Зарядка: стоит ли избегать 100% и 0% заряда

9 мая, 20239 мая, 2023 Вадим Neflenor зарядка, рекомендации, советы

Литий-ионные аккумуляторы стали одной из наиболее перспективных технологий в попытке декарбонизировать транспортную отрасль. И хотя они являются лучшим вариантом, который у нас есть на данный момент, у литий-ионных аккумуляторов существует риск отказа батареи. Хотя такие случаи редки, отказ батареи обычно вызывается крайними условиями, такими как высокие или низкие температуры, перезарядка или переразрядка, удар, вызванный аварией, который повреждает физическую структуру.

Отметим, что новые технологии аккумуляторов, такие как LFP, еще более устойчивы к определенным отказам батарей. Аккумуляторы электромобилей состоят из нескольких сотен (или тысяч) маленьких индивидуальных элементов, объединенных в различные конфигурации. Поскольку аккумуляторные блоки включают большое количество элементов, неизбежно возникают незначительные различия в напряжении между ними, и некоторые аккумуляторные элементы в блоке могут испытать незначительную степень перезарядки или переразрядки во время цикла. Эти повседневные явления обычно регулируются системой управления аккумуляторами (BMS), которая отвечает за мониторинг и контроль баланса элементов по всему аккумулятору. Однако умышленная или постоянная перезарядка или переразрядка могут превысить возможности BMS, ставя под угрозу работоспособность аккумулятора. Рассмотрим, почему перезарядка и переразрядка вредны.

Что происходит при перезарядке литий-ионного элемента?

Учитывая сложную природу постоянно совершенствующихся аккумуляторных блоков электромобилей — которые включают термическое управление, управление аккумуляторами и множество связанных элементов — большая часть научных знаний о лучших практиках происходит из лабораторных экспериментов и компьютерного моделирования отдельных элементов аккумулятора или экстраполяции данных из других устройств с литий-ионными аккумуляторами (например, ноутбуки). Вот что наука говорит нам о перезарядке литий-ионных элементов.

Риск литиевого покрытия. Это происходит, когда избыток литиевых ионов накапливается на положительно заряженной поверхности во время зарядки и не впитывается в нее. Этот процесс не является специфичным для литий-ионных аккумуляторов, но также происходит с другими металлами, такими как железо и медь. Литиевые пластины мешают свободному потоку ионов и энергии в аккумуляторе, что в конечном итоге приводит к коротким замыканиям и отказу аккумулятора (Liu 2014). Хорошо известные пожары аккумуляторов Samsung Galaxy Note 7 в 2016 году были прямым результатом литиевого покрытия, которое в конечном итоге приводило к отказу аккумулятора и возгоранию. Литиевое покрытие также вызывает потерю активного материала аккумулятора, поскольку литий, используемый для генерации электричества, оказывается заблокированным в неактивных литиевых пластинах.
Риск перегрева. Процесс перезарядки аккумулятора неизбежно означает, что элемент аккумулятора нагревается. Высокие температуры в элементах могут увеличить скорость побочных химических реакций, которые истощают активный материал и вызвать разложение химического состава АКБ.

Что происходит при перезарядке аккумулятора электромобиля?

На самом деле перезарядить аккумулятор электромобиля достаточно сложно, так как существуют несколько систем безопасности. Во-первых, система управления аккумулятором не будет принимать электричество после того, как аккумулятор полностью зарядиться. Во-вторых, используемая емкость большинства аккумуляторов электромобилей меньше общей емкости аккумулятора, что означает, что часть аккумулятора недоступна водителю для использования. Это делается специально для защиты аккумулятора от перезарядки или от чрезмерно высоких уровней заряда. Когда вы заряжаете аккумулятор до 100%, некоторая часть фактического аккумулятора остается незаряженной. Тем не менее, не рекомендуется заряжать электромобиль до 100% и хранить его в таком состоянии. Полностью заряженный аккумулятор имеет большой запас электрохимической энергии, что делает его относительно нестабильным. В таких условиях вероятность вредных побочных реакций значительно возрастает.

Что происходит при переразрядке литий-ионного элемента?

При очень низком уровне заряда аккумулятор может испытывать быстрое «падение напряжения». В общем случае, падение напряжения указывает на потерю электричества из-за внутреннего сопротивления. Эта потеря происходит постоянно, но когда уровень заряда низок, она может ускоряться. При сильном падении напряжения некоторые химические компоненты аккумулятора могут разрушаться и реагировать с активными материалами внутри элементов. Эти физические изменения, аналогичные тому, что происходит при высоких температурах, могут привести к постепенному снижению емкости аккумулятора, так как активного материала становится меньше для выработки электричества. Одно исследование показало, что необратимые потери емкости на уровне 12-25% были отмечены в литий-ионных аккумуляторах при переразрядке аккумулятора на протяжении 1000 циклов.

‍Что происходит при переразряде аккумулятора электромобиля?

В отличие от перезарядки, переразряд аккумулятора электромобиля вполне возможен. Просто едем до того момента, пока автомобиль не войдет в режим низкой тяги, а затем продолжаем движение. На самом деле – не стоит этого делать, так как есть риск столкнуться со всеми теми же проблемами, что и с отдельными элементами аккумулятора. Частый переразряд аккумулятора электромобиля, который можно определять как падение ниже 10%, может вызвать необратимые повреждения аккумулятора. Помимо снижения запаса хода, внутренние изменения аккумулятора могут привести к проблемам в будущем, включая повышенный риск отказа. Теоретически небезопасные условия, обнаруженные BMS, также могут привести к замедлению скорости зарядки и дополнительному снижению мощности при помещении аккумулятора в экстремальные условия (например, в холодный или жаркий климат).

Выводы

Собираясь в дорожную поездку, зарядить аккумулятор до 100% перед выездом? Замечательно.

Собираясь в дорожную поездку, зарядить аккумулятор за неделю до выезда? Менее хорошо ( не страшно, если электромобиль с аккумулятором LFP).

Далеко добираться до следующего зарядного устройства, так как ближайшее, выведено из строя? Вполне допустимо, но не стоит делать из этого привычку.

Разряжаете аккумулятор ниже 10%, потому что так можно делать? Наверное все же, не стоит. Как и в случае с многими нашими советами, избегание 100% и менее 10% заряда – хорошие цели, к которым стоит стремиться, но не нужно позволять им мешать наслаждаться эксплуатацией электромобиля. Система управления аккумулятором делает литий-ионные аккумуляторы более надежными.

Так что, отправляясь в дорожную поездку или ежедневно пользуетесь электромобилем, следует заряжать аккумулятор между 20% и 80% и, по возможности, избегать полного разряда или заряда. Однако, если иногда приходится заряжать аккумулятор до 100% или разряжать его ниже 10% из-за особых обстоятельств, не следует переживать по этому поводу. Современные системы управления аккумуляторами и технологии обеспечивают защиту и продлевают срок службы батарей.