frío y caliente, puede causar problemas ya que estas condiciones aumentan la velocidad a la que ocurren reacciones no deseadas, consumiendo iones de litio y reduciendo capacidad.

¿Qué sucede con las baterías de iones de litio de carga rápida?

Ahora que sabemos por qué disminuye la capacidad de una batería de iones de litio, podemos tratar de comprender qué sucede dentro de la batería cuando se carga rápidamente.

1. Daños a los electrodos de la batería debido a alta corriente y voltaje

La carga rápida utiliza una corriente de alto voltaje para cargar la batería. Los iones de litio se extraen del cátodo con mayor fuerza y ​​se trasladan al ánodo cuando se cargan. Esto provoca grietas en el cátodo y también genera dendritas en los electrodos. Debido a estas grietas y acumulación de dendritas, la capacidad de las celdas de iones de litio se reduce y también aumentan la resistencia de la batería.

2. Degradación a alta temperatura

La resistencia interna de una batería aumenta cuando se carga rápidamente. Debido a este aumento en la resistencia y la entrada de alta corriente durante la carga rápida, se genera un calor excesivo dentro de las baterías. Esta alta temperatura reduce la capacidad de las baterías de iones de litio.

3. Recubrimiento de litio a baja temperatura

Cuando una batería de iones de litio se carga rápidamente con altas corrientes a bajas temperaturas, se produce un fenómeno conocido como revestimiento de litio en el ánodo. Debido a esto, los átomos de litio no se intercalan dentro del ánodo. Esto da como resultado metal de litio inerte (que no puede generar electricidad) en la superficie de los electrodos.

Descripción de los paquetes de baterías EV

Mirando la lista de mecanismos de degradación dada anteriormente, es evidente que la carga rápida está destinada a reducir la vida útil de un vehículo eléctrico. Dicho esto, los paquetes de baterías EV están diseñados para evitar daños a la batería. Por lo tanto, antes de concluir que la carga rápida es mala para los vehículos eléctricos, entendamos cómo sus paquetes de baterías están diseñados para contrarrestar la degradación.

Los paquetes de baterías EV consisten en varias celdas de iones de litio que están conectadas para crear módulos. Se conectan varios módulos para crear el pack, y su el estado de la batería es gestionado por el sistema de gestión de batería, también conocido como BMS.

El BMS es básicamente una computadora conectada a varios sensores que monitorean el voltaje, la corriente y la temperatura de las celdas individuales. Luego analiza estos datos para garantizar que cada celda funcione de manera óptima.

Si las celdas dentro del paquete de baterías están demasiado calientes, el BMS aumentará el enfriamiento para reducir la temperatura general del paquete. Si detecta un alto voltaje o corriente en la celda durante la carga rápida de CC, regulará ambos parámetros para evitar daños en la batería.

Por lo tanto, el BMS es la parte EV que tiene el papel más importante en la reducción de la degradación de la batería.

¿Cuánto daño hace la carga rápida a la batería de su EV?

Veamos algunos estudios que muestran cuánto daño sufren los vehículos debido a la carga rápida. Cuatro vehículos eléctricos Nissan Leaf 2012 fueron conducidos en Phoenix, Arizona por el Laboratorio Nacional de Idaho. Dos vehículos se cargaron con carga rápida de CC, mientras que los otros dos se cargaron con carga de CA de nivel 2, con los siguientes resultados:

1. Las pruebas de capacidad para ambos conjuntos de vehículos se realizaron después de recorrer 50,000 millas y la diferencia de capacidad Se encontró que la pérdida entre los vehículos cargados con carga rápida y la carga de nivel 2 de CA estaba en el rango de 3 a 9 por ciento.

2. Los vehículos cargados con carga rápida cuando se conducen a una velocidad constante de 45 mph podrían ofrecer un alcance de 70 millas, mientras que los cargados con AC Nivel 2 proporcionaron 82 millas.

3. Al comienzo de la prueba, los vehículos cargados con carga rápida de CC podrían ofrecer un alcance de 102 millas cuando se conducen a una velocidad constante de 45 mph. Después de completar 63,000 millas de prueba, el mismo vehículo ofreció un alcance de 58 millas. Mostrando una disminución del 43 por ciento en el rango. El vehículo cargado con carga rápida de CA ofreció un alcance de 104 millas, que se redujo a 64 millas después de completar las pruebas. Pasando por una degradación de rango del 38 por ciento.

La degradación de la batería se produce independientemente del método de carga, pero aumenta en los vehículos de carga rápida; la diferencia es de alrededor del 5 por ciento.

Las implicaciones de la carga rápida en la batería de iones de litio

En un experimento separado del anterior, dos paquetes de baterías Nissan Leaf fueron probados en condiciones de laboratorio por el Laboratorio Nacional de Idaho. Uno era de carga rápida de CC, mientras que el otro solo tenía carga de CA. El objetivo de esta prueba era ver qué le sucede a todo el paquete en comparación con cada celda, como en el experimento anterior.

1. El paquete cargado con carga de CA tuvo una disminución de la capacidad del 23,1 por ciento después de completar 780 ciclos de carga y descarga. El paquete que solo se cargó rápidamente vio una disminución de la capacidad del 28,1 por ciento.

2. Se encontró una fuerte correlación entre la capacidad y la temperatura cuando se comparó la capacidad del paquete con la capacidad de la celda a diferentes temperaturas: capacidad el desvanecimiento fue mayor en las celdas probadas a temperaturas más altas y fue menor cuando las celdas estaban a una temperatura ambiente de 68 grados Fahrenheit (20 grados Celsius).

Esto muestra una fuerte correlación entre la degradación de la batería y la temperatura, lo que sugiere que la carga rápida no es un factor tan importante para la degradación de la batería.

Lo que 6000 baterías EV nos dicen sobre el estado de las baterías EV

En otro estudio, Geotab, una empresa de gestión de flotas, recopiló datos sobre el estado de la batería de 6000 vehículos eléctricos y concluyó que la carga rápida aumentaba la tasa de degradación de la batería. Este estudio, al igual que muchos otros, mostró que la carga rápida aumentó la velocidad a la que los iones de litio batería en su vehículo se degrada y destacó el papel vital del BMS para mantener la degradación tan baja como posible.

¿La carga rápida de CC es mala para su vehículo eléctrico?

El paquete de baterías de su EV está destinado a perder capacidad a medida que pasa el tiempo. Dicho esto, la velocidad a la que se produce esta degradación depende de varios factores, y la carga rápida es sin duda un factor que puede acelerarla.

Otra cosa a tener en cuenta es que usar la carga rápida con moderación no reducirá el alcance de su batería extensamente, y puede usarla en viajes largos por carretera para reducir el tiempo que lleva cargar su vehículo.